Computerhardware - Verständlich vermittelt - Teil 9: Die Taktfrequenz

Die Taktfrequenz

Nun wissen wir prinzipiell, was die CPU macht. Aber wer bestimmt wann der nächste Befehl abgearbeitet werden kann? Damit kein Chaos entsteht, läuft innerhalb der CPU alles synchronisiert mit einem vorgegebenen Takt ab. Der Takt bestimmt, wann ein neuer Befehl bearbeitet werden kann. D.h. wiederum, dass kein Befehl (oder Teil eines komplexen Befehls) länger als diesen Taktzyklus dauern darf.

Der erste IBM-PC aus den frühen 90er Jahren, genannt im 7. Teil dieser Artikelserie, besaß eine Taktrate von 5MHz. Das klingt heute nach nicht allzu viel Rechenleistung. Wenn man sich allerdings klar macht, was diese Zahl eigentlich bedeutet, dann sieht die Sache schon etwas anders aus. Es bedeutet nämlich, dass der Prozessor fünf Millionen Takte pro Sekunde vorgibt und genauso viele (einfache) Befehle in dieser Zeit verarbeiten kann. Bei einem GHz sind es schon eine Milliarde Befehle pro Sekunde.

Natürlich gibt es nicht nur diese einfachen Befehle, die innerhalb eines Taktes komplett abgearbeitet werden können. In Anlehnung an Teil 5 der Artikel kann man sich denken, dass eine Addition von Binärzahlen wesentlich einfacher ist, als z.B. eine Division. Diese Befehle sind dann eben in mehrere Taktzyklen aufgeteilt, um die schneller abzuarbeitenden Befehle nicht unnötig zu verzögern.

In den Anfängen der PC-Entwicklung wurden die Taktraten immer schneller. Etwas später gab es unter den Chipherstellern ein regelrechtes Rennen um höhere Taktraten. Einige Jahre nach der Jahrtausendwende allerdings bekamen sie Schwierigkeiten diese rapide Entwicklung bestehen zu lassen. U.a. auch aus schlicht physikalischen Gründen. Ein weiteres Problem ist auch, dass so sehr an den CPUs geschraubt wurde, dass mittlerweile ganz andere Komponenten das System ausbremsen können. Während die CPU von 5MHz auf heute über 3GHz getaktet wurde, was in diesem Fall einer Steigerung um das 600-fache entspricht, wurde z.B. der Arbeitsspeicher nur einen Bruchteil dessen schneller. Auch Festplatten wurden immer größere Bremsen eines PCs.

Das bedeutete also, dass CPUs zwar genug „Power" hatten, aber diese teilweise gar nicht nutzen konnten, weil sie auf andere Komponenten warten mussten. Eine Lösung des Problems ist die Parallelisierung, so dass mehrere Befehle gleichzeitig in verschiedenen „Pipelines" bearbeitet werden können. Dies geht aber zu sehr ins Detail. Um eine andere Lösung dieses Problems wird sich der nächste Artikel drehen: Den Cache-Speicher.

Der Autor Michael Sander schreibt in seiner Freizeit ebenfalls Artikel für Seiten, auf denen man z.B. Sofas günstig finden kann.

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