Hauptprozessor

Zentrale Recheneinheit in einem Computer.

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Der Hauptprozessor, abgekürzt auch als CPU (Central Processing Unit) bezeichnet, ist das Herzstück eines jeden Computers. Er wird auf dem Mainboard montiert, entweder in einen Sockel oder in einen Slot gesteckt. Weiters muss ein Lüfter darauf montiert sein, da die CPU sich bei Gebrauch stark erwärmt.

Ein Prozessor ist ein System von Transistoren (im Prinzip elektrischen Schaltern), das das Rechnen im Binärsystem ermöglicht.

Der Prozessor kann jedoch mehr als nur mit Binärzahlen rechnen, die meisten Zeit verbringt er mit der Abarbeitung von Befehlen. Solche Befehle ergeben für den Benutzer meist erst im größeren Zusammenhang "Sinn", da der Prozessor mit den einzelnen Befehlen nur kleine Teilaufgaben, wie etwa das Verschieben von Daten im Speicher abhängig von einer Bedingung (zum Beispiel, dass ein Speicher einen bestimmten Wert hat).

Zusätzlich zu den "Alltags-Aufgaben" muss der Prozessor auch unvorhergesehene Ereignisse bearbeiten. Diese werden mittels Interrupts ("Unterbrechungen") an den Prozessor gesandt, woraufhin er seine Arbeit unterbricht und das Ereignis bearbeitet, in dem die aktuellen Werte in den Stack geschrieben bzw. kopiert werden, dann zu einer gespeicherten Befehlsfolge gesprungen wird, die für die Abwicklung eines solchen Ereignisses bestimmt ist. Wenn diese Befehlssequenz abgearbeitet ist, kopiert der Prozessor die Daten wieder an die ursprünglichen Positionen und setzt seine vorherige Arbeit fort.

Hat der Prozessor nichts zu tun, verbringt er die Zeit in sogenannten Wait-Zyklen, die weniger Strom verbrauchen und den Prozessor weniger stark erhitzen lassen.

Die Hitze kommt vor allem deswegen zustande, weil Prozessoren auf geringe Abmessungen optimiert sind:

• die Leitungen sind äußerst kurz, dadurch geht weniger Zeit durch "langsame" Strom-Ausbreitung verloren (diese findet mit nahezu Lichtgeschwindigkeit statt (ca. 0,7c), kann aber nicht bis ins unendliche gesteigert werden).
• auf kurzen Strecken geht weniger Energie verloren, wodurch das Energie-Niveau im Prozessor überall nahezu gleich ist.
• starke Erhitzung durch nahe aneinanderliegende Leitungen. Da durch den materialbedingten Widerstand Strom in Wärme-Energie umgesetzt wird, verstärkt sich der Effekt dadurch.

Lange Zeit setze der marktführende Chip-Gigant Intel auf Sockel-Prozessoren (z.B. Pentium oder Pentium MMX im Socket 7, der Pentium Pro im Socket 8). Der Prozessor hat hier nahezu quadratische Ausmaße und wird flach auf das Mainboard aufgelegt. An der Unterseite befinden sich viele Pins (im Prinzip Leitungsaus- und -eingänge), die genau in die auf dem Mainboard vorhandenen Öffnungen passen.

Für kurze Zeit stieg man auf Slot-Prozessoren (z.B. Pentium II und Pentium III im Slot 1, Xeon im Slot 2) um, die - ähnlich wie z.B. PCI-Karten - in einen dünnen Schacht gesteckt wurden. Davon erhoffte man sich bessere Prozessoreigenschaften und mehr Platz, zum Beispiel für Second Level Cache, der sich ab diesem Zeitpunkt auf dem Prozessor (vormals auf dem Mainboard) befand.

Nachdem sich herausstellte, dass der Sockel einige Vorteile mit sich brachte (unter anderem auch wirtschaftliche: Ein Sockel-Prozessor verursacht weniger Transport-Kosten) und bessere Fertigungs-Methoden zur Verfügung standen (engere Anordnung von Transistoren, im Bereich von 0,16 µm) stieg man wieder auf den Sockel um, der daraufhin die Bezeichnung Socket 370 trug.

Auch die Konkurrenz, allen voran AMD mit dem K6-2, K6-3 und vor allem dem Athlon, ging mit der Sockel-/Slot-Politik einher, nun sind auch diese Prozessoren wieder auf Sockets beheimatet.

Lange Zeit war die Taktfrequenz das Um und Auf im Prozessorgeschäft, jedoch ist nun eine gewisse Grenze überschritten, da für normale Büro-Anwendungen kaum 1,7 GHz eines Pentium 4 gebraucht werden. Abgesehen davon schlägt der Athlon mit 1,3 GHz den Intel-Konkurrenten trotz 400 MHz mehr Taktfrequenz dennoch in fast allen Bereichen in Punkto Geschwindigkeit.