KVHS Northeim - PC-Selbsthilfegruppe

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Komponenten ProzessorSystem

• Ein Prozessor-System ist das zentrale Steuerelement eines Computers.
• Seine Funktionsweise basiert auf der Durchführung von Berechnungen, der Verwaltung von Daten und der Steuerung von Peripheriegeräten.
• Mit der im ROM befindlichen Software arbeitet der MC permanent die Befehle seines aktuellen Programms ab.
• Miniaturisierter Spezialfall eines PC/Laptop.
• Anders als PC gibt es hier kein BIOS.

Übersicht über die Hauptkomponenten und Funktionsweisen eines Prozessor-Systems:

1. Zentrale Recheneinheit (CPU)

• Steuerwerk (Control Unit): Das Steuerwerk koordiniert den Datenfluss innerhalb des Prozessors. Es interpretiert die Anweisungen eines Programms und sendet Steuerbefehle an andere Komponenten.
• Rechenwerk (ALU – Arithmetic Logic Unit): Die ALU führt mathematische Berechnungen (Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division) und logische Operationen (UND, ODER, NICHT) durch.
• Register: Register sind kleine Speicherbereiche innerhalb des Prozessors, die temporäre Daten und Befehle speichern, die gerade verarbeitet werden.

2. Bus-System

• Der Bus ist ein Kommunikationskanal, der verschiedene Komponenten des Systems miteinander verbindet und den Austausch von Daten ermöglicht. Es gibt verschiedene Arten von Bussen:
  • Datenbus: Überträgt die eigentlichen Daten.
  • Adressbus: Überträgt die Speicheradressen, um den Ort im Speicher anzugeben, wo Daten gelesen oder geschrieben werden sollen.
  • Steuerbus: Überträgt Steuerinformationen, die den Fluss von Daten und Operationen innerhalb des Systems steuern.

3. Speicher (Memory)

• Arbeitsspeicher (RAM): Temporärer Speicher, in dem Programme und Daten gespeichert werden, die der Prozessor aktuell verwendet.
• Cache-Speicher: Ein kleinerer, schnellerer Speicher, der zwischen der CPU und dem Hauptspeicher liegt und oft benötigte Daten zwischenspeichert.
• ROM (Read-Only Memory): Enthält permanente Daten, die nicht verändert werden können und beim Start des Systems benötigt werden, z. B. das BIOS bei Computern.

4. Taktgeber (Clock)

• Der Taktgeber synchronisiert die Abläufe innerhalb des Prozessors. Er sendet periodisch ein Signal, das als Referenz für die Verarbeitungsgeschwindigkeit dient. Die Prozessor-Taktfrequenz wird in Hertz (Hz) gemessen und gibt an, wie viele Operationen der Prozessor pro Sekunde ausführen kann.

5. Ein-/Ausgabe-Controller (I/O-Controller)

• Der Ein-/Ausgabe-Controller ist für die Kommunikation des Prozessors mit externen Geräten (z. B. Tastatur, Maus, Drucker, etc.) zuständig. Er vermittelt zwischen dem Prozessor und den Peripheriegeräten, um Daten von diesen zu lesen oder an diese zu senden.

Funktionsweise eines Prozessor-Systems:

1. Befehlsholen (Fetch): Die CPU holt einen Befehl aus dem Arbeitsspeicher, der durch den Program Counter (PC) angegeben wird.
2. Dekodierung (Decode): Das Steuerwerk interpretiert den Befehl und entscheidet, welche Operationen ausgeführt werden sollen.
3. Ausführung (Execute): Die ALU führt die entsprechende Berechnung oder logische Operation durch, oder es wird eine Speicheroperation oder Ein-/Ausgabe-Aktion ausgelöst.
4. Speichern (Store): Das Ergebnis der Operation wird entweder in einem Register, im Hauptspeicher oder als Ausgabe gespeichert.

Diese Schritte wiederholen sich kontinuierlich in einem Zyklus (Prozessor-Frequenz: MHz .. GHz), um Programme auszuführen und Berechnungen durchzuführen. Dieses Grundprinzip bleibt auch bei versichiedenen Prozessor-Architekturen (z. B. CISC, RISC) in seiner Funktionsweise erhalten.