CPU-Ärger vermeiden

Das Herzstück eines jeden PCs wird entweder zu heiß und verursacht Systemabstürze, oder es ist nicht mit der Software kompatibel. Und wenn man einen neuen kaufen will, so weiß man nie, ob er auch zu dem Mainboard paßt.
Und dann wollen ihn manche auch noch schneller takten als es der Hersteller draufgeschrieben hat ... :-)

SINNVOLLE Informationen, die auch für den Laien verständlich sind, sind leider kaum zu finden. Deshalb habe ich die wesentlichen Knackpunkte fachchinesischfrei zusammengestellt.

Übersicht:

Fehler, die vom Prozessor stammen können

Hier gibt es einerseits Konstruktionsfehler ( in einem fertigen Prozessor sind sie in zwei- bis dreistelliger Anzahl vorhanden ), die sich jedoch meist nur unter äußerst untypischen Bedingungen bemekbar machen, z.B. in Systemen mit mehreren Prozessoren oder durch absichtlich fehlerhaft erzeugte CPU-Befehle (sog. Invalid Opcodes).
Nur sehr wenige sind auch unter Normalbedingungen bemerkbar, wie etwa der Rechenfehler in den ersten Pentium-Prozessoren. Dies liegt daran, daß die meisten dieser Fehler noch vor der Massenproduktion bemerkt und entfernt werden.
Es gibt auch Konstruktionsfehler, die nur sehr selten im Betrieb des PCs in Erscheinung treten. Durch sie bedingte Programmfehler sind praktisch nicht reproduzierbar. Die meisten dieser Fehler sind derart unbedeutend, daß sie meist nicht mehr vom Hersteller behoben werden.

Eine andere Fehlerquelle, die aber in der Praxis häufiger auftritt, liegt in einer mangelnden Qualität der elektrischen Signale. Die Gründe können Überhitzung, zu hohe Taktfrequenz, schlechte Kontakte (durch falschen Einbau) als auch eine schlechte Abstimmung von Hauptplatine und Prozessor sein. Eine schlechte Stromversorgung durch Überlastung oder Wackelkontakt kann ebenfalls die Signalqualität stark verschlechtern.

Welche CPU ist am geeignetesten?

Früher war es einfach: Die PC - Prozessoren wurden allein von Intel konstruiert. Es gab zwar auch andere Anbieter von x86-Prozessoren, aber die fertigten die Chips nach dem Intel-Design in Lizenz, konstruierten also nicht selbst. Mittlerweile gibt es jedoch Firmen, die Intel-kompatible Prozessoren selber konstruieren. Dadurch hat die Vielfalt an verfügbaren Prozessoren stark zugenommen.
Der unvoreingenommene Käufer steht nun vor der Qual der Wahl. Das viele selbsternannte PC-Gurus nur die Chips eines Herstellers als das einzig wahre ansehen, die anderen aber als überteuert oder problematischen betrachten, ohne stichhaltige Erklärungen dazu anbieten zu können, hilft einem auch nicht weiter.
Die wichtigen Punkte, die man wissen sollte :

Geschwindigkeitsunterschiede

Die Taktfrequenz allein sagt noch nichts über die Geschwindigkeit aus: Manche Prozessoren können mehrere Befehle gleichzeitig verarbeiten, andere nur einen. Auch brauchen die einzelnen Befehle, je nach CPU, unterschiedlich viele Takte. Auch die Art der Hauptspeicheranbindung sowie die interne Organisation (von der man selbst als Programmierer nicht viel mitbekommt) sorgen für Unterschiede.
Und nun zur Praxis:
Einige wenige Programme laufen auf bestimmten Prozessoren wesentlich schneller (siehe Benchmarks). So laufen Programme zur Berechnung von 3D-Grafiken in Software, sogenannte Renderer, auf Intel-Prozessoren spürbar schneller als auf gleich teuren Konkurrenzprodukten. Andere Programme, die weniger mit Kommazahlen rechnen, sondern mehr mit Ganzzahlen und/oder verzweigter sind, z.B. Büroprogramme , laufen dagegen auf Cyrix-Prozessoren gleicher Preisklasse deutlich flinker. AMD-Prozessoren liegen dazwischen.
Wer seinen PC für verschiedene Programme einsetzt sollte also die Bedeutung des Prozessors nicht überschätzen: Im praktischen Einsatz war bei mir der Unterschied zwischen den verschiedenen Prozessoren nicht allzu ausgeprägt.

Probleme mit Prozessoren

Gerade AMD- und Cyrix-Prozessoren wird oft nachgesagt, daß sie instabil laufen, nicht selten auch durch Überhitzung. In meinem PC liefen jedoch alle Prozesoren, egal ob Intel, Cyrix oder AMD, problemlos. Dagegen sind mir Probleme mit Intel-CPUs auf zwei PCs anderer Leute bekannt.
So mancher Hardware"berater" würde dies als seltene Ausnahme bezeichnen. Es steckt jedoch was anderes dahinter:
Die Chips, die bei mir problemlos laufen, waren vor dem Kauf schon über ein halbes Jahr auf dem Markt. Die beiden Prozessoren, welche Probleme verursachten, sind dagegen gleich bei der Markteinführung erstanden worden.
Die Folge davon: Meine Prozessoren waren schon die zweite oder dritte (verbesserte )Unterversion (Stepping genannt), die anderen beiden jedoch die erste.
Auch wenn der Prozessor äußerlich gleich aussieht, so hat er meist in den späteren Versionen einen geringeren Stromverbrauch, wird dadurch auch weniger heiß (im Gegensatz zur ersten Version reichte ein großer Kühlkörper ohne Lüfter zur Kühlung aus), Fehler wurden entfernt und die Anpassung an die Hauptplatinen verbessert.

(Daß dieses Problem meist bei Nicht-Intel-Prozessoren auffällt liegt wohl daran, daß neue Intel-Chips bei Markteinführung für die meisten noch zu teuer sind und dadurch die Probleme nur bei wenigen auftreten. Im Gegensatz dazu müssen die Konkurrenzprodukte gleich den Massenmarkt bedienen: In den ersten Monaten tritt also die erste Version des Konkurrenzproduktes gegen die verbesserte des ersten Herstellers an. Und genau in dieser Zeit werden die meisten Berichte über die Prozessoren gemacht. Verstärkt wird dieser Unterschied zudem noch dadurch, daß die Mainboardhersteller ebenfalls eine gewisse Zeit brauchen, um ihre Platinen den neuen Chips anzupassen. Gerade bei den ersten Pentium-Konkurrenzprodukten war dies sehr deutlich zu sehen.)
Fazit:

Neue Produkte brauchen einige Zeit, bis die meisten Probleme erkannt und beseitigt sind. Wer das allerneueste kauft wird zur unfreiwilligen Testperson. Achten sie darauf, keine alten (Erst-)Versionen zu erhalten. Dies gilt bei ALLEN Bauteilen. Ein halbes Jahr Zeit stellt meist einen guten Kompromiß zwischen entfernten Problemen und technischer Aktualität dar.

Wichtig:
Änderungen, die Probleme erzeugen können, sind vor allem erhöhte EXTERNE Bustaktfrequenzen (von 66 auf 100 MHz), komplett neue Prozessorarchitekturen (Pentium auf PPro/Pentium II) und starke Änderungen des Zwischenspeichers, Prozessor-Cache genannt (K6-2 auf K6-3, PentiumII auf Xeon).
Höhere interne Taktfrequenzen und neue Befehle wie MMX, 3DNow!, PentiumIII-Befehle,... spielen hierbei fast keine Rolle.

Welchen neuen Prozessor kann ich einbauen?

Der Prozessor gehört zu den am schnellsten veraltenden Bauteilen eines PCs. Deshalb will man ihn durchaus ersetzen, auch wenn der Rest des PCs noch aktuell ist. Dazu sollte man wissen, ob er in die alte Hauptplatine paß:

Der einfachste Fall ist, daß im Handbuch, auf der Online-Herstellerseite oder in Zeitschriften die Kombination von Hauptplatine und Prozessor als geeignet beschrieben ist. Oft wird kein neues BIOS nötig sein. Hier ist man in ein paar Minuten fertig.
Schon schwieriger ist es, wenn keine Beschreibung vorhanden ist, aber geeignete Spannungen einstellbar sind. Haben sie ein Sockel 5 - System (bis etwa Pentium 100), so wird bestenfalls ein Prozessor von IDT (Winchip) noch laufen. Ansonsten - bei einem Sockel 7 oder Slot 1- kann man es durchaus versuchen. Umtauschmöglichkeit aber zusichern lassen.
Falls sich die geeignete Spannung nicht einstellen läßt, so sollte man auf der Herstellerwebseite nachschauen: Manchmal sind dort Einstellmöglichkeiten beschrieben, die im Handbuch fehlen. Bei etwas älteren Platinen kommt man durch Kombination mehrer Einstellungen meist auch zum Ziel (siehe ct 16/98). Bei letzterem sollte man sich (oder ein Bekannter) jedoch schon etwas mit Elektronik und Messen auskennen.

So konnte ich in ein zweieinhalb Jahre altes Mainboard noch einen zwei Jahre jüngeren Prozessor einbauen, die Geschwindigkeit hat sich mehr als verdoppelt. Und das obwohl der Verkäfer und der Boardhersteller behaupteten, es würde nicht oder nur unwesentlich schneller laufen.

Warum manche Programme mit manchen Prozessoren nicht laufen

Entweder braucht das Programm spezielle Eigenschaften (z.B. Test- und Prüfregister), die nicht jeder Prozessor hat. Diese sind allerdings nur für spezielle Systemprogramme und Programmier-/Entwicklungstools gedacht.
Oder es werden neue Befehle wie MMX vorausgesetzt. Dazu braucht man natürlich einen passenden Prozessor.

Andererseits gibt es auch Software, die nur das Vorhandensein seines Pentiums (oder schneller) testen will. Auch die Taktfrequenz könte ermittelt werden. Dazu werden Funktionen benutzt, die erst ab etwa einem Pentium vorhanden sind. Jedoch wird nicht getestet, ob der Prozessor diese Befehle unterstützt! Als Folge laufen diese Programme erst ab einem Pentium, auf einem älteren 6x86 oder einem 486 jedoch nicht. Allerdings werden manche 486 falsch als Pentium erkannt, weil sie einen Befehl unterstützen, der offiziell erst ab dem Pentium existiert. In diesen Fällen handelt es sich stets um schlampige Programmierung. Erstens sagt der Prozessor allein nichts über die Gesamtgeschwindigkeit aus und zweitens währen diese Fehler mit nur wenigen Minuten Mehraufwand vermeidbar gewesen.
TIP: Wer von diesen Fehlern betroffen ist, sollte auch die Seite zum Cyrix-Tool lesen.

Die dritte Fehlerquelle im Zusammenhang mit Prozessoren sind Schleifen, die in Programmen Warteschleifen darstellen. Auf schnellen Prozessoren laufen diese zu schnell ab, was manche Programme nicht verkraften. So laufen manche alte in TurboPascal geschriebenen Programme ab einem Pentium II nicht mehr richtig.
Auch Microsoft verwendet derart ungeeignete Schleifen: Auf einem K6 / 350 oder besser gibt es bei Win95 Startprobleme. Der Pentium II hat dieses Problem (noch?) nicht, da er in den verwendeten Schleifen nur halb so schnell ist.

Optimale Kühlung

Wichtig ist zuerst einmal, daß die Luft gut durch das Gehäuse strömen kann. Dazu sollten die dort vorhandenen Kabel aus der Nähe des Prozessors gerämt werden. Dasselbe gilt für Lüftungslöcher am Netzteil und Gehäuse.
Die Kühlkörper sollten mit wenig Wärmeleitpaste (aus Zinkoxid) auf die CPU montiert werden. Wird der Prozessor nicht zu heiß (sollte der Fall sein, wenn er nicht eine der ersten Versionen war,s.o.), so reicht ein großer, sogenannter passiver Kühlkörper. Dieser ist ohne Ventilator und schont dadurch die Ohren und Nerven des Anwenders.
Wird der Prozessor zu heiß, so braucht man jedoch einen aktiven Kühler mit Lüfter. Der Lüfter sollte den Kühlkörper so weit wie möglich abdecken, die Kühlrippen sollten mindestens einen Zentimeter hoch und gerippt sein. Billige Kühler erfüllen nicht mal die Hälfte dieser Bedingungen. Am besten ist es, wenn der Lüfter eine Temperaturregelung besitzt.
Am besten Kühlen Peltier-Elemente, die wie ein Kühlschrank funktionieren. Diese produzieren jedoch selbst eine Menge Abwärme. Sie sind nur bei stark übertakteten Prozessoren sinnvoll.

Wie schnell kann man einen Prozessor maximal betreiben?

Hier scheiden sich die Geister: Die einen betreiben einen Prozessor locker 50 % schneller als vorgesehen, andere raten vehement davon ab.
Ein Argument ist die Garantie: Ein übertakteter Prozessor verliert sie. Ist die Garantie jedoch abgelaufen, spielt das keine Rolle mehr.
Ein weiteres Argument ist die Lebensdauer: Bei leichter Takterhöhung ist der Schwund vernachlässigbar, bei starker kann der Prozessor jedoch bald zerstört werden. Auch kann es bei zu starker Überlastung zu Systemfehlern kommen.

Andererseits werden verschieden schnelle Prozessoren erst nach der Produktion dazu gekennzeichnet. Dieser Wert ist so gewählt , daß so gut wie keine Probleme mit beliebigen Systemen zu erwarten sind. Ihr System kann jedoch meist noch mehr vertragen: Die Testbedingungen richten sich auch nach schlechteren Mainboards. Ob auch schnellere Prozessoren als langsamere gekennzeichnet werden, weil davon mehr nachgefragt werden, kann ich nicht überprüfen.
In der Elektronik werden zudem häufiger Bauteile an ihren Grenzwerten oder gar darüber betrieben, solange deren Betriebstemperatur eingehalten wird. 10-20% über den Normalwerten sind nicht selten aufzufinden.
In der Praxis empfehle ich (besonders wenn früher oder später sowieso ein schnellerer Prozessor besorgt werden soll):
Ist die Garantiezeit abgelaufen und wird der Prozessor bei der jetzigen Kühlung nicht zu warm, so kann man getrost den Takt eine Stufe höher setzen. Steigt die Temperatur nicht merklich an und läuft das System stabil, so kann man diesen Zustand lassen. Ansonsten setzen sie es lieber wieder auf die alten Werte zurück.
Damit kann man einen älteren PC noch etwas länger aktuell halten.
Anmerkung: Je mehr die neuen Prozessoren mit internem 2nd-Level-Cache ausgerüstet werden, desto weniger lassen sie sich übertakten. Zudem scheinen die Hersteller die neuen CPUs selber immer stärker an der Leistungsgrenze laufen zu lassen...

Mail an den Autor: webmeister@deinmeister.de

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