Der Prozessor (CPU)

"Herwig H. Gamsjäger" <[email protected]>
Die Geschichte und Entwicklung des bedeutendsten Computerchips:
Der Prozessor (CPU)
In dieser Arbeit befasse ich mich mit der Entstehung und Entwicklung des Herzstückes jedes PCs,
mit dem Prozessor oder auch kurz CPU genannt.
Ich werde in meinem Referat hauptsächlich über die Prozessoren der Firma INTEL referieren, da diese
hier geradezu Pionierarbeit geleistet hat. Es gibt auch immer mehr ernstzunehmende Konkurrenz für
INTEL, wie z.B. die Firmen AMD, CYRIX und IBM
Ich habe dieses Thema gewählt, weil ich mich privat sehr viel mit PCs und ihren vielseitigen
Anwendungen beschäftige.
Die Aufgabe des Prozessors (CPU) in einem Computersystem
Der unbestritten und mit Abstand wichtigste Chip auf jeder PC-Hauptplatine ist der Prozessor.
Ohne ihn läuft absolut gar nichts. Man spricht auch von der CPU (Central Processing Unit), was wörtlich
übersetzt "Zentrale Verarbeitungseinheit" heißt und den Nagel auf den Kopf trifft.
Der Prozessor ist tatsächlich das zentrale Element im Datenverarbeitungsprozeß eines PC-Systems.
Die CPU steuert sämtliche Vorgänge und Abläufe dieses Prozesses.
Sie ist der Dirigent der Hardware. Ohne sie ist ein funktionsgerechtes Zusammenspiel der übrigen
Komponenten der PC-Hauptplatine nicht möglich. Direkt oder indirekt ist der Prozessor mit jedem
anderen Bauteil auf dem Motherboard verbunden.
Dafür stehen ihm Adreß- und Datenleitungen sowie Steuerleitungen zur Verfügung.
Diese Leitungen werden auch als Bussysteme bezeichnet. Je nach Leistungsklasse des Prozessors sind
diese Bussysteme unterschiedlich ausgeprägt, wie wir später noch sehen werden.
Der innere Aufbau - die internen Funktionseinheiten der Prozessoren hat sich im Verlauf der PCEntwicklung drastisch verändert. Immer mehr Transistoren und feste Verdrahtungen mußten auf
kleinstem Raum untergebracht werden, um die gestiegenen Anforderungen an die Prozessorleistungen zu erfüllen. Der INTEL Pentium, enthält auf einem quadratischen Plättchen mit einer Größe
von nicht einmal 6 Quadratzentimetern über drei Millionen Transistoren und zusätzlich noch einen
16 KByte großen Cachespeicher.
Diese hohe Integrationsdichte erfordert ein technisch extrem hoch entwickeltes Herstellungsverfahren,
das die Bearbeitung von Strukturen in der Größenordung von einem Mikrometer (1 Millionstel Meter)
möglich macht.
Einen Eindruck von der "Größe" einer solchen elektronischen Struktur kann man sich verschaffen,
wenn man sich vorstellt, daß ein menschliches Haar etwa 100 davon bequem überdecken würde.
Durch den Prozessorchip ist im wesentlichen festgelegt, wo innerhalb des Leistungsspektrums von
Personalcomputern das betreffende System eingeordnet werden kann.
Eine wichtige Größe in diesem Zusammenhang ist neben der Leistungsklasse der CPU
die Taktfrequenz, mit der sie arbeitet.
Der Prozessor wird von einem externen Taktgeber, einem Quarz, angetrieben.
Die "Taktfrequenz", mit der dieser Quarz die CPU zur Arbeit zwingt, wird in Schwingungen pro Sekunde
gemessen und in der Einheit "Megahertz" (MHz) angegeben.
Ein MHz entspricht einer Million Schwingungen pro Sekunde.
Eine 486-CPU mit 5O MHz wird also in jeder Sekunde 50millionenmal zur Aktion gebracht, aktuelle
Prozessoren werden mit bis zu 400 MHz betrieben.
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Konkurrenz belebt das Geschäft
Der führende Hersteller von Mikroprozessoren ist die Firma INTEL.
Die von INTEL seit 1978 entwickelten Prozessoren 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro,
Pentium MMX und Pentium II kennzeichnen acht verschiedene Generationen und Leistungsklassen
in der Geschichte der PC-Mikroprozessoren.
Doch INTEL hat mächtige Konkurrenz bekommen. Klangvolle Namen wie AMD, CYRIX, ja sogar IBM,
fügen sich ein in die Reihe der bedeutenden Prozessorhersteller und INTEL-Konkurrenten. Dies schafft
einerseits Verwirrung, andererseits kommt Bewegung in die Prozessorlandschaft. Es wird entwickelt wie
nie zuvor und INTEL versucht, mit dem Pentium dem Wettbewerb davonzulaufen.
Mit einem gigantischen weltweiten Werbefeldzug unter dem Slogan "INTEL inside"
schürte INTEL massiv die wachsende Verunsicherung der Verbraucher hinsichtlich der
Softwarekompatibilität der INTEL-Konkurrenz. Selten waren die PC-Prozessoren einem solchen
Preisdruck und rasanten Preisverfall unterworfen wie heute.
Die INTEL-Prozessoren
Ich will mit diesem Kapitel den Versuch unternehmen, das CPU-Chaos ein wenig zu durchleuchten und
die Spreu vom Weizen zu trennen. Ich stelle euch im folgenden die einzelnen bis heute relevanten PCProzessoren mit ihren technischen Besonderheiten vor.
Die Kenntnis der Entwicklungsetappen der INTEL-Mikroprozessoren erscheint mir dabei als eine wichtige
Voraussetzung für das Verständnis der Zusammenhänge, um die es in diesem Kapitel geht.
Begleitet mich deshalb auf einer kurzen Reise durch die Vergangenheit des Personalcomputers und
befaßt euch ein wenig mit der Entwicklungsgeschichte der verschiedenen Mikroprozessoren.
Am Anfang der PC-Geschichte: Die INTEL 8086/8088-CPU
Als INTEL im Jahre 1978 unter der Bezeichnung 8086 den ersten 16-Bit-Mikroprozessor der Welt auf den
Markt brachte, gab es erstmals einen Ein-Chip-Prozessor, der von seiner Leistungsfähigkeit für höhere
Programmiersprachen und leistungsfähige Betriebssysteme geeignet war.
Damit war der Grundstein für die Entwicklung der Personalcomputer gelegt.
Doch obwohl der 8086 eine echte 16-Bit-Struktur aufweisen konnte, also sowohl intern als auch extern
mit einem 16-Bit-Datenformat arbeitete, konnte er sich nicht so recht durchsetzen.
Die Produktion einer 16-Bit-Hauptplatine mit den damaligen technischen Möglichkeiten hätte den
Preisrahmen für einen Personalcomputer gesprengt.
Daher gab IBM den Entwicklungsauftrag für seinen historischen Nachfolger, die INTEL 8088-CPU.
Dieser 8088 verwendet für den externen Datenbus lediglich ein 8-Bit-Format.
Intern kann er aber wie sein Vorgänger 8086 mit einem 16-Bit-Datenformat umgehen.
Diese Einschränkung brachte zwar eine Leistungseinbuße von ca. 25% mit sich, aber dafür konnte die
Produktion einer Hauptplatine erheblich vereinfacht werden.
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Bei einer Million ist Schluß: Die 8086/8088-CPU verfügt über einen 20-Bit-Adreßbus, also über
20 Adreßleitungen und ist damit in der Lage, 2 hoch 20 Speicherstellen zu adressieren,
also 1.048.576 Byte. Damit ist die physikalische Speichergrenze des 8086/8088-Prozessors auf 1 MByte
festgelegt, eine Tatsache, die sich auch bei der Entwicklung des Betriebsystems MS-DOS niederschlug
und die aus Gründen der Kompatibilität bis heute für einen eingeschränkten DOS-Speicher sorgt.
Beschauliche 4, 77 MHz waren der Original-Systemtakt; spätere Exemplare, vor allem die Nachbauten
fernöstlicher Hersteller, wurden dann auch mit 8 und 10 MHz, noch später sogar mit
12 MHz Systemtakt angeboten.
Der Urvater aller Personalcomputer, der lBM-PC, der mit einer Hauptspeicherkapazität von sagenhaften
64 KByte und einem Kassettenlaufwerk nebst einem nicht grafikfähigen Grünmonitor im Jahre 1981 der
Weltöffentlichkeit vorgesteIIt wurde, basiert auf dieser 8088-CPU, ebenso wie sein unmittelbarer
Nachfolger der IBM-XT, der einen erweiterten Hauptspeicher und sogar eine 10-MByte-Festplatte sein
eigen nennen darf.
Es fällt wirklich schwer, sich heute noch vorzustellen, wie man mit einem so schwachen Computer
arbeiten konnte, aber Tatsache ist, daß die Software zu dieser Zeit gar nicht mehr Leistung brauchte.
Selbst heute käme ein Textverarbeitungsprogramm unter MS-DOS, wie z.B. MS-Word 5.0 mit
der Leistung einer 8088-CPU noch einigermaßen zurecht.
Sämtliche Nachfolger des 8086 sind abwärtskompatibel, d. h., sie basieren auf demselben Befehlssatz
und Speichermodell. Das bedeutet zum einen, daß jegliche Software, die für den 8086 entwickelt wurde,
auch von seinen Nachfolgern verarbeitet werden kann, zum anderen schlagen sich auch heute noch
zahlreiche DOS-Programme mit der durch den 8086 vorgegebenen Speichergrenze herum.
Der 80286 wird geboren
Wenig später kam INTEL dann mit einem weiterentwickelten Prozessor, der 80286-CPU, zu neuen
Ehren. Dieser Prozessor verfügt sowohl intern als auch extern über einen 16-Bit-Datenbus, darüber
hinaus ist sein Adreßbus um vier Leitungen auf insgesamt 24 erweitert worden, womit der 80286
nun 2 hoch 24 Speicherstellen, also 16 MByte Speicher, adressieren kann.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied des 80286 zu seinem Vorgänger besteht in einem erheblich
verbesserten Befehlssatz. Das bedeutet, daß die Anzahl der Anweisungen, die der Prozessor pro
Sekunde abarbeiten kann, nicht nur durch Erhöhung des Systemtaktes und damit der
Arbeitsgeschwindigkeit gesteigert wurde, sondern auch durch eine effektivere Befehlsstruktur.
Die 80286-CPU bearbeitet in der gleichen Zeit deutlich mehr Instruktionen als ihr Vorgänger.
Der entscheidende qualitative Unterschied zur 8086/8088-CPU bestand aber in der Erweiterung
der Betriebsmodi. In der "normalen" Betriebsart, dem "Real-Mode", arbeitet der 286er wie sein
Vorgänger, wodurch er in diesem Arbeitsmodus auch dem begrenzten Adreßraum von 1 MByte
unterworfen ist.
Die zweite Betriebsart, der sogenannte "Protected Mode", versetzt den 80286-Prozessor in die Lage,
seinen erweiterten Adreßbus voll auszuschöpfen und bis zu 16 MByte Speicher zu adressieren.
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Diese Eigenschaft konnten allerdings nur einige wenige Programme, z. B. Lotus 1-2-3 oder
MS-Windows, nutzen. MS-DOS war und ist für den Protected Mode nicht geeignet,
es kann den Anwendungen lediglich 640 KByte Arbeitsspeicher zur Verfügung stellen.
IBM brachte seine ersten 268er, die (A)dvanced-(T)echnology-Modelle "AT", mit einem Systemtakt von 6
und 8 MHz auf den Markt. Spätere Entwicklungen wurden dann mit Taktfrequenzen von 10 oder 12 MHz
ausgeliefert. Schnellere 286er hat es von INTEL nie gegeben, wohl aber von anderen
Prozessorherstellern.
INTELs nächste revolutionäre Etappe: Der 80386
Mt der nächsten Generation der PC-Prozessoren leitete INTEL eine geradezu revolutionäre Etappe in
der PC-Entwicklung ein. Die i386DX-CPU war der erste 32-Bit-Prozessor, der auf PC-Hauptplatinen
Verwendung fand. Die sowohl intern als auch extern verdoppelte Datenbusbreite erschloß dem
PC eine neue Leistungsklasse.
Grafikanwendungen, die bis dahin mit PCs nur recht unzulänglich waren, konnten jetzt in akzeptablen
Zeiten bewältigt werden.
Grafische Benutzeroberflächen, allen voran MS-Windows, die naturgemäß höhere Anforderungen an die
Rechnergeschwindigkeit des PC-Systems stellen, da nach jeder Aktion ein neuer Bildschirm berechnet
werden muß, konnten nun erst richtig eingesetzt werden.
Mit Steigerung der Taktraten von zunächst 16 und 20 auf 25 bis 33 MHz und die zusätzliche
Performance-Steigerung durch die Installation von externem Cachespeicher trugen die 386er einen
guten Teil dazu bei, daß bis heute jedes PC-System ein "Grafikcomputer" ist, ein Zustand,
mit dem die AMIGA-, ATARI- und APPLE-Welt mit ihren Motorola-Prozessoren schon länger lebte.
Der auf 32 Leitungen erweiterte Adreßbus macht einen Speicherbereich von 2 hoch 32 = 4.294.967.296
Speicherstellen, also 4 GByte, direkt adressierbar. Außerdem bekam der 386er eine neue Betriebsart
mit auf den Weg, den sogenannten "Virtual Real Mode".
Diese Betriebsart ermöglicht echtes Multitasking:
Jeder Anwendung, die zeitgleich mit einer anderen ablaufen soll, kann eine virtuelle CPU mit einem
Speicherbereich von 1 MByte und einer eigenen Betriebssystemkopie im Speicher zugeordnet werden.
Diese virtuellen Computer arbeiten de facto wie mehrere voneinander unabhängige 8088-Prozessoren
nebeneinander in einem System.
Um diese künstliche PC-Welt zu schaffen, brauchte es allerdings noch eine Erweiterung des
Betriebssystems, die von Microsoft mit der Version 3.0 und später 3.1 der grafischen Benutzeroberfläche
MS-Windows alsbald veröffentlicht wurde.
Spätestens mit der Entwicklung des 80386 wurden die Rufe nach einem neuen PC-Betriebssystem, das
die Leistungsbreite dieses Prozessors auch vollständig ausnutzen kann, immer lauter. Das gute alte 16Bit-Betriebssystem MS-DOS hatte mit Erscheinen des 386ers im Grunde bereits ausgedient.
Eine Besonderheit der 386er Generation ist eine "abgespeckte" Version dieses Prozessors,
die unter der Bezeichnung i386SX mit Taktfrequenzen von 16 bis 33 MHz zu haben war.
"Abgespeckt" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der 386SX nur intern mit 32-Bit-Breite
arbeitet - diesbezüglich steht er seinem großen Bruder, dem "echten" 386er also um nichts nach.
Nach außen ist sein Datenbus allerdings nur so breit wie bei der 80286-CPU, nämlich 16 Bit.
Auch der Adreßbus des "SX" entspricht dem des 286ers, d.h. sein Adreßbereich ist auf
16 MByte begrenzt, was ihn für Multitasking-Anwendungen nur eingeschränkt brauchbar macht.
Im Grunde handelt es sich um eine 386er CPU die auf einer erheblich preiswerteren 286er Hauptplatine
betrieben wird. Darin liegt auch der Grund, warum der SX bei vielen Anwendungen im Vergleich zu
seinem großen Bruder, dem "echten" 386er, deutlich langsamer ist. Er muß ständig zwischen seiner
internen 32-Bit- und der externen 16-Bit-Verarbeitung umschalten.
Das kostet Zeit - im Mittel gehen etwa 30 Prozent der Rechenleistung verloren.
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"Herwig H. Gamsjäger" <[email protected]>
Ein neuer Stern am PC-Himmel: der 80486
INTELs nächster Schritt in der Prozessor-Technik war die Entwicklung des80486DX, beschriftet mit
"i486DX". Es handelt sich um eine 32-Bit-CPU, aIso einen Prozessor, der über jeweils 32 Adreß- und
Datenleitungen mit seiner Umgebung kommuniziert.
Auch die internen Funktionseinheiten sind über 32-Bit-Verbindungen miteinander verknüpft.
Hinsichtlich seines Daten- und Adreßbusses unterscheidet sich der 80486 also nicht von seinem
Vorgänger.
Doch der i486 vereinigt mehr Bauteile auf einem Chip als alle vorherigen Prozessoren.
Es handelt sich eigentlich um einen integrierten Chip, in dem vier verschiedene Funktionen
zusammenfaßt sind; nämlich die CPU, ein mathematischer Coprozessor (NPU), ein Cachecontroller und
zwei je 4 KByte große Cachespeicher. Sicherlich ist die Frage berechtigt, was ein "Speicher" innerhalb
eines verarbeitenden Elements zu suchen hat. Ähnlich dem auf der Hauptplatine installierten externen
Cache handelt es sich bei dem "On-Chip-Cache" des i486 um einen Zwischenspeicher zwischen
dem Prozessor und dem Arbeitsspeicher. Der interne CacheController sorgt dafür, daß die schnelle CPU
so selten wie möglich auf den recht langsamen Hauptspeicher warten muß.
Der Cache wirkt wie eine Art "Intelligente Zwischenablage".
Auf diese Weise werden Wartezeiten weitgehend vermieden, ein Grund dafür, daß der 486er fast alle
Operationen innerhalb eines einzigen Taktzyklus ausführen kann.
Schon allein dieser Zusammenhang macht den i486 gegenüber dem 386er eindeutig überlegen.
Zunächst stellte INTEL das neue Rechenwunder in einer DX-Version vor.
Der Chip war für 25, 33 und später auch für 50 MHz lieferbar.
Als Reaktion auf die immer stärker und besser werdenden Konkurrenten im 386er- Markt schob der
Marktführer dann eine SX-Version des Chips nach.
Doch anders als beim 386er kann der 80486SX auf denselben Hauptplatinen betrieben
werden wie sein großer Bruder, der DX. An der äußeren Verdrahtung wurde also nichts geändert,
sondern der Chip wurde kurzerhand seines integrierten Coprozessors beraubt und unter der
Bezeichnung i4S6SX deutlich billiger angeboten.
Er ist für Taktfrequenzen von 20, 25 und 33 MHz verfügbar, wird also auch
etwas langsamer getaktet als der DX.
Aufgrund dieser Konstellation wurde immer wieder diskutiert, ob INTEL unter dem SX-Mäntelchen
fehlerhafte DX-CPUs vermarktet, also solche, bei denen der Coprozessor nicht funktioniert oder die bei
der ursprünglich vorgesehenen Taktfrequenz Schwierigkeiten bekommen.
Wirklich bestätigt hat sich das allerdings nie.
Hauptplatinen, die mit einem INTEL 486SX bestückt sind, verfügen nicht selten über einen
Sockel, der einen i47SX-"Coprozessor" aufnehmen kann. Das, was INTEL hier dem unwissenden
Anwender als Coprozessor verkauft, ist allerdings nichts anderes als ein vollwertiger 486DX-Prozessor.
Nach Installation des "Coprozessors" kann deshalb die 80486SX-CPU getrost entfernt werden.
Einen externen mathematischen Coprozessor im klassischen Sinn gibt es für INTEL 486er gar nicht.
Schon bei der 50-MHz-Version des 486ers gab es für die Platinenhersteller zahlreiche Probleme mit der
externen Hochfrequenz zu lösen, und so manche Hauptplatine wurde auch auf den Markt gebracht,
obwohl sie sich als störanfällig erwiesen hatte.
Um dem Bedarf nach noch mehr Prozessorleistung durch höhere Taktfrequenzen nachzukommen,
ersannen die Konstrukteure bei INTEL deshalb einen besonderen Kunstgriff, der in einer CPU
mit der Bezeichnung 80486DX2 alsbald für Aufsehen sorgte.
Die i486DX2-Prozessoren sind genauso aufgebaut wie der normale 486DX.
Allerdings machen sie sich zusätzlich die neue Technologie der "Internen Taktverdopplung" zunutze.
Das bedeutet, daß die Frequenz, mit der die Hauptplatine und damit alle Operationen außerhalb des
Prozessors (z.B. der Speicherzugriff) getaktet werden, innerhalb der CPU verdoppelt wird.
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Die CPU arbeitet also doppelt so schnell wie der Rest der Hauptplatine. INTEL liefert die DX2-Version
des 486ers für zwei Frequenzen, nämlich 25 MHz (486DX2-50) und 33 MHz (486DX2-66).
Seit Ende 1993 liefert INTEL seinen Pentium in Stückzahlen. Trotzdem wurde der "Vierer" noch einmal
weiterentwickelt - er wartet unter der Bezeichnung i486DX4 mit einer Reihe interessanter Features auf,
ich komme nachher noch einmal darauf zurück.
Das nächste Flaggschiff der INTEL-Flotte: Der Pentium
Großes Aufsehen erregte er schon auf der CeBIT 1992 in Hannover.
Die Rede ist von INTELs fünfter Prozessorgeneration, klangvoll Pentium genannt.
So manch einer schob die Anschaffung eines 486ers trotz drastisch fallender Preise immer weiter auf.
Die PC-Welt wartete gespannt auf den Sprung in die fünfte Dimension.
Aber bevor er sich richtig durchsetzen konnte, wurde die Euphorie durch Bekanntwerden eines zunächst
verschwiegenen Konstruktionsfehlers wieder gebremst. Der Pentium rechnete falsch.
Obwohl der Fehler des integrierten Coprozessors nur bei Divisionen von ganz bestimmten
Fließkommazahlen auftritt; eine relativ unwichtige Nachkommastelle betrifft, und bei
nichtwissenschaftlichen Anwendungen statistisch gesehen nur etwa alle 20.000 Jahre auftritt, geriet
sogar INTELs Aktienkurs massiv unter Druck. Seit Dezember 1994 ist der Fehler behoben, und INTEL
tauscht die fehlerhaften Chips auf Wunsch kostenlos gegen ein fehlerfreies Exemplar aus.
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Doch trotz des ganzen Wirbels um den sogenannten "Bug":
Der Pentium ist ein hervorragender Prozessor, und gegenüber seinem Vorgänger
bringt er wieder einige wirklich wegweisende Neuerungen mit.
Der Adreßbus bleibt unverändert bei 32 Leitungen. Es bleibt also bei einer 32-Bit-Prozessorarchitektur.
Dennoch kann der Pentium in einer Breite von 64 Bit auf den Arbeitsspeicher zugreifen: Sein Datenbus
wurde gegenüber seinem Vorgänger um 32 Leitungen auf 64 Bit erweitert.
Der integrierte Befehls- und Datencache, der schon vom 80486 her bekannt ist, wurde beim Pentium auf
die doppelte Größe gebracht. Insgesamt also 16 KByte (2 mal 8 KByte) Cachespeicher stehen auf dem
Chip zur Verfügung, säuberlich getrennt in Daten- und Befehlscache.
Dies allein bewirkt schon eine spürbare Leistungssteigerung, da es auf diese Weise möglich wird, in
einem Arbeitsschritt 8 Byte aus dem Arbeitsspeicher in den internen Cache oder umgekehrt zu
übertragen.
Bei einem internen Systemtakt von 100 MHz z.B. errechnet sich daraus eine Datenübertragungsrate von
bis zu 800 MByte je Sekunde.
Anders als sein Vorgänger verfügt der Pentium über zwei parallel arbeitende Recheneinheiten,
die sogenannten Integer-Pipelines. Diese parallele Architektur ermöglicht für die Mehrzahl der Befehle
eine parallele Bearbeitung. Pro Taktzyklus können also zwei Befehle bearbeitet werden. Komplexere
Befehlsstrukturen, für die eine 486-CPU z.B. elf Taktzyklen benötigte, schafft der Pentium unter
Umständen in nur noch fünf Arbeitsschritten.
Die wesentliche Neuerung des Pentium ist aber die Optimierung der Arbeitsweise
der sogenannten Floating-Point-Unit.
Gemeint ist der integrierte Coprozessor, der für die Fließkomma-Arithmetik zuständig ist. Für .
Addition und Multiplikation werden jetzt nur noch drei Arbeitstakte benötigt, im Gegensatz zu zehn Zyklen
beim 486er. Die Durchführung einer Division erfordert beim 486er je nach Genauigkeit bis zu 73
Arbeitstakte. INTELs Pentium kommt mit 18 bis 38 Taktzyklen aus, auch in der fehlerbereinigten
Version.
Darüber hinaus ist die Arithmetik-Einheit des Pentium über einen 64-Bit-Bus mit den beiden
Befehlspipelines verbunden. Hier werden also noch einmal höhere Transferraten erreicht als beim i486,
dem dort nur ein 32-Bit-Bus zur Verfügung steht.
Daraus folgt, daß ein Pentium-PC-System in dem Maße schneller als ein 486er ist, je größer der Anteil
an Fließkommaoperationen bei der Anwendung ausfällt.
Technisches Zeichnen und die Bearbeitung dreidimensionaler Grafik werden deutlich mehr von der
Pentium-Leistung profitieren als andere Anwendungen. Leistungssteigerungen gegenüber
gleichgetakteten 486ern um den Faktor 5 sind bei stark rechenintensiven Anwendungen
durchaus erzielbar. Aber auch bei "gewöhnlichen" Integer-Anwendungen hat der Pentium aus den oben
beschriebenen Gründen deutlich die Nase vorn, bei gleicher Taktfrequenz ist hier
Faktor 2 gegenüber einem 486er möglich.
Hinsichtlich der Taktfrequenz von Prozessoren gab es zunächst eine physikalische Leistungsgrenze,
die bei 66 MHz angesiedelt war. Höhere Frequenzen führten unter anderem zu Temperaturproblemen.
Immerhin leisten auf dem 5,5 Quadratzentimeter großen Chip über drei Millionen Transistoren ihre Arbeit
und sorgen für eine Wärmeabgabe von ca. 12 Watt.
Die Chips werden schlicht und ergreifend zu heiß. Schon die 50- und 66-MHz-Varianten des 486ers
durften nach INTEL-Spezifikation nur mit einem speziellem CPU-Kühler betrieben werden.
Um einerseits höhere Frequenzen möglich zu machen und andererseits den Stromverbrauch der CPU zu
senken (interessant für den Einsatz in akkubetriebenen Geräten), entwickelte INTEL ein Verfahren, bei
dem die Stromversorgung des Prozessors von 5 Volt auf 3,3 Volt herabgesetzt wird.
Diese Technologie macht eine weitere interne Taktvervielfachung möglich, ohne die Chips in
unerträgliche Temperaturbereiche zu bringen.
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"Herwig H. Gamsjäger" <[email protected]>
Für den Pentium bedeutete dies zunächst eine 90-MHz-Version, die seit Frühjahr 1994 im Handel ist.
Bald folgten Versionen mit 75, 100, 120, 133, 150, 166 und schließlich 200 MHz.
Der i486DX lebt noch einmal auf
Zwei neue Vierer Die durch 3,3-Volt-Technik mögliche Taktverdreifachung führte auch beim 486er noch
zu zwei weiteren Modellen. INTEL gab ihnen die verwirrende Bezeichnung IntelDX4.
Den 80486DX4 gibt es in zwei Versionen, eine für 25 MHz externen Takt (intern verdreifacht auf 75 MHz,
486DX4-75) und eine für 33,3 MHz externen Takt (intern verdreifacht auf 100 MHz, 486DX4-100).
Zusätzlich zur Taktverdreifachung bringt diese CPU in Anlehnung an den
Pentium noch einen getrennten, je 8 KByte großen Befehls- und Datencache mit, der damit doppelt so
groß ist wie bei seinen Vorgängern.
Der Pentium ist tot, es lebe der Pentium
Nachdem der Pentium fehlerfrei und günstiger war, setzte er seinen Siegeszug fort.
Von nun an ging die Entwicklung so rasant von sich, daß man ruhig sagen kann es gibt
halbjährlich einen neuen Prozessortyp mit unterschiedlichsten Taktfrequenzen.
Kaum war der Pentium Pro am Markt, der am besten für Server geeignet ist,
wurde er auch schon wieder von der Bildfläche durch den Pentium MMX gefegt.
Dieser ist ein hervorragender Rechenknecht was Spiele betrifft, er ist zur Zeit der am
häufigsten verwendete Prozessor. Jedoch auch ihm steht ein langsamer aber sicherer Tod bevor.
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"Herwig H. Gamsjäger" <[email protected]>
Ein Pentium Pro Prozessor
Pentium Pro Prozessor
Sein Nachfolger der Pentium II ist schon auf dem Weg zu seinem großen Durchbruch.
Er ist mit Taktfrequenzen von 233, 266, 300, 333, 350 und 400 MHz erhältlich.
Er ist jedoch für den Heimgebrauch noch zu teuer, ein Pentium II mit 300 MHz kostet etwa 6.500 öS.
Dagegen ist der Pentium II mit 400 MHz bereits mehr als das doppelte teurer.
Da heißt es abwarten und Tee trinken, denn die nächste Prozessor-Generation kommt bestimmt
und somit auch der Preisverfall für die zur Zeit noch zu teuren PC-Systeme.
Ich hoffe, meine Arbeit konnte einen kleinen Einblick in die komplizierte Struktur eines Prozessors
gewähren. Man sieht hier, wie kompliziert ein PC-System ist, wenn so viele Jahre Forschung und
Entwicklung von nöten waren um einen Prozessor zu entwickeln der den heutigen Anforderungen
gerecht wird.
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