Wissen: PCGH-CPU-Serie (2)
Quelle: Bild: PCGH
In einer mehrteiligen Serie zeigte PC Games Hardware, wie Prozessoren aufgebaut sind, wie sie arbeiten und wie sie sich in den letzten Jahren weiterentwickelt haben. Die sehr beliebte Serie aus der PCGH-Printausgabe bieten wir Ihnen nun auch online an - für den Fall, dass Sie die eine oder andere Ausgabe verpasst haben.
Der Transistor (2)
Beim Bipolartransistor steuert ein Strom IB im Basis-Emitter-Kreis einen (stärkeren) Strom IC im Kollektor-Emitter-Kreis. Der Vorteildieser stark miniaturisierten Schalter: Es passen Tausende, ja Millionen davon auf einen einzigen Chip. Die Kombination aus diesen Millionen von Transistoren erlaubt die Darstellung von unzähligen Funktionen, die wiederum in ihrer Kombination den Befehlssatz eines Prozessors ausmachen.
Das Dual-System
Quelle: Bild: PCGH
Aufbau: Die drei Transistor-Elemente werden Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E) genannt. Die dünne Basis liegt zwischen Kollektor und Emitter.
Nein, das hat nichts zu tun mit Restmüllrecycling. Das Dual-System beschreibt ein Stellenwertsystem zur Darstellung von Zahlen auf der Basis 2. Warum ausgerechnet die 2? Wenn eine Informationseinheit nur zwei Zustände (Ein/Aus) annehmen kann, dann kann man Zahlen natürlich nicht im Dezimalsystem (Basis 10) darstellen, wie wir es normalerweise tun. Man muss sich auf das Dual-System beschränken. Während bei unserem Dezimalsystem zehn Zahlen (1 bis 9) möglich sind, ehe wir eine zusätzliche Stelle benötigen (10), sind es bei Dualzahlen nur zwei. Zählen würden wir demnach so: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110 usw., wobei die Dualzahl 10 im Dezimalsystem der 3 entspricht, die duale 11 der 4 usw.
Es ändert sich also nichts an den Zahlen, sondern nur an der Schreibweise. Mit diesen Dualzahlen im binären Code (daher auch Binärzahlen oder Zahlen im Binärcode genannt) kann eine aus Schaltungen bestehende Maschine nun hervorragend arbeiten. Man muss nur festlegen, dass eine Eins dem Zustand "Strom fließt" bzw. "Spannung angelegt" entspricht,eine Null dem Zustand "Strom fließt nicht" bzw. "Keine Spannung angelegt".
Der Übersicht halber benötigen wir noch eine feste Größe, um bei einer Zahlenfolge von 1110 erkennen zu können, ob wir eine 1 und eine 110 (also eine dezimale 1 und eine 6) darstellen wollen, oder eine 1110 (entspricht dezimaler 14). Dazu muss man sich zuvor auf die Bitlänge einigen. Der kleinste Datentyp, den ein PC kennt, ist das Byte, eine Zahl bestehend aus acht Bit, also acht Stellen. Das Byte wird rechtsbündig geschrieben und linksseitig mit Nullen aufgefüllt. Beim Zählen 1, 2, 3, ... würde man also so schreiben: 00000001, 00000010, 00000011, ....
Der Halbadder (1)
Quelle: Bild: PCGH
Halbadder: Das schematische Schaltbild zeigt die im Fließtext beschriebenen
Operanden A, B, S und C sowie die logischen Operatoren XOR und UND.
Bisher sind wir in der Lage, Informationen und sogar Zahlen binär zu speichern. Einen Rechner jedoch haben wir noch nicht, denn noch können wir nichts verarbeiten. Das Rechenwerk der Von-Neumann-Architektur fehlt. Dazu benötigen wir eine ALU (Arithmetic Logic Unit), also eine Einheit, die rechnen und "entscheiden" kann. Dazu sind viele Teilschaltungen wie Vergleicher, Halbadder, Volladder usw. notwendig.
Doch um zu zeigen, wie man überhaupt binär rechnen kann, möchten wir die Schaltung eines Halbadders am Beispiel erklären. Ein Halbadder ist eine elektrische Schaltung, die aus zwei Ein-Bit-Ausgangswerten A und B ein Zwei-Bit-Ergebnis produziert, das aus einer Summe S und einem Carry-Bit ("Übertrag") C besteht. Die benötigten Funktionen sind: XOR ("exklusives ODER") sowie AND ("UND"). Ein XOR liefert immer dann eine 1 als Ergebnis, wenn A und B voneinander differieren. Ansonsten liefert XOR eine 0. Die UND-Funktion dagegen liefert immer dann eine 1 als Ergebnis, wenn A und B mit 1 belegt sind. Ansonsten liefert UND eine 0.
