4. Halbleiter und richtige Computer

4.4 Die CPU

Wenn du dich richtig an unsere Modellcomputer erinnerst, hing es davon ab, wie die Eingabeschalter (die zum Beispiel die Zahlen dargestellt haben, die addiert werden sollten) miteinander verdrahtet waren, damit das richtige Ergebnis herauskommt. Wo steckt in einem echten Computer also nun diese Verdrahtung, die ja den eigentlichen Befehl - in diesem Beispiel addiere Zahl 1 und Zahl 2 - ausführt?

Der Programmwahlschalter hatte ja nur ausgewählt, dass wir addieren wollen. Dessen Schalterstellungen befinden sich im Arbeitsspeicher. Die Verdrahtung, also alle Befehle, die der Computer ausführen kann, sind in der sogenannten Central Processing Unit, oder kurz CPU, untergebracht. Das ist natürlich mal wieder Englisch und bedeutet soviel wie zentrale Recheneinheit. Man sagt auch einfach kurz der Prozessor. Da muss man sich nicht viel bei denken, irgend einen Namen muss das Ding ja haben!

Nichtsdestoweniger ist die CPU das Herzstück eines jeden Computers! Danach richtet sich, was der Computer kann! Neben der Taktfrequenz ist der Typ der CPU das zweite wichtige, das man auf jeder Werbeanzeige für einen Computer findet. Wie eine CPU aussieht, siehst du in Abbildung 18. Solltest du einmal Gelegenheit haben, in deinen eigenen Rechner hineinzuschauen, wirst du die CPU vielleicht zuerst gar nicht finden, denn manchmal hat sie Huckepack noch Kühlrippen und/oder einen Ventilator oben aufgeschnallt, damit sie bei der vielen schnellen Arbeit nicht zu heiß wird! Das sieht dann aus wie in Abbildung 19.

Abbildung 18: CPU	Abbildung 19: CPU eingebaut, mit Kühlrippen und Lüfter

In einer CPU gibt es übrigens auch jede Menge Transistoren, denn natürlich ist nicht jeder Befehl einzeln verdrahtet, sondern die Verdrahtungen für die einzelnen Befehle werden umgeschaltet, und das macht man natürlich mit den bewährten Transistoren.

Jetzt haben wir also die Programmwahlschalter und die Schalter für die Eingabe und für die Ausgabe im Arbeitsspeicher untergebracht, und die Verkabelung in der CPU. Wie kriegen wir jetzt beides zusammen? Nehmen wir an, wir haben die CPU-Verdrahtung auf addieren geschaltet; wir müssen ihr aber doch noch sagen, welche Zahlen, d.h. welche Schalter sie addieren soll!

Nun das geht auch wieder ganz einfach: In der CPU sind ein paar Byte Speicher enthalten; das sind die Register. Sie sind die Ausnahmen, die ich am Beginn von Kapitel 4.3 kurz erwähnt habe. Alle Befehle, die in der CPU verdrahtet sind, arbeiten mit diesen Registern. Zusätzlich spendieren wir noch Befehle, die in der Lage sind, ein Byte (oder mehrere) aus dem Arbeitsspeicher auszulesen und in diese Register zu kopieren.

Das Ergebnis eines Befehls schreibt die CPU ebenfalls in ein Register und deshalb brauchen wir natürlich Befehle, die aus den Registern in den Arbeitsspeicher zurück kopieren können. Du siehst, die Aufgaben werden noch ein Stück weiter untergliedert, und auf den ersten Blick umständlicher: Statt zu sagen addiere Zahl 1 und Zahl 2! (indem wir einige Schalter betätigen), müssen wir sagen:

Kopiere das Byte Nr. 4711 des Arbeitsspeichers in das Register A!
Kopiere das Byte Nr. 4712 des Arbeitsspeichers in das Register B!
Addiere Register A und Register B und schreibe das Ergebnis in Register C!
Kopiere Register C in Byte Nr. 4711 des Arbeitsspeichers!

Jede Zeile dieser Befehlsfolge entspricht einer Schalterstellung unseres Programmwahlschalters! - Aber der schaltet ja so schnell, dass das gar nicht ins Gewicht fällt!

Was gewinnen wir durch dieses umständliche Vorgehen? Damit wird genau das realisiert, was ich vorhin so leichtfertig als selbstverständlich möglich hingestellt habe: Sowohl die Zahlen, die wir eingeben wollen, als auch die Ergebnisse, die der Computer jeweils ausrechnet, können in dem selben Speicher stehen. Ach ja, und das sollte ja deshalb so sein, damit wir Rechenergebnisse für weitere Berechnungen wiederverwenden können!