IL COMPUTER - Il processore

Il processore, o microprocessore, può essere considerato il cuore del PC. Esso infatti, ha il compito di eseguire l'elaborazione vera e propria, prelevando le informazioni da elaborare dalla memoria centrale (RAM) e restituendole a quest'ultima dopo il loro trattamento, secondo le istruzioni ed i comandi che gli vengono forniti dal programma anch'esso residente nella memoria.
Il materiale principale con cui si costruiscono i processori, è il silicio, lo stesso materiale con cui vengono costruiti anche tutti gli altri tipi di microchip. L'elemento principale contenuto nel microprocessore, è il transistor: in pratica si tratta di un microscopico interruttore capace di assumere due stati fisici e cioè on/ff (acceso/spento), a seconda che venga o meno attraversato dalla corrente elettrica. I moderni microprocessori contengono un elevatissimo numero di transistor, arrivando anche ad oltre 40.000.000. Questo viene ottenuto per mezzo di sofisticate tecnlogie al laser, per mezzo delle quali è possibile creare transisistor della dimensione di frazioni di micron (il micron è la millesima parte del millimetro). La maggior parte dei microprocessori attualmente in produzione adottano una tecnologia a 0,18 micron, ma sono già in commercio processori prodotti con tecnologia a 0,13 micron. La figura sottostante ci dà un'idea di massima su come sono fisicamente fatti i processori.

Sono varie le parti che costituiscono un microprocessore, ma le più importanti sono sicuramente l'unità detta ALU, (Arithmetic Logical Unit) e cioè l'unità aritmetico-logica, un registro ed un contatore di istruzioni, una memoria interna detta cache, un BUS ed un clock interno.
L'unità più importane è l'ALU, che provvede ad eseguire tutte le operazioni matematiche e logiche richieste dalle istruzioni del programma in esecuzione.
Il contatore ed il registro di istruzioni, contengono gli indirizzi ed i puntatori relativi a queste ultime; in parole semplici essi tengono conto dell'istruzione precedente, di quella in corso e di quella successiva.
La memoria cache, è lo spazio dove sono contenute le informazioni e le istruzioni che il processore utilizza più frquentemente. Essa è uno speciale tipo di memoria estremamente più veloce della normale RAM, ma anche molto più costosa es è per questo che i processori ne contengono quntità limitate, ma sufficienti al buon funzionamento. La cache può essere di due tipi: la cache al primo livello, detta L1 e la cache di secondo livello detta L2. La cache L1 risiede nella parte principale dell'interno del processore detta core ed è la più veloce, essa nei processori più potenti può arrivare ad avere una dimensione di 192 K. La cache L2, a seconda dei modelli del procesore può risiedere sia al suo interno come la L1, sia direttamente sulla scheda madre ed ha in genere una dimensione di 256 K, ma in alcuni casi può raggiungere anche i 4 MB.
Il bus è l'insieme dei circuiti dove "viaggiano" le informazioni all'interno del processore. Il bus funziona ad una sua velocità che viene misurata in MHz (megahertz); quest'ultima, a seconda dei modelli del microprocessore, può essere di 66, 100, 133 o 266 MHz.
Il clock è il componente che scandisce la velocità con cui il processore esegue un ciclo di operazioni in un brevissimo periodo di tempo; durante questo ciclo, chiamato ciclo di clock, il processore esegue una o più operazioni semplici a seconda dell'architettura del processore stesso. Il valore della velocità di clock, viene espressa in MHz (megahertz) o GHz (Gigahertz) e rappresenta il numero di cicli di clock che un processore è in grado di eseguire nel tempo di 1 secondo. Questa velocità, detta anche frequenza, è uno dei valori che oggi vengono maggiormente utilizzati per contraddistinguere i vari modelli di processori.
I microprocessori attuali sono in grado di eseguire milioni di istruzioni al secondo ed il loro numero dipende dalla velocità di clock; i più potenti processori oggi sul mercato, raggiungono velocità che vanno dai 600 MHz arrivando gli oltre 2000 Mhz (2 GHz) degli ultimi modelli del Pentium4 di Intel. Ciò significa che, ad esempio, un processore che "lavora" ad una velocità di 900 MHz, compie 900 milioni di cicli al secondo, mentre un processore che lavora a 1000 MHz (che equivale ad 1 GHz), compie 1 miliardo di cicli al secondo.
Date queste altissime frequenze di funzionamento, i processori sviluppano grosse quantità di calore, che vengono smaltite installando sopra i processori stessi una ventola di raffreddamento.
In base alla loro architettura, i microprocessori possono sostanzialmente dividersi in due categorie: RISC e CISC.
I processori costruiti con architettura RISC (Reduced Instruction Set Computer), possedendo un numero ridotto di istruzioni, sono caratterizzati dal fatto che possono eseguire una sola istruzione per volta, ma in modo molto veloce. A questa categoria appartengono ad esempio i processori Athlon di AMD.
I processori CISC (Complex Instruction Set Computer), sono invece in grado di eseguire più istruzioni contemporaneamente, ma impiegando più tempo.
Tuttavia le due architetture hanno oggi raggiunto livelli di ottimizzazione tali che la differenza di prestazioni tra RISC e CISC risulta quasi impercettibile.
Esistono anche i processori che vengono installati sui computer portatili (laptop o notebook), che sono praticamente uguali ai processori dei PC da scrivania (PC desktop), per quanto riguarda architettura e prestazioni, ma che dispongono di particolari funzioni e accorgimenti per il risparmio energetico, in modo da influire il meno possibile sulla durata delle batterie del portatile.
I microprocessori, sono installati all'interno del PC, direttamnte sulla scheda madre, tramite uno speciale alloggiamento detto socket. Il socket può essere di diversi tipi, e varia a seconda del modello del processore che può ospitare. Ad esempio i Pentium III vengono installati su socket 370 oppure 370 FC-PGA che sono dotati di 370 contatti; i Pentium 4 possono essere installati su socket 423 con 423 contatti, mentre i nuovi modelli di Pentium 4 sono installati su socket 478; infine i modelli Athlon e Duron utilizzano il socket A, dotato di 462 contatti.

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