Prozessor
Ein Prozessor ist…
Bei einem Prozessor handelt es sich um eine elektronische Verarbeitungseinheit, eine Schaltung, welche für die
Einsatz von Prozessoren
Am häufigsten sind Prozessoren in eingebetteten Systemen zu finden. Ein "embedded System" (so der englische Ausdruck für eingebettetes System) ist ein Rechner, der in ein technisches Gerät integriert ist. Ein typisches eingebettetes System ist beispielsweise die Waschmaschine, das Auto, die Set-Top-Box, ein Fernseher, Flugzeug oder DVD-Player. Auch Handys und Geräte aus dem Bereich der Unterhaltungselektronik gehören zu den "embedded Systems".
Nur fünf Prozent der sich auf dem Markt befindlichen Prozessoren sind in PCs eingebaut. In einem Desktop-PC übernimmt der Hauptprozessor die Steuerung weiterer integrierter Prozessoren. Moderne Prozessoren sind mit zwei oder vier Kernen ausgestattet. Sie heißen Multikernprozessoren. Beispiele dafür sind der Intel Core 2 und der AMD Athlon X2.
Haupt- und Mikroprozessoren
Der Hauptprozessor ist auch als CPU ("central processing unit", englisch für "zentrale Verarbeitungseinheit") bekannt. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden die Begriffe Hauptprozessor und Prozessor oft synonym gebraucht. Bei einem Hauptprozessor handelt es sich um das Kernstück eines Computers.
Mittlerweile befinden sich die meisten Hauptprozessoren auf einem Mikrochip, woher der Begriff Mikroprozessor rührt. Texas Instruments entwickelte bereits Anfang der 1970er Jahre die ersten Mikroprozessoren. Multikernprozessoren 
Notebookprozessor
Notebookprozessoren, auch Mobilprozessoren genannt, sind vornehmlich in tragbaren Computern, wie etwa in einem Notebook oder Netbook, zu finden. Im Vergleich zu den in Desktop-PCs verbauten Prozessoren sind Notebookprozessoren energieeffizienter, da sie mit niedrigerer Kernspannung arbeiten. Letztere lässt sich sehr schnell anpassen. Während des Tippens beispielsweise wird sie zwischen zwei Tastenanschlägen sehr stark heruntergefahren, sodass der Energieverbrauch gering bleibt. Auch im Ruhemodus ist der Stromverbrauch auf Grund der Notebookprozessoren wesentlich niedriger, was wiederum für längere Akkulaufzeiten bei Laptops und Netbooks sorgt.
Notebookprozessoren verfügen oftmals über mehr Rechenleistung als Prozessoren in eingebetteten Systemen. Vor allem im Bereich Multimedia und Büroanwendungen können Mobilprozessoren punkten. Auf Grund ihrer guten Leistung wird diese Art von Prozessoren auch in industriellen Anlagen und Kassencomputern verbaut. Mobilprozessoren sind in der Regel um einiges teurer als Desktop-PC-Prozessoren.
Weitere Prozessorarten
Asynchrone Prozessoren bestehen aus mehreren Teilen, die unabhängig von einander funktionieren. Eine zentral festgelegte Taktfrequenz ist zur Datenverarbeitung daher nicht nötig. Die Weiterleitung der Befehle an die betreffende Stelle kann also zu jeder beliebigen Zeit erfolgen.
Um größere Bitbreiten auf einmal zu verarbeiten, werden beim Bit-Slice-Prozessor mehrere Prozessoren verschachtelt.
Mikrocontroller sind auch unter den Begriffen µController, µc oder MCU geläufig. Hierbei handelt es sich um Computersysteme, die aus einem Chip bestehen. Auf diesem Chip sind so gut wie alle Komponenten untergebracht – ein Mikrocontroller beinhaltet beispielsweise einen CPU, einen Programmspeicher und einen Arbeitsspeicher.
Digitale Signalprozessoren (DSP) verarbeiten analoge Signale unter Zuhilfenahme digitaler Systeme.
Ein- und Ausgabegeräte werden mittels Ein- und Ausgabeprozessoren bedient.
Ein Grafikprozessor verarbeitet Grafikdaten. Er ist auch als GPU (Graphics Processing Unit) bekannt. Immer häufiger trifft man auch auf die Abkürzung VPU (Visual oder Video Processing Unit).
Der Soundprozessor (SPU, Sound Processing Unit) berechnet Audiodaten.
Gleitkommazahlen werden von mathematischen Koprozessoren verarbeitet. Während der mathematische Koprozessor früher ein separater Prozessor war, findet man ihn heutzutage als Teil des Hauptprozessors wieder.
Der PPU (Physics Processing Unit), also der Physikbeschleuniger, steuert physikalische Prozesse.
Der Kern
Jeder Prozessor hat mindestens einen Prozessorkern. Darin befinden sich Rechen- und Steuerwerk. Andere Komponenten sind in unmittelbarer Nähe angesiedelt. Ist nur ein Kern vorhanden, ist die Rede von Single-Core-Prozessoren.
Mehrkern-, Multikern- oder Multicoreprozessoren bestehen – wie der Name schon sagt – aus mehreren Prozessorkernen. Dual-Core-Prozessoren verfügen über zwei Kerne, Triple-Core-Prozessoren über drei und Quad-Core-Prozessoren über vier Kerne.
Der Vorteil von Mehrkernprozessoren ist ihre höhere Geschwindigkeit, die mit einem Single-Core-Prozessor nicht erreicht werden kann. Da die erforderliche Technik in immer kleineren Maßstäben realisierbar ist, finden mehrere Kerne auf einem Mikrochip leicht Platz.
Bestandteile eines Prozessors
Bei Registern handelt es sich um Speicher, die sich innerhalb des Prozessors befinden. Sie sorgen für schnelle Verbindungen zu anderen Bestandteilen des Prozessors. Es gibt unterschiedliche Register, wie etwa Arbeitsregister, Befehlszählregister oder Befehlsregister. Die Registergröße wirkt sich auf die Leistungsfähigkeit des gesamten Prozessors aus.
Im Rechenwerk eines Prozessors finden die Elementaroperationen statt. Das Rechenwerk eignet sich sowohl für arithmetische Operationen (hierzu zählt beispielsweise das Zusammenzählen zweier Zahlen) als auch für logische Operationen (etwa die Verknüpfung mit „und“ oder „oder“). Daher trägt das Rechenwerk auch den Namen Arithmetisch-logische Einheit (ALU).
Der Befehlsdecoder sorgt für die Umwandlung von binären Befehlen in Anweisungen, die die entsprechenden Schaltungen steuern.
Für die Kontrolle der richtigen Befehlsausführung ist das Steuerwerk zuständig. Die Kontrolle umfasst den Befehlsdecoder im Befehlsregister sowie das Rechenwerk.
Bei einem Bus handelt es sich um eine Datenleitung. Über solche Leitungen erfolgt die Verbindung des Prozessors mit
Cache ist ein Zwischenspeicher. In der Regel verfügt ein Prozessor über drei bis vier Caches. Darin befinden sich die zuletzt verarbeiteten Daten, was bewirkt, dass sie sehr schnell bereitstehen, falls sie wieder verwendet werden sollen. Der am schnellsten abrufbare Cache ist der Level-1-Cache, oder kurz: L1-Cache. Er umfasst zwischen vier und 256 Kilobyte. Der L2-Cache befindet sich ebenfalls im Prozessorkern und hat eine Kapazität von 64 Kilobyte bis zwölf Megabyte. Am langsamsten ist der L3-Cache. Allerdings handelt es sich hierbei aber mit bis zu 256 Megabyte um den größten Zwischenspeicher. Bei Multicoreprozessoren ist in der Regel jeder Kern mit jeweils einem L1- und einem L2-Cache ausgestattet. Der L3-Cache ist so groß, dass er sich über mehrere Kerne erstreckt.
So funktioniert ein Prozessor
Aus dem Arbeitsspeicher werden Maschinenbefehle in das Befehlszählregister geladen. Dort wandelt der Befehlsdecoder die binären Codes in Anweisungen um, mit denen die entsprechenden Schaltungen aktiviert werden, die für die Umsetzung des Befehls wichtig sind. Zusätzliche Daten, die für die Umsetzung der Anweisungen nötig sind, liefert die Festplatte oder andere Speichermedien – wie etwa USB-Sticks. Diese Daten werden in die Arbeitsregister geleitet. Der Transfer findet über die entsprechenden Busse statt. Anschließend findet die Ausführung des Befehls statt. Bei Befehlen kann es sich um die Steuerung von Peripheriegeräten, Operationen im Rechenwerk oder Veränderungen des Befehlszählregisters handeln. Manchmal finden darüber hinaus auch noch andere Steuerungsschritte statt.
Prozessor-Leistung und Stromverbrauch
Die Leistung eines Prozessors hängt von dessen Wortbreite, der Anzahl seiner Transistoren sowie der Taktfrequenz ab. Derzeit liegt die Wortbreite - auch bekannt als Wortlänge oder Busbreite – bei 32 beziehungsweise 64 Bit. Die 
Eine höhere Taktfrequenz und somit mehr Leistung bedeutet jedoch auch höheren Stromverbrauch. Die Hersteller versuchen, letzteren durch neue Fertigungsweisen gering zu halten. Durch höheren Stromverbrauch steigt auch die Wärmeentwicklung und somit die Belastung des Lüfters. Bei großen Rechnernetzwerken wirkt sich die Wärmeentwicklung zudem auf die Raumtemperatur aus und erfordert wiederum eine höhere Leistung der Klimaanlagen. Moderne Rechner laufen derzeit mit 45 bis 140 Watt.