Variationen

Im Laufe von immer höheren Integrationsdichten der Halbleiterbausteine haben die Entwickler von CPUs weitere Funktionen in der hardware realisiert. Dadurch wurden die CPUs immer leistungsfähiger, insbesondere bekamen die meisten CPUs weitere Befehle implementiert, um umfangreiche Berechnungen zu Vereinfachen.

Steuerung einer einfachen Maschine) reicht diese Komplexität jedoch aus, da sich alle anderen Funktionen allein durch die Addition und Subtraktion implementieren lassen (z. B.Auf der anderen Seite haben ältere CPUs und Mikrocontroller häufig nur wenige register und einen eingeschränkten Befehlssatz (die komplexesten Operationen sind zum Teil Addition und Subtraktion). Für einfache Anwendungen (z. B. Multiplikation durch mehrmaliges Addieren).

Sonstiges

Man unterscheidet grundsätzlich zwei verschiedene CPU-Architekturen:.

• RISC-prozessoren (englisch Reduced Instruction Set Computing = reduzierter Befehlssatz)
• CISC-prozessoren (englisch Complex Instruction Set Computing = komplexer Befehlssatz)

Mit folgenden Buskonzepten:.

• Von-Neumann-Architektur: Ein Bus für Daten UND Programmcode (z. B. CISC-prozessoren).
• Harvard-Architektur (erweiterte Von-Neumann-Architektur): Ein oder mehrere getrennte Busse für Daten und Programmcode. Teilweise mit mehreren ALUs zur parallelen Verarbeitung großer Datenmengen (z. B. Digitale Signalprozessoren).

Siehe auch

• Computer
• Mikroprozessor
• Mikrocontroller
• Mikroprogrammierung
• notebookprozessor
• Hyper-Threading
• Ring (CPU)
• Kategorie CPU-Hersteller

Kühlung

Moderne CPUs werden - je nach Auslastung - während des Betriebs sehr heiß. Je nach Modell und Hersteller werden auf einer Fläche kleiner als ein Fingernagel Verlustleistungen von rund 100 Watt/cm² erreicht (Pentium 4-560). Zum vergleich: Die 18cm-Kochplatte eines üblichen Elektroherds erreicht gerade einmal sieben bis zehn W/cm².

Temperaturen über etwa 125 bis 135 °C führen zu irreversiblen Schäden. Übliche Grenztemperaturen für den Betrieb liegen zwischen 60 °C und 90 °C.CPUs dürfen aber, wie alle Halbleiter, bestimmte Betriebstemperaturen nicht überschreiten, da das zunächst zu Fehlfunktionen („Abstürze“), in extremen Fällen zur Zerstörung des Chips führt. prozessoren müssen also zwingend gekühlt werden, wobei ein gewisser Sicherheitsabstand zu den vom Hersteller angegebenen Höchstwerten erstrebenswert ist.

Die Bemessung der Kühlung erfolgt häufig nicht nach der theoretisch maximal möglichen Verlustleistung, sondern aus Kostengründen oft nach der Thermal design Power (TDP), die deutlich niedriger liegt.Der gängigste Weg, die Kühlung der CPU sicherzustellen, ist die montage eines Kühlkörpers mit Lüfter. Der verrippte Kühlkörper aus Aluminium oder Kupfer (teilweise kombiniert) vergrößert die Fläche, die zur Wärmeabgabe beiträgt, um ein Vielfaches, der Lüfter soll für einen zügigen Abtransport der Verlustwärme sorgen.

zwischen prozessor und Kühlkörper wird Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad eingesetzt. Durch Unebenheiten und Rauheit verbleiben zwischen Chip und Kühlkörper Lufteinschlüsse, die den Wärmetransport extrem behindern, die Pasten oder Pads verdrängen die Luft und verbessern den Wärmeübergang erheblich.

Als Lüfter für den CPU-Kühler werden fast ausschließlich Axiallüfter mit Durchmessern zwischen 40 mm und bis zu 120 mm eingesetzt. Insbesondere kleine Exemplare erreichen bis zu 6500 rpm (Umdrehungen pro Minute) und können dabei eine erhebliche Geräuschkulisse erzeugen. Die Lüfter werden ans Mainboard angeschlossen, so dass die Lüfterdrehzahl überwacht und bei vielen modernen Mainboards auch elektronisch geregelt werden kann.

Zuvor wurden Wasserkühlung nur von Bastlern mit übertakteten prozessoren in Eigeneinbau verwendet. Als erster ComputerHersteller verbaute Apple in ihren PowerMac G5 Topmodellen eine Standardisierte Wasserkühlung. Insgesamt ist eine Wasserkühlung aufwendiger, teurer und zumeist wartungsaufwändiger als eine Luftkühlung.Als Alternativen zur Luftkühlung gibt es noch die Wasserkühlung für extrem leistungsstarke oder relativ leise rechner, bei der Wasser inner- oder außerhalb des Rechners in einem Radiator (teilweise auch ohne Lüfter) gekühlt wird und dann mit Hilfe einer Pumpe durch das Gehäuse und an alle zu kühlenden Objekte wie CPU, RAM, Chipsatz etc. geleitet wird.

Diese Lösung wird vor allem bei übertakteten Workstations verwendet, hat aber den Nachteil, auch die Geräuschkulisse eines Kühlschranks zu erzeugen. Doch verwenden einzelne kleine Hersteller auch Kompressorkühlungen.In der Industrie gibt es noch die Flüssigstickstoffkühlung, die allerdings extrem aufwendig ist. Um flüssig zu sein, muss der Stickstoff auf -196 °C gekühlt werden, was riesige Kühlaggregate erfordert. Wegen der sehr niedrigen Temperatur im rechner müssen Mainboard und andere Objekte wieder von der Rückseite erwärmt werden, damit sie ordnungsgemäß funktionieren. Diese Technik ist nahezu nicht realisierbar, da die Betriebs- und Instandhaltungskosten mehr kosten, als wenn man mehrere einzelne Dualprozessoren nebeneinander betriebe. Allgemein gilt es als nicht sinnvoll, die CPU auf weniger als +10 °C herunterzukühlen, da sonst die Kosten zu hoch werden. Diese funktionieren ähnlich wie ein Kühlschrank. Ein Kühlmittel wird stark unter Druck gesetzt, und dann beim Ausgleich auf Normaldruck kühlt es stark ab und kühlt so auch seine Umgebung, sprich prozessor oder andere Geräte.