Il più semplice
La CPU si occupa di eseguire tutte le operazioni e i calcoli
necessari allo svolgimento dei programmi, prelevando i dati e trasferendo i
risultati mediante l'accesso alla memoria centrale; pertanto la sua forma più
semplice deve prevedere almeno tre componenti: una serie di registri, che non
sono altro che celle di memoria speciali, estremamente veloci e accessibili
solo al processare, un'unità di calcolo d e n o m i n a t a
ALU(Arithmetic/Logic Unit) che svolge le operazioni matematiche necessarie
all'elaborazione, e un circuito di controllo, che si occupa di interpretare le
istruzioni reagire agli input esterni e di canalizzare il flusso di esecuzione
in modo da ottimizzare le prestazioni.
In pratica il programma è una sequenza di istruzioni, semplici o complesse,
e di operandi; ogni istruzione che raggiunge il microprocessore (fase detta
fetch) viene memorizzata in un registro apposito, quindi passa attraverso
l'unità di controllo dove subisce il processo di interpretazione, che consiste
nell'individuare la natura dell'istruzione confrontandola con un elenco
predefinito che costituisce il bagaglio di operazioni direttamente eseguibili
dalla CPU. L'unità di controllo si
occupa poi di richiamare gli eventuali operandi, conservandoli in altrettanti
registri, e di ordinare all'ALU di eseguire su di essi i calcoli
necessari. Ciascuno di questi compiti
viene portato a termine col ritmo imposto da un oscillatore, realizzato con un
cristallo di quarzo analogo a quello presente nei comuni orologi da polso, che
genera segnali alternati, periodici, di alto/basso voltaggio. Ogni sequenza di alto/basso voltaggio è
denominata ciclo di clock ed il susseguirsi dei cicli scandisce, come un
metronomo, l'esecuzione delle operazioni. Le CPU attuali non condividono la stessa frequenza di clock dei sistema
che le ospita, ma funzionano ad una velocità più elevata, ottenuta
moltiplicando la frequenza di base per un fattore costante. Questo fatto rende ogni comunicazione con
l'esterno un evento che ha l'effetto di rallentare significativamente
l'attività dei processare. Siccome il
ricorso al bus di sistema da parte dei processare avviene quasi esclusivamente
per operazioni di lettura e scrittura sulla memoria centrale, si è cercato di
ridurre il numero di queste operazioni integrando nella CPU un certo
quantitativo di memoria ad alta velocità detta cache di primo livello
(L1). Questa memoria fa da tramite tra
la RAM di sistema e il processare, che in molti casi troverà ciò che gli serve
per completare i suoi compiti senza dover cercare altrove. La cache di secondo livello è un ulteriore
stadio interposto tra quella di primo livello e la memoria centrale. Ha dimensioni maggiori di quella Ll e può
essere integrata nel chip e sfruttare la frequenza della CPU, come avviene nel
Celeron Mendocino e nel K6 3, o, più semplicemente, operare sul bus di sistema,
come nei PC basati sull'AMD K6 2, avvantaggiandosi rispetto alla comune memoria
solo grazie all'impiego di componenti più performanti e di una più efficiente
logica di gestione. Il Pentium Il si
awale di una soluzione intermedia per la sua cache L2, che si trova su
integrati separati da quello della CPU e lavora ad una frequenza che è la metà
di quella del processare.
L'elevato grado di integrazione e la conseguente straordinaria
velocità di elaborazione stanno spostando verso la CPU un quantitativo sempre
maggiore di compiti nell'ambito di un sistema di elaborazione. Il primo dei componenti, una volta esterni,
ad essere realizzato internamente al processare è stato il coprocessore
matematico o FPU (Floatin Point Unit). Questo circuito deve la su denominazione inglese, che si traduce in
unità a virgola mobile', all'abilit nell'esecuzione di calcoli su numeri
reali molto grandi, rappresentati con la nota zione a mantissa ed
esponente. Si tratta quindi di una
naturale estension dell'ALU, che è progettata per gestir principalmente numeri
interi e rallent sensibilmente quando deve occuparsi di operandi di tipo
diverso; l'FPU è parte integrante di tutte le CPU dal 80486DX in poi. I moderni
processori custodiscono al loro interno quantità sempre maggiori di memoria
cache e si parla di integrare circuiti per la compressione e decompressione dei
dati, per la cifraturadei codici.
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