\Aufgabe{CPU Kompakt}

\begin{enumerate}
    \item Welche drei Hauptkomponenten bilden typischerweise die Zentraleinheit (CPU) eines Computers?

        \begin{itemize}
            \item[] A) Arithmetisch-Logische Einheit (ALU), Steuerwerk, Register
            \item[] B) Hauptspeicher (RAM), Festplatte (HDD/SSD), Grafikkarte
            \item[] C) Ein-/Ausgabewerk (I/O), Cache-Speicher, Systembus
            \item[] D) Prozessor, Motherboard, Netzteil
        \end{itemize}

    \item Was ist die primäre Funktion des Programmzählers (Program Counter, PC) in der CPU?
        \begin{itemize}
            \item[] A) Er speichert die Adresse des nächsten auszuführenden Befehls.
            \item[] B) Er führt arithmetische und logische Operationen aus.
            \item[] C) Er speichert die Ergebnisse von Berechnungen.
            \item[] D) Er verwaltet den Datentransfer zwischen CPU und Peripheriegeräten.
        \end{itemize}


    \item Welche Aufgabe hat der Adressbus in der Kommunikation zwischen CPU und Speichersystem?
        \begin{itemize}
            \item[] A) Er überträgt die eigentlichen Daten zwischen CPU und Speicher.
            \item[] B) Er überträgt die Speicheradresse, auf die die CPU zugreifen möchte.
            \item[] C) Er steuert den Fluss der Daten und Befehle.
            \item[] D) Er synchronisiert die Operationen der CPU mit dem Speicher.
        \end{itemize}

    \item Warum wird Cache-Speicher (L1, L2, L3) in der CPU-Architektur eingesetzt?
        \begin{itemize}
            \item[] A) Um die Zugriffszeit auf häufig genutzte Daten und Befehle zu reduzieren und die Leistung zu verbessern.
            \item[] B) Um dauerhaft Daten zu speichern, auch wenn der Computer ausgeschaltet ist.
            \item[] C) Um die Stromversorgung der CPU zu stabilisieren.
            \item[] D) Um die CPU vor Überhitzung zu schützen.
        \end{itemize}

    \item Welche der folgenden Stufen gehört nicht zum grundlegenden Befehlszyklus der Bearbeitung eines Befehls in einer CPU?
        \begin{itemize}
            \item[] A) Execute (Befehl ausführen)
            \item[] B) Fetch (Befehl holen)
            \item[] C) Decode (Befehl dekodieren)
            \item[] D) Kompilieren
        \end{itemize}

    \item Was ist der Hauptzweck von mehreren CPU-Kernen (Multi-Core) in einem Prozessor?
        \begin{itemize}
            \item[] A) Um die Taktfrequenz des Prozessors zu erhöhen.
            \item[] B) Um mehrere Befehle gleichzeitig ausführen zu können und damit die Parallelverarbeitung zu ermöglichen.
            \item[] C) Um mehr Cache-Speicher zu integrieren.
            \item[] D) Um die CPU vor Überhitzung zu schützen.
        \end{itemize}
        
\newpage

    \item Welche Aufgabe hat der Steuerbus in der Kommunikation zwischen CPU und anderen Systemkomponenten?
        \begin{itemize}
            \item[] A) Er übermittelt Steuersignale und koordiniert den Datenfluss.
            \item[] B) Er sendet die physischen Adressen der Speicherorte.
            \item[] C) Er überträgt die eigentlichen Nutzdaten.
            \item[] D) Er speichert temporär Befehle für die schnelle Ausführung.
        \end{itemize}

    \item Ordnen Sie die folgenden Speichertypen nach ihrer typischen Zugriffsgeschwindigkeit (von schnell nach langsam): Register, L1 Cache, RAM (Hauptspeicher), SSD.
        \begin{itemize}
            \item[] A) SSD $\rightarrow$ RAM $\rightarrow$ L1 Cache $\rightarrow$ Register
            \item[] B) Register $\rightarrow$ L1 Cache $\rightarrow$ RAM $\rightarrow$ SSD
            \item[] C) L1 Cache $\rightarrow$ Register $\rightarrow$ RAM $\rightarrow$ SSD
            \item[] D) RAM $\rightarrow$ SSD $\rightarrow$ Register $\rightarrow$ L1 Cache
        \end{itemize}
        
\end{enumerate}

\loesungsbox{14cm}{


\begin{enumerate}
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} A) Arithmetisch-Logische Einheit (ALU), Steuerwerk, Register. Die ALU führt Berechnungen durch, das Steuerwerk koordiniert alle Operationen und die Register speichern Daten und Adressen temporär. Dies sind die Kernkomponenten der CPU.
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} A) Er speichert die Adresse des nächsten auszuführenden Befehls. Der Programmzähler (PC) ist ein spezielles Register, das die Speicheradresse des nächsten Befehls enthält, der aus dem Hauptspeicher geholt werden soll.
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} B) Er überträgt die Speicheradresse, auf die die CPU zugreifen möchte. Der Adressbus ist dafür zuständig, die spezifische Adresse im Speicher zu identifizieren, von der gelesen oder in die geschrieben werden soll.
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} A) Um die Zugriffszeit auf häufig genutzte Daten und Befehle zu reduzieren und die Leistung zu verbessern. Cache-Speicher ist ein sehr schneller, aber kleiner Speicher, der als Puffer zwischen der CPU und dem langsameren Hauptspeicher dient, um die Zugriffszeiten zu verkürzen.
\item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} D) Kompilieren. Kompilieren ist ein Software-Entwicklungsprozess, bei dem Quellcode in Maschinencode übersetzt wird, bevor das Programm auf der CPU ausgeführt wird. Es ist keine Stufe des CPU-Befehlszyklus selbst.
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} B) Um mehrere Befehle gleichzeitig ausführen zu können und damit die Parallelverarbeitung zu ermöglichen. Jeder Kern ist eine weitgehend unabhängige Recheneinheit. Mehrere Kerne ermöglichen es einem Prozessor, mehrere Aufgaben oder Teile einer Aufgabe gleichzeitig zu bearbeiten (Parallelität), was die Gesamtleistung erhöht.
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} A) Er übermittelt Steuersignale und koordiniert den Datenfluss. Der Steuerbus trägt Signale wie Read/Write, Interrupt-Anfragen und Taktsignale, um die Operationen aller an den Bus angeschlossenen Komponenten zu synchronisieren und zu steuern.
 \item \textbf{Korrekte Antwort mit Rationale:} B) Register $\rightarrow$ L1 Cache $\rightarrow$ RAM $\rightarrow$ SSD. Register sind die schnellsten und kleinsten Speicher innerhalb der CPU. L1 Cache ist der schnellste Cache, gefolgt von L2/L3. RAM ist deutlich langsamer als Cache, und SSDs (Massenspeicher) sind wesentlich langsamer als RAM.
\end{enumerate}

\vspace{1cm}
\tiny{KI generiert mit Gemini 2.5 Flash am 28.6.2025}
}

