Was ist CPU-Design? (Mit Bildern)
Das Design einer Zentraleinheit (CPU) ist das Design eines wichtigen Aspekts eines Computers. Der Entwurf wird normalerweise von einem auf CPUs spezialisierten Computerdesigner ausgeführt. Im Allgemeinen besteht der erste Schritt des CPU-Entwurfs darin, zu entscheiden, welche Entwurfsprioritäten bestehen und welche Ziele mit der CPU erreicht werden sollen. Das Entwerfen einer neuen CPU kann bis zu fünf Jahre dauern, manchmal auch länger, und die Gesamtkosten des Entwurfszeitraums können sich auf mehrere zehn Millionen US-Dollar (USD) belaufen. Diese Kosten variieren je nach CPU-Typ, der von Hochleistungs-CPUs bis hin zu Low-End-CPUs für eingebettete Geräte und Allzweckmodelle reicht.
Einige Bereiche des CPU-Designs müssen immer angesprochen werden, einschließlich der Integration eines Befehlssatzes, den Programmierer verwenden können. Ohne einen Befehlssatz können Programmierer keine Programme entwickeln, die auf einem Computer mit einer bestimmten CPU ausgeführt werden. Der Befehlssatz enthält viele grundlegende Informationen, z. B. zum Lesen und Schreiben von Daten und zur Position bestimmter Elemente, z. B. des Speichers.
Ein weiterer wesentlicher Bestandteil des CPU-Designs ist das Entwerfen der physischen Darstellung der Hardware. Da das Entwerfen einer CPU ein komplizierter und zeitaufwendiger Prozess ist, ist es normalerweise erforderlich, einen Computersimulator zu verwenden, um die gesamte prototypisierte Hardware zu visualisieren. In den meisten Fällen arbeiten viele CPU-Designer bei diesem Aspekt des CPU-Designs zusammen.
Einer der letzten Schritte des CPU-Entwurfs heißt Entwurfsregelprüfung. Der Zweck dieses Prozesses besteht darin, sicherzustellen, dass das CPU-Design den technischen Regeln entspricht, die verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Chip effektiv hergestellt wird. Die Herstellung ist kein perfekter Prozess, daher gibt es normalerweise Variablen und ungenaue Aktionen. Das Design eines Chips muss in der Lage sein, einige Fehler während der Herstellung auszuhalten, aber dennoch ordnungsgemäß zu funktionieren.
Beim Entwerfen einer neuen CPU gibt es einige gemeinsame Entwurfsziele, und für eine bestimmte CPU gibt es häufig mehr als ein Ziel. Manchmal möchte ein Designer eine CPU herstellen, die mit weniger mehr kann. Das Ziel ist möglicherweise nicht, eine CPU zu entwickeln, die viel schneller ist als vorhandene Designs, sondern einen bestimmten Standard zu erstellen, der billiger oder energieeffizienter ist. In anderen Fällen könnte das Ziel tatsächlich darin bestehen, eine schnellere CPU zu bauen, ohne Rücksicht auf Kosten oder Stromverbrauch. Eine andere Art von Entwurfsziel könnte darin bestehen, eine CPU zu erstellen, die bei paralleler Verarbeitung oder bei bestimmten Prozesstypen effizienter arbeitet.