Der Prozessor

Dieser Abschnitt bringt eine kurze Darstellung des prinzipiellen Aufbaus von Prozessoren. Aufbau und Funktion von Mikroprozessoren werden ausführlich in Kapitel 7 besprochen.

Der Kern der Grundplatine ist der Prozessor. Er arbeitet alle Befehle ab, die ihn über den Datenbus erreichen. Der Prozessor selbst ist in verschiedene Funktionsblöcke unterteilt, die die unterschiedlichen Aufgaben des Prozessors bewältigen, Abb. 6.3.

Ein Prozessor besteht aus einer arithmetisch-logischen Einheit (ALU, engl. arithmetic and logical unit) in Verbindung mit einem Zähler und einem Satz von Registern, die alle Daten des Prozessors aufnehmen:

• Datenregister
• Adreßregister
• Befehlsregister
• Befehlszähler.

Ein Register ist ein schneller Zwischenspeicher, in den Zahlenwerte eingetragen und wieder entnommen werden können. Auf Register kann der Prozessor wesentlich schneller zugreifen als auf Speicherzellen (Faktor $>$ 10). Den Prozessor kann man in vier Bereiche unterteilen:

Abbildung 6.3: vereinfachter schematischer Aufbau eines Prozessors

1. Der erste Bereich dient zur Bearbeitung von Daten und besteht aus der ALU und den Datenregistern. Er wird Datenwerk genannt.

2. Der zweite Bereich dient der Adreßberechnung und besteht aus dem Befehlszähler und den Adreßregistern. Er wird Adreßwerk genannt.

3. Der dritte Bereich dient der Befehlsausführung und besteht aus dem Befehlsregister und dem Befehlsdekodierer, mit dem alle Bausteine über Steuerleitungen angeschlossen sind. Er wird Steuerwerk genannt.

4. Der vierte Bereich dient der Busbehandlung des Prozessors. Hier wird dafür gesorgt, daß ankommende Signale korrekt in den Prozessor übernommen oder nach außen gegeben werden.

Die Gesamtheit der Befehle, die ein Prozessor ausführen kann, nennt man seinen Befehlssatz (engl. instruction set). Die Befehle lassen sich in folgende Klassen einteilen (siehe auch Kapitel 7):

• Speicher-Operationen: Diese Operationen ermöglichen den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Registern und dem Hauptspeicher.

• Arithmetische Operationen: Der Prozessor führt Operationen wie Addition oder Subtraktion aus.

• Logische Operationen: Boolesche Operationen zum logischen Verknüpfen von Daten.

• Sprungoperationen: Ermöglichen Verzweigungen in Programmen. Es gibt zwei Arten von Sprüngen: unbedingte Sprünge und bedingte Sprünge an Adressen.

Aufbau und Funktion eines Mikroprozessors werden im Detail in Kapitel 7 beschrieben.