15 Jahre TecChannel - der beliebteste Artikel 1999

So funktioniert ein Prozessor

Adresseinheit (AU) & Busschnittstelle (BIU)

Unsere tecChannel-CPU verfügt über ein einfaches Adresswerk, das mit den wesentlich leistungsfähigeren MMU s der aktuellen PC-Prozessoren nicht mithalten kann. Die AU macht aber die prinzipielle Arbeitsweise dieses Funktionsblocks deutlich.

Der Aufbau der AU mit einem zentralen Addierer in Bild 5 ähnelt dem der ALU. Tatsächlich wurde die Adressberechnung bei den ersten Prozessoren auch noch in dieser erledigt. Die spezialisierte AU erledigt das jedoch schneller und vor allem parallel zur ALU.

Address Unit: Die AU sorgt für die Berechnung der Adresse. In modernen CPUs verseht eine leistungsfähigere MMU diesen Dienst.
Address Unit: Die AU sorgt für die Berechnung der Adresse. In modernen CPUs verseht eine leistungsfähigere MMU diesen Dienst.

Der Decoder ist im einfachsten Fall als Linksschieberegister realisiert. Dieser Barrel Shifter extrahiert die Adressinformation aus dem Befehl durch Verschieben des Befehlscodes um n Bits in nur einem Taktzyklus.

Die extrahierte Grundadresse gelangt dann in Hilfsregister A, wo Sie stabil anliegt bis der Addierer seine Arbeit beendet hat. Hilfsregister B beinhaltet den Inhalt des Programmzählers oder den des BIU-Adresspuffers. Aus der Addition der Hilfsregisterinhalte ergibt sich die neue Adresse.

Die komplexere MMU realer PC-Prozessoren kann darüber hinaus virtuelle Adressen verwalten. Das Betriebssystem lagert hierbei den Speicher blockweise (seitenweise) auf die Festplatte aus. Greift die CPU auf den ausgelagerten Speicher zu, verursacht das einen Seitenfehler, der die MMU zum Handeln veranlasst. Das Betriebssystem blendet dann den gewünschten Speicherbereich in das RAM des PCs ein und lagert einen gerade nicht benötigten dafür aus. Den virtuellen Speicher kann die CPU dank MMU so ansprechen, als wäre er real existierendes RAM.

Busschnittstelle (BIU)

Die Busschnittstelle verbindet die internen Busse des Prozessors mit der Außenwelt. Sie enthält Puffer zur Zwischenspeicherung von Adressen, Daten und Steuersignalen.

Die CPU arbeitet intern mit einer möglichst niedrigen Spannung, damit die Erwärmung bei hohen Taktfrequenzen in erträglichen Grenzen bleibt. Die BIU sorgt deshalb auch für eine Pegelanpassung zwischen dem CPU-Kern und dem externen Bussystem.