03 CPU

Einstieg in das Thema

Was brauchst du als Basiswissen?

Du brauchst nur das EVA-Prinzip als Vorwissen. Es hilft allerdings ein wenig, wenn du schon den Kurs zu Binärzahlen gemacht hast.

Worum geht es?

Daten gehen rein, Daten kommen raus. Was aber passiert dazwischen? Spoiler: Es wird einfach nur gerechnet. Wer das macht, darum geht es jetzt.

Was ist das Ziel?

Am Ende hast du eine Vorstellung von einer CPU und kannst auch die Entwicklung der letzten Jahrzehnte einschätzen und würdigen.

Erarbeitung

Theorie

Aufgaben zur Wiederholung

Eine CPU ist schon komplex. Wir müssen sicher sein, dass du wirklich wesentliche Begriffe verstanden hast.

Aufgabe 1
Beschreibe in ein bis zwei Sätzen die Aufgabe einer CPU.
Aufgabe 2
Wofür steht die Abkürzung CPU?
Aufgabe 3
Gib eine möglichst passende deutsche Übersetzung an.
Aufgabe 4
Was ist ein Bit?
Aufgabe 5
Was ist ein Byte?
Aufgabe 6
Was ist denn die Verarbeitungsbreite?
Aufgabe 7
Nenne je einen Prozessor mit 8, 16, 32 und 64Bit Verarbeitungsbreite.
Aufgabe 8
Wofür braucht man den Takt?
Aufgabe 9
Was versteht man unter einem Bus? Nein, ich meine nicht das große Auto!
Aufgabe 10
Was ist in der CPU ein Register?

Theorie

Aufgaben

Wir schauen uns nun einige Prozessoren der letzten Jahrzente an und versuchen, die Entwicklung der Rechenleistung nachzuvollziehen. Dazu stellen wir uns eine Aufgabe vor, die eine Billion Operationen benötigt. Diese wollen wir vergleichen. Das ist nicht ganz korrekt, weil wir eine immer gleiche Verarbeitungsbreite annehmen. Aber das ist erst einmal nicht schlimm.

Aufgabe 11
Wie viele Nullen hat eine Billion?
Aufgabe 12
Der erste Prozessor war der Intel 4004, aber der erste brauchbare Prozessor war der Intel 8008 mit 0,05 MIPS bei 500kHz. Wie viele Tage oder Jahre braucht der Prozessor für die Aufgabe?
Aufgabe 13
Wir sind Mitte der 80er, die Heimcomputer boomen. Ein wichtiger Prozessor der damaligen Zeit war der Zilog Z80. Bei 2,5MHz erreichte er 0,625 MIPS. Wie lange dauert nun die Aufgabe?
Aufgabe 14
Dann kamen die 16Bit-Computer wie Amiga und Atari. Der Amiga 500 hatte einen Motorola 68000 mit ca. einer MIPS.
Aufgabe 15
Ein Flagschiff war der Amiga3000 mit seinem 68030 von Motorola. Bei 25MHz erreichte dieser 8,3MIPS. Wie lange dauert nun die Aufgabe?
Aufgabe 16
Ein weit verbreiteter PC-Prozessor war der Intel 80386. Bis zu 11 MIPS erreichte er. Wie lange dauert nun die Aufgabe?
Aufgabe 17
Einer der ersten 64-Bit-Prozessoren war der Pentium mit ca. 100 MIPS. Wie lange dauert nun die Aufgabe?
Aufgabe 18
Ein 10 Jahre alter i7 von Intel hat ca. 340MIPS. Wie lange dauert nun die Aufgabe?
Aufgabe 19
Ein aktueller AMD Ryzen 9 kommt auf ca. 100000 MIPS, wenn alle Kerne gut genutzt werden. Wie lange dauert nun die Aufgabe?

Das war alles etwas ungenau, weil wir gar nicht über die Verarbeitungsbreite geredet haben, und damit darüber, was mit einer Operation erreicht werden kann. Aber das ist nicht schlimm, wir wollten es einfach halten.

Vertiefung

Aufgabe 20
Erkläre bitte den Unterschied zwischen CPU und Kern (Core) bei aktuellen Prozessoren.
Aufgabe 21
Wie viele Kerne haben CPUs heute?
Aufgabe 22
Was besagt das Mooresche Gesetz?

Ganz ohne ohne KI

Beschreibe, wie der Prozessor Daten verarbeitet. Nutze dabei:

  • Arbeitsspeicher
  • CPU
  • Register
  • laden/speichern

Lasse dein Resultat von Nachbarn oder der KI prüfen. Wo warst du ungenau?

Zusammenfassung

Was muss man wissen/können?

Du musst wissen,

  • was eine CPU ist,
  • wie sie arbeitet,
  • was ein Takt und Verarbeitungsbreite sind und
  • was ein Kern in aktuellen Prozessoren ist.

Du hast ein Gefühl für die Leistungsentwicklung der letzten Jahrzehnte.

Was können anschließende Themen sein?

Den Speicher haben wir schon erwähnt, damit geht es nun weiter.

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