Warum werden Prozessoren heiß?

6 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Der Unterschied besteht meines erachtens darin, dass das Kabel in der Wand ein Leiter ist und die CPU ein Verbraucher darstellt. Soll heißen, das Kabel in der Wand hat einen ziemlich kleinen Ohm´schen Widerstand (ich glaube bei Kupfer 0,0170 Ohm pro Meter pro Quadratmillimeter

Die CPU hat einen deutlich höheren Widerstand. Aber es fließt trotzdem ein ordentlicher Strom. Nach der Formel P=U*I siehst du, dass Leistung (Wärme) nur durch einen Spannungsabfall (U) und Strom (I) zustande kommt. Dies ist eben eher bei der CPU so, weil ein größerer Widerstand da ist und demnach eine höhere Spannung abfällt...

Diese Antwort ist in dieser Form nicht richtig. Die Ohmschen Regeln kann man für einen Vergleich anwenden, wenn es sich um statische Verbraucher wie z.B. eine Glühbirne, Heizung, usw. handelt. Ein Porozessor ist ein funktionsabhängiger (dynamischer) Verbraucher, wie z.B. auch ein Motor. Da ist es auch ein riesiger Unterschied ob er im Leerlauf oder unter Last läuft; der reine ohmsche Widerstand ändert sich durch die Lastverhältnisse um rein gar nichts.

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@Sorbas48

Abgesehen davon verursacht ein größerer Widerstand bei gleicher Spannung eine kleinere Leistung! (und keine größere) es zählt bei einem Verbraucher die Anschlussspannung nicht der Spannungsabfall.

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@Sorbas48

Worin besteht das Problem?`

Die Stromleitung wird auch warm! Die hat nur eine entsprechend große Oberfläche um die Wärme abzuleiten und die Ströme sind klein.

Eine CPU hat eben viele kleine Leiter auf sehr engem Raum.

Die ohm´schen Gesetze gelten wieder für jedes Leiterstück. Hinzu kommen natürlich auch induktive und kapazitive Widerstände.

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Das ist so falsch, die Hitze wird durch störende Ströme erzeugt, die durch fehlerhafte Transistoren innerhalb des Prozessors entstehen

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@Oerk1

Bedeutet:

In allen elektronischen Schaltungen, in denen die Transistoren gehühlt werden müssen, sind diese defekt. Deshalb funktionieren diese Schaltungen ja auch.

Und die Logig soll dabei gefälligst draußen bleiben.

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Also ich erkläre mir das so, vergleiche doch mal so eine CPU mit einer Kabeltrommel. Da laufen kabel übereinenander untereinander in einer ziemlichen Dichte. Wenn ich jetzt an einer Kabeltrommel ein 1000 Watt Gerät anschließe und die Tromme aufgerollt ist, wird sie so heiß das sie abschaltet. Ein aufgerolltes Kabel kühlt eher ab als ein eufgewickeltes Kabel. Es heißt ja immer das Kabel komplett zu entrollen. Bei der CPU hat man diese Möglichkeit aber nicht, also muß man sie kühlen. Das wäre meine einzige Erklärung dazu. Auch ein in der Wand verlecktes Kabel kann seine Wärma an die Wand den Stein usw. problemlos abgeben.

In eimem Prozessor wurden Informationen mal durch "Strom fließt" und "Strom fließt nicht" dargestellt. Bis Mitte der 70er floss durch jeden geöffneten Transistor bis zu 20mA was so ungefähr 1/10 Watt pro Transistor an Leistung verheizt hat.

Eine Zuse Z25 (technischer Stand Mitte 60er, arbeitet mit etwa 700 Hz Taktfrequenz) summierte sich der Stromverbrauch zum reinen rechnen auf knapp 3kW! Die Abwärme wird mit einem ganzen Dutzend Drehstrombetriebenen Ventilatoren aus der Anlage gepustet.

Heutzutage benutzt man Feldeffekttransistoren die im statischen Fall (0Hz Taktfrequenz) komplett Leistungslos angesteuert werden. Die werden mit einer Spannung angesteuert und haben theoretisch einen unendlich hohen Eingangswiderstand wodurch kein Strom fliesst. Wird aber umgeschaltet, so muss von "Spannung da" zu "Spannung weg" gewechselt werden. Die Leitungen zum Transistor und der Transistor selber haben aber eine parasitäre Kapazität. Dieser Kondensator muss also zum Umschalten aufgeladen oder entladen werden wodurch dann trotzdem ein Strom fließt.

Bei der Motorola 68000 CPU (War im Amiga Heimcomputer drin) werden genau 68000 Transistoren eingesetzt. (Übrigens die einzige CPU die nach der Anzahl der verwendeten Transistoren benannt wurde). Bei jedem Takt lädt sich ein relativ kleiner Teil davon um, braucht also ganz plötzlich jeweils viel Strom. Da das mit maximal 5Mhz passiert und nicht so viele Transistoren gleichzeitig umschalten hält sich der Stromverbrauch und die Ohmschen Verluste in der Verdrahtung des Chips noch in Grenzen. Eine Kühlung ist nicht notwendig.

Bei einer modernen CPU schalten aber viele Millionen von Transistoren gleichzzeitig und nicht nur unter hundert wie beim Amiga. Zwar sind die Strukturen wesentlich kleiner und somit auch die parasitäre Kapazität des Transistors, dafür gibt es aber viel mehr Transistoren wodurch die Gesamtkapazität steigt.

In einer klassichen CPU arbeitet immer nur ein kleiner Teil der CPU gleichzeitig. Erster Takt war holen des Befehls, zweiter war analysieren des Befehls, dritter Vorbereiten der Schaltkreise um den entsprechenden Befehl abarbeiten zu können, vierter das holen von einer optionalen Variable, der fünfte war dann das eigentliche bearbeiten und der sechste dann das Ergebnis irgendwo speichern. Je nach Befehl wurde noch ein zwischenschritt benötigt wodurch die CPU alles in etwa 6 bis 7 Schritten wie am Fließband erledigt hat.

Bei einer modernen CPU wird nicht gewartet bis der aktuelle Befehl fertig ist. Da stehen mindestens 4 "Fließbänder" parallel und die Werkstücke (Befehle) kommen sofort wenn der Eingang frei ist. Da wird im Gegensatz zu früher nicht gewartet bis der letzte Bearbeitungsschrit in der Reihe fertig ist. Dadurch arbeiten alle Teile der CPU stets gleichzeitig.

Somit hat man wesentlich mehr Transistoren die auch noch mit einem sehr hohen Prozentsatz alle gleichzeitig schalten!

Und der größte Faktor beiom Stromverbrauch ist die Taktfrequenz. Bei jedem Takt müssen die Leitungen umgeladen werden. Je höher der Takt, desto öfter pro Zeit muss umgeladen werden. Zudem muss das Laden und Entladen schneller passieren damit der Ladevorgang fertig ist bevor der nächste Takt ansteht. Ein schnellerer Ladeprozess erfordert natürlich noch höhere Strome. Es muss also öfter und mit mehr Gewalt geladen und entladen werden.

Kann man sich vorstellen wie einen Ziegelstein auf einem Tisch. Liegt er auf dem Tisch, so ist es eine "1". Liegt er auf dem Boden, so ist es eine "0". Muss man den im Minutentakt umladen, so kommt man gar nicht ins Schwitzen. Aber wenn man den mindestens 1x pro Sekunde umladen muss, dann wird es ganz schön anstrengend. Vor allem steigt der Kraftaufwand mit der Geschwindigkeit mit der man den Stein heben muss.

Welches Buch soll ich lesen um meine Informatik-Kenntnisse zu verbessern?

von Computern an sich (Geschichte + Funktionsweise) weiß ich mittlerweile mehr als genug, jedoch bin ich auch hier für vorschläge offen

ich meine eher

  • (Computer)-Netzwerkysteme
  • Serversystem (alle Serverarten die es so gibt)
  • Frage: Wieso gibt es nicht eine Programmiersprache, an der seit jeher rumgeschraubt wird, warum gibt es tausende und warum werden in verschiedensten bereichen immer typischer weise die immer gleichen sprachen verwendet --> warum C++ für das, warum C# für dies usw.
  • nochmal zum ersten, den comutern an sich, ich weiß wie gesagt schon sehr viel, aber wie ein chip (cpu) im detail funktioniert, also wie genau er eine prgrammiersprache mit seinem befehlssatz usw interpretiert etc das ist mir noch nicht so ganz klar.
  • wie genau werden cpu's gebaut, dass da zig millarden transistoren draufpassen und wer hat das erfunden? --> meines wissens nach brachte intel den ersten prozessor raus, der programme von externen speichern ausführen konnte. wie also konnten das andere firmen wie amd z.b. dann einfach so übernehmen, intel hat doch bestimmt nichts an infos rausgerückt.

ihr dürft ruhig gnadenlos in die tiefe gehen, mir egal, ich will es ja wissen

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