Wie viele Bits werden bei einer Taktfrequenz von 1Hz/s verarbeitet?

[dieterz1]

Hi!
Ein Computer arbeitet bekanntlich nur mit 1 und 0 (sprich: binär), die Geschwindigkeit eines Prozessors wird aber in (Giga)-Hertz angegeben.

Daher meine Verständnisfrage:

Wie viele Bits werden bei einer Taktfrequenz von 1Hz/s verarbeitet?

 

[hallo7]

Das kommt darauf an und hat mit der Taktfrequenz nur bedingt zu tun.

Die Taktfrequenz wird für die Synchronisation der CPU über ihre Transistoren usw. verwendet. Sprich, am Ende eines Taktes muss die CPU wieder in einem definierten Zustand sein. Gewisse Befehle dauern z.B. genau einen Takt (Addition), es gibt aber auch Befehle die sich über mehrere Takte erstrecken können (Division).
Wichtig ist eigentlich, dass man im Vorraus weiß wie lange diese Grundbefehle dauern.

Wie viele Bits nun in einem Takt verarbeitet werden können, hängt auch von der Speicheranbindung ab.

Der erste PC mit der i8088-CPU holte sich jedes Byte einzeln aus dem Speicher. Die i8086-CPU konnte bereits 16 Bit = 2 Byte parallel (d.h. gleichzeitig, in einem Lesevorgang) aus dem Speicher lesen. Die 286er und 386er Prozessoren arbeiteten mit 32 parallelen Bits (4 Byte), während die Pentium-CPUs 64 Bit = 8 Byte in einem Speichertakt lesen bzw. schreiben können.
Den Speicherbus noch weiter auf 16 Byte zu verbreitern wäre eine Möglichkeit, doch es lohnte sich nicht. Die CPU greift im ständigen Wechsel auf mindestens zwei Speicherbereiche zu: Daten und Programmcode. Es ist zu selten, dass die CPU mehr als acht unmittelbar aufeinanderfolgende Byte benötigt. Deshalb arbeiten moderne CPUs mit der Dual-, Triple- oder Quad-Channel-Technologie: Aus der CPU führen zwei, drei oder vier Speicherbusse zu den RAM-Steckplätzen. Während ein Speicherkanal noch mit Lesen oder Schreiben beschäftigt ist, kann die CPU weitere Anforderungen an die anderen Speicherkanäle richten. Der Hardware-Aufwand ist freilich groß. Für jeden Speicherbus müssen mehr als hundert Kontakte aus der CPU herausgeführt werden. Deshalb haben die Vier-Kanal-CPUs von Intel 2011 Pins („Beinchen“).

Zum nachlesen

 

[Nai]

Dafür solltest du "verarbeitete Bits" erst näher definieren. Falls du die Anzahl der ausgeführten Rechenoperationen pro Takt meinst, die berechnet sich bei einem modernen Prozessor, vereinfacht dargestellt, in der Regel aus:
Kernzahl * Vektoreinheiten pro Kern * Vektorbreite = Operationen pro Takt
Beispiel Geforce Titan X für Gleitkommaberechnungen einfacher Genauigkeit:
80 Kerne * 2 Vektoreinheiten pro Kern * 32 Vektorbreite = 5120 Operationen pro Takt.
Da eine Gleitkommazahl eine Größe von 32 Bit hat, erzeugt dieser Prozessor 163 840 bits an Daten pro Takt, und liest dazu pro Operrand der Operation ebenso viele bits aus den Registern ein, was bei einer Operation mit 3 Operanden 491 520 Bits ergibt.

Das ganze wird im Detail allerdings etwas komplexer, da moderne Prozessoren unterschiedliche Vektoreinheiten für unterschiedliche Befehle haben, die sie zudem alle gar nicht gleichzeitig verwenden können.

 

[DJMadMax]

Vereinfacht ausgedrückt könntest du ein Bit aber auch mit einem einzelnen Transistor des Prozessors vergleichen, der lediglich auf- und zuschaltet (wie du schon korrekt sagtest: 0 und 1).

So gesehen hat ein Xeon Phi z.B. gute 8 Milliarden Transistoren, die selbstverständlich für verschiedene Bereiche der Berechnungen zuständig sind, generell funktionieren diese Transistoren jedoch genau so.

Wenn du nun alle Transistoren gleichzeitig mit der maximalen Taktrate schalten könntest, also mit 1,6 Gigahertz (1.600.000.000 * 8.000.000.000) hättest du einen genauen Wert für die theoretische, rein elektrotechnische Bitverarbeitung.

Weder bei RISC-Prozessoren, noch bei gängigen Desktop-CPUs ist es möglich, alle Transistoren gleichzeitig und mit vollem Takt zu schalten, da schließlich nicht alle Bereiche der CPU das Selbe tun, aber du wirst mit speziellen Tests und Extrembeispielen (AVX 2.0 z.B.) sehr nahe rankommen.

Das bedeutet jedoch nicht, dass der Prozessor mit dem Windows-Taschenrechner die Aufgabe "1+1" 1,6 Milliarden * 8 Millarden mal die Sekunde ausrechnen kann.

Cya, Mäxl