Was ist ein Computer?
Die CPU führt Anweisungen aus
„Verarbeitung“ war das ungenaueste Wort in der Übersicht. Etwas passiert, und das Bild wird heller. Diese Lektion macht es konkret.
Die zentrale Verarbeitungseinheit, englisch central processing unit oder kurz CPU, führt Anweisungen aus. Keine Anweisungen in menschlicher Sprache und nicht die Schaltflächen, auf die du klickst. Es sind so grundlegende Anweisungen, dass eine einzelne etwa „Addiere diese beiden Zahlen“ oder „Kopiere diesen Wert dorthin“ leistet.
Die CPU ist auch ein physisches Bauteil. In einem typischen Desktopcomputer sitzt das quadratische Prozessorgehäuse in einem passenden Sockel auf dem Mainboard. Das Bild zeigt beide getrennt, damit du die Verbindung erkennen kannst. Eingebaut liegt das Gehäuse mit der Metalloberseite flach in diesem Sockel.
Eine Anweisung nach der anderen
Die Anweisungen warten im Arbeitsspeicher des Computers, der RAM heißt. Die nächste Lektion behandelt RAM genauer. Denk vorerst an den Ort, an dem die CPU das holt, was sie als Nächstes braucht.
Die CPU wiederholt dann einen dreiteiligen Zyklus, immer wieder, solange die Maschine eingeschaltet ist:
Holen (Fetch): Die nächste Anweisung aus dem RAM holen.
Decodieren (Decode): Ermitteln, welche Operation verlangt wird und auf welche Daten sie sich bezieht.
Ausführen (Execute): Die Operation erledigen. Addieren, vergleichen, einen Wert verschieben.
Das Ergebnis bleibt kurz innerhalb der CPU oder wird in den RAM zurückgeschrieben. Dann beginnt der Zyklus mit der nächsten Anweisung erneut.
Dieses Modell aus drei Schritten reicht für die kommende Arbeit. Dass daraus ein Bildbearbeitungsprogramm wird, liegt an der Geschwindigkeit: Ein moderner Prozessor schafft Milliarden solcher Schritte pro Sekunde. Jeden Bildpunkt eines Fotos neu zu berechnen braucht Millionen winziger Operationen. Deshalb ist es fertig, bevor du den Finger gehoben hast.
Die nächste Anweisung liegt im RAM. Was passiert zuerst im Zyklus?
Bitte Monty um einen anderen Blickwinkel
Holen, decodieren, ausführen ist eine dieser Ideen, die eher bei der zweiten oder dritten Erklärung einleuchten als bei der ersten. Wenn es noch nicht klar ist, öffne Monty und frage:
Führe mich für eine einzelne einfache Anweisung durch Holen, Decodieren und Ausführen. Gehe Schritt für Schritt vor und halte nach jedem Schritt an.
Monty ist in diesem gesamten Kapitel kostenlos. Frag also auch nach. „Was tut die CPU beim Decodieren genau?“ ist eine gute Frage.
Die CPU kann nur an dem arbeiten, was sie erreicht. Um diese Reichweite geht es in der nächsten Lektion. Sie erklärt etwas, das du fast sicher schon erlebt hast: Arbeit zu verlieren, die du nicht gespeichert hattest.