Che cos'è ea cosa serve il microprocessore o la cpu?

Conosciuto anche come CPU o unità di elaborazione centrale, il microprocessore è un motore di elaborazione completo prodotto su un singolo chip di silicio. È anche noto come il cuore di qualsiasi normale computer, sia esso una macchina desktop, un server o un laptop.

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Che cos'è un microprocessore?

Sicuramente il microprocessore che stai utilizzando sul tuo computer è un Pentium, un AMD Ryzen o una delle generazioni di Intel Core i3, i5, i7 o i9. Questi sono i processori più popolari… ma fanno davvero tutti "approssimativamente lo stesso" (lo lascio tra virgolette, perché ci sono tecnologie che lo differenziano) e allo stesso modo.

Il primo microprocessore era l'Intel 4004, introdotto nel 1971. Non era molto potente, poiché tutto ciò che poteva fare era aggiungere e sottrarre, e poteva farlo solo a 4 bit alla volta. Ma è stato sorprendente che tutto fosse su un chip.

Il microprocessore è generalmente alloggiato attraverso un socket specifico sulla scheda madre del computer; e al quale si aggiunge, per il suo funzionamento stabile e corretto, un sistema di raffreddamento, che include un dissipatore di calore e ventole, che sono responsabili dell'eliminazione di tutto il calore in eccesso che il dissipatore di calore assorbe.

Tra la capsula a microprocessore e il dissipatore di calore, la pasta termica viene comunemente utilizzata per rendere più efficace la conduttività termica. Inoltre, ci sono altri metodi più moderni e più efficienti sul mercato, come il raffreddamento a liquido o l'uso di celle peltier per un maggiore raffreddamento, sebbene queste pratiche siano usate quasi esclusivamente per l'overclocking.

A cosa serve un microprocessore?

Un microprocessore è un componente che esegue le istruzioni e le attività coinvolte nell'elaborazione del computer ed è il "motore" che si avvia all'accensione del computer. In un sistema informatico, il microprocessore è l'unità centrale che esegue e gestisce le istruzioni logiche che gli vengono trasmesse.

Un microprocessore è progettato per eseguire operazioni tipiche come aggiunta, sottrazione, divisione, moltiplicazione, interprocesso e comunicazione del dispositivo, input, gestione dell'output e altro ancora.

È costituito da circuiti integrati che contengono migliaia di transistor, a seconda della potenza dell'apparecchiatura.

I microprocessori sono generalmente classificati in base al numero di istruzioni che possono elaborare in un determinato tempo, alla frequenza di clock misurata in megahertz e al numero di bit utilizzati per istruzione.

Un microprocessore è progettato per eseguire operazioni aritmetiche e logiche che utilizzano aree di conservazione di piccoli numeri chiamate registri.

Quando il computer è acceso, il microprocessore riceve la prima istruzione di base del sistema di input / output (BIOS) fornita con il computer come parte della sua memoria.

Successivamente, il BIOS, o il sistema operativo che il BIOS carica nella memoria del computer, "guida" il microprocessore, ordinandogli di farlo. Un microprocessore accetta i dati binari come input e fornisce output dopo l'elaborazione, secondo le istruzioni archiviate in memoria.

Che cos'è un chip?

Un chip è anche chiamato circuito integrato. È generalmente un piccolo pezzo sottile di silicio su cui sono stati incisi i transistor che compongono il microprocessore.

Un chip può essere grande quanto un pollice su un lato e può contenere decine di milioni di transistor. I processori più semplici possono essere costituiti da alcune migliaia di transistor incisi su un chip di pochi millimetri quadrati.

Come funziona un microprocessore?

Immagine da Wikipedia

Un processore è il cervello di un computer che fondamentalmente è costituito da un'unità aritmetica e logica (ALU), un'unità di controllo e una matrice di registro.

Come indica il nome, ALU esegue tutte le operazioni aritmetiche e logiche sui dati ricevuti dalla memoria o dai dispositivi di input.

La matrice dei registri è costituita da una serie di registri come l'accumulatore (A), B, C, D, ecc., Che agisce come posizioni temporanee della memoria ad accesso rapido per elaborare i dati.

Da parte sua, l' unità di controllo gestisce il flusso di istruzioni e dati in tutto il sistema.

Quindi, fondamentalmente, un microprocessore prende l'input dai dispositivi collegati, lo elabora secondo le istruzioni fornite in memoria e produce l'output.

Vantaggi di un microprocessore

• Basso costo : i microprocessori sono disponibili a basso costo grazie alla tecnologia a circuito integrato. Ciò riduce il costo di un sistema informatico. Alta velocità : i chip a microprocessore possono funzionare a velocità molto elevata grazie alla tecnologia utilizzata in essi. È in grado di eseguire milioni di istruzioni al secondo. Dimensioni ridotte : grazie alla tecnologia di integrazione su larga scala e ultra larga scala, un microprocessore è prodotto con una superficie notevolmente ridotta. Ciò ridurrà le dimensioni dell'intero sistema informatico. Versatile : i microprocessori sono molto versatili, lo stesso chip può essere utilizzato per diverse applicazioni semplicemente modificando il programma (istruzioni memorizzate in memoria). Basso consumo energetico : i microprocessori sono generalmente prodotti utilizzando la tecnologia complementare a semiconduttore a ossido di metallo (CMOS), in cui i MOSFET (transistor a effetto di campo a semiconduttore di metallo-ossido) funzionano in modalità di saturazione e taglio. Pertanto, il consumo di energia è molto basso.

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• Minore generazione di calore : rispetto ai dispositivi a tubi sottovuoto (valvola termoionica), i dispositivi a semiconduttore non emettono tanto calore. Affidabile : i microprocessori sono molto affidabili e il tasso di guasto è molto più basso quando viene utilizzata la tecnologia dei semiconduttori. Portatile : i dispositivi o i sistemi informatici realizzati con microprocessori possono essere resi portatili grazie alle loro dimensioni ridotte e al basso consumo energetico.

Termini comuni utilizzati in un microprocessore

Per capire come funziona un microprocessore, è utile guardare all'interno e conoscere la logica utilizzata per crearne uno. Nel processo puoi anche conoscere la lingua nativa di un microprocessore e molte delle cose che gli ingegneri possono fare per aumentare la velocità di un processore.

Ecco alcuni termini comuni utilizzati nel campo dei microprocessori:

Il bus

Un bus è un insieme di conduttori destinati a trasmettere dati, indirizzi o informazioni di controllo a diversi elementi di un microprocessore. Di solito, un microprocessore avrà 3 tipi di bus: bus dati, bus di controllo e bus indirizzo: un processore a 8 bit utilizzerà un bus a 8 bit.

Set di istruzioni

Il set di istruzioni è il gruppo di comandi che un microprocessore può comprendere. Il set di istruzioni è un'interfaccia tra hardware e software. Un'istruzione indica al processore di modificare i transistor pertinenti per eseguire l'elaborazione dei dati. Ad esempio AGGIUNGI A, B; utilizzato per aggiungere due numeri memorizzati nei registri A e B.

Lunghezza della parola

La lunghezza della parola è il numero di bit sul bus dati interno di un processore o è il numero di bit che un processore può elaborare contemporaneamente.

Ad esempio, un processore a 8 bit avrà un bus dati a 8 bit, registri a 8 bit ed elaborerà 8 bit alla volta. Per eseguire operazioni a bit più alti (32 o 16 bit), lo dividerete in una serie di operazioni a 8 bit.

Memoria cache

La cache è una memoria ad accesso casuale integrata nel processore. In questo modo, il processore può accedere ai dati nella memoria cache più rapidamente rispetto alla RAM normale. Conosciuto anche come "memoria della CPU". La cache viene utilizzata per archiviare dati o istruzioni a cui fa spesso riferimento il software o il programma durante il funzionamento. Ciò aumenterà la velocità complessiva dell'operazione.

Frequenza di clock

I microprocessori utilizzano un segnale di clock per controllare la velocità con cui vengono eseguite le istruzioni, sincronizzare altri componenti interni e controllare il trasferimento dei dati tra di loro. Pertanto, la velocità di clock si riferisce alla velocità con cui un microprocessore esegue le istruzioni. Generalmente, è misurato in hertz ed è espresso in megahertz (MHz), gigahertz (GHz), ecc.

Classificazione a microprocessore

I microprocessori possono essere classificati come segue:

Lunghezza della parola

In base alla lunghezza della parola di un processore, possiamo avere processori a 8 bit, 16 bit, 32 bit e 64 bit.

RISC - Set di istruzioni ridotto

RISC è un tipo di architettura a microprocessore che utilizza un set di istruzioni piccolo, generico e altamente ottimizzato, piuttosto che un set di istruzioni più specializzato che si trova in altri componenti.

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RISC offre prestazioni elevate rispetto alla sua architettura CISC opposta. In un processore, l'esecuzione di ciascuna istruzione richiede un circuito speciale per caricare ed elaborare i dati. Pertanto, riducendo le istruzioni, il processore utilizzerà circuiti semplici e operazioni più veloci.

Questi microprocessori hanno:

• Set di istruzioni semplice Programmi più grandi Composto da un gran numero di registri Circuito del processore semplice (piccolo numero di transistor) Più utilizzo della RAM Istruzioni a lunghezza fissa Modalità di indirizzamento semplice Normalmente viene impostato il numero di cicli di clock per eseguire un'istruzione

CISC - Set di istruzioni complesso

CISC è l'architettura a microprocessore contraria a RISC. Viene fatto per ridurre il numero di istruzioni per programma, ignorando il numero di cicli per istruzione. In questo modo, le istruzioni complesse vengono convertite direttamente in hardware, il che rende il processore più complesso e lento da utilizzare.

Questa architettura è progettata per ridurre il costo della memoria, riducendo la durata del programma.

Questi microprocessori hanno:

• Set di istruzioni complesso Programma più piccolo Meno registri Circuito del processore complesso (più transistor) Poco utilizzo di RAM Istruzioni di lunghezza variabile Varietà di modalità di indirizzamento Numero variabile di cicli di clock per ogni istruzione

Processori speciali

Esistono alcuni processori progettati per gestire alcune funzioni specifiche:

• Coprocessori DSP (Digital Signal Processors): processori utilizzati insieme a un processore principale (8087 coprocessore matematico usato con 8086) Processori I / OTransputer: microprocessore con memoria propria

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Infine, un microprocessore è l'unità più importante all'interno di un sistema informatico ed è responsabile dell'elaborazione dell'insieme unico di istruzioni e processi, pertanto è essenziale analizzare quali sono i migliori microprocessori oggi per fare una buona scelta. Questi dettagli che abbiamo commentato sono di un processore, ma di base per capire come funziona un processore di 20-30 anni fa. Al momento ci sono molte altre funzionalità che ti invitiamo a esaminare. Cosa ne pensi del nostro articolo? Attendiamo i tuoi commenti!