CPU - Prozessor

Eine CPU (Prozessor) besteht aus Millionen von winzigen Transistoren, die elektrische Signale ein- und ausschalten können. Mit diesen winzigen elektrischen Schaltern können CPUs bzw. Prozessoren logische Operationen durchgeführen. Die Schaltungen, die logische Operationen durchführen Können werden „Gatter“ genannt. Mittels dieser Gatter kann der Prozessor zum Beispiel Vergleiche von Zuständen vornehmen. Solche Operationen verwenden wir in der Programmierung, indem wir zum Beispiel zwei Variablen miteinander vergleichen, worauf hin eine Aktion ausgeführt wird. Die CPU hat auch die Möglichkeit, komplexe Berechnungen durchzuführen. Die CPU verarbeitet Befehle aus Programmen und steuert alle anderen Komponenten des Computers. Auf Grund dieser Möglichkeit wird ein Computer auch Umgangssprachlich als „Rechner“ genannt.

Die im Prozessor verwendeten Bauteile, Transistoren können grundsätzlich ganz unterschiedlich aussehen. Während man, wenn man selber einmal elektrische Schaltungen lötet, kommen diese meistens als Bauteile vor, die so groß wie ein Fingernagel sind. Würde man mit dieser Baugröße einen Prozessor bauen, wäre diese unheimlich groß und schwer. Selbst mit den kleinsten sog. SMD-Bauweisen („Surface mounted device“), die man gerade noch händisch löten kann, wäre es nicht praktikabel eine moderne CPU zu entwickeln. Aber wie werden die Schaltungen im Prozessor dann verwirklicht? Und was hat das Silicon Valley damit zu tun?

Um Schaltungen weiter zu schrumpfen, werden diese aus Silizium gefertigt. In einem komplexen Prozess wird zunächst ein sehr reiner, monokristalliner Silikonkristall als Grundlage für den Prozessor gezüchtet. Dafür wird zum Beispiel ein Prozess namens „Czochralski-Verfahren“ verwendet (Dazu in einem späteren Artikel mehr). Dieser Wird in dünne „Scheibchen“ geschnitten und gereinigt und poliert. Die elektrischen Eigenschaften des Materials werden mittels eingeführter Fremdatome verändert. Nach aufbringen eines Fotolacks und einem Belichtungsprozess werden nun die Schaltkreise durch Säuren in den Wafer geätzt. Der Prozessor Chip nimmt Form an. Durch diesen Prozess kann man komplexe Schaltungen mit Millionen von Transistoren, wie für den Prozessor nötig, und anderen Elementen auf kleinstem Raum verwirklichen. Und weil der Prozessor Grundstoff Silizium ist und sich in einer Gegend südlich von San-Francisco in Amerika viele Firmen zu diesem Thema angesiedelt haben entstand der Name Silicon-Valley. Bis heute der Inbegriff von Technologisierung, Fortschritt und spannenden, zukunftsweisenden Entwicklungen.

Auf einer etwas abstrakten Ebene ist die Arbeit des Prozessors relativ einfach zu verstehen. Die CPU arbeitet in einem Zyklus, der aus drei Hauptphasen besteht:

Dieser Prozessor Zyklus wiederholt sich millionenfach pro Sekunde, was es dem Computer ermöglicht, Programme auszuführen und Aufgaben zu erledigen.

Die CPU ist das Gehirn des Computers und spielt eine entscheidende Rolle bei der Ausführung von Programmen und der Steuerung aller anderen Komponenten. Durch das Verständnis der grundlegenden Funktionsweise einer CPU können auch Laien besser nachvollziehen, wie ihr Computer arbeitet.