Qualità dei Processori (CPU)

Le principali case produttrici di CPU sono la Intel, la AMD, e VIA Technologies. Della Intel conosciamo tutta la generazione Pentium I, II, III e 4; Celeron e Pentium M (vedi cipset Centrino). Un tempo la Intel deteneva il monopolio delle CPU, poi sono arrivate le concorrenti generazioni della AMD: Athlon, Duron e Operon. Infine la VIA Technologies, coi suoi Cyrix MII e C3.

In generale un processore si giudica sulla base dei seguenti parametri:

Velocità: si misura in Hertz, indica il numero di clock del processore, i produttori di componenti hardware sono condizionati dalla produzione dei nuovi processori, dovendo risolvere ogni volta il problema della differenza di velocità. Si è arrivato ad una soluzione mediante l’utilizzo dei chip duplicatori di clock, i quali dividono le prestazioni della CPU facendola lavorare più lentamente (la metà) nell’interfaccia CPU-Mother Board, (lato bus) ed al massimo della potenza nelle operazioni interne. Esistono anche i triplicatori di clock e i moltiplicatori per numeri ancora più elevati. In generale il limite è il calore, poiché più clock significa più calore disperso e quindi ulteriori rischi di danneggiamento. Occorre stare attenti quando si acquista una CPU non solo alla velocità della propria Scheda Madre, ma anche a quanti sono gli Hertz previsti per il lato bus. Spesso CPU più veloci, hanno una velocità per il lato bus identica a quella di altri meno potenti. Dipende tutto anche dal lavoro che si intende fare col proprio PC.

Microcodice: per una data istruzione occorre un certo numero di operazioni, che magari non potranno essere tutte compiute durante un clock. Ridurre questi passaggi intermedi con un microcodice di programmazione più semplice migliora notevolmente le operazioni di una CPU.

Pipeline: il problema del microcodice è la ragione per la quale nacquero i primi Pentium, ovvero CPU dotati di pipeline, le quali sono vere e proprie “catene di montaggio” che organizzano in diversi passaggi il lavoro di calcolo del processore: Fetch, (inserimento di una istruzione) Decodifica, Lettura degli operandi, Esecuzione, (entra in gioco la ALU) Restituzione dei dati nei Registri.
Gestione Pipeline, esistono più pipeline che lavorano contemporaneamente in un processore.

Dimensione word, nei Registri: che sono una sorta di RAM interna del processore è importante manipolare numeri di qualsiasi dimensione, maggiore sarà la dimensione, maggiore sarà il tempo di elaborazione.
Data-path, all’interno del processore entrerà un certo numero di impulsi (bit) per volta, è importante quindi avere una porta d’accesso abbastanza larga: 8, 16, 32, 64 bit.

Cache L1 o L2: grazie alle cash interne (L1) o esterne (L2) è possibile ottimizzare la differenza di velocità esistente tra Scheda Madre e CPU.
Coprocessore numerico, permette al processore di svolgere direttamente operazioni in virgola mobile.

Memoria massima: ogni processore può indirizzare solo un certo spazio di memoria per volta, oggi siamo nell’ordine di diversi gigabyte.
Connessione, slot o socket (zoccolo) sono lo spazio dove viene alloggiata la CPU; solitamente si tratta di uno zoccolo, i modelli per slot sono nati per integrare alimentazione e circuiti all’interno dell’involucro del processore. Più la cache è vicina al processore , migliori saranno le prestazioni.

Per quanto la versatilità possa essere un pregio, per motivi economici sono sempre più in commercio le schede madri che integrano i vari componenti, piuttosto che quelle maggiormente espandibili. Il limite estremo sarà quello di produrre schede ancora più complesse e prive di schede di espansione. La scelta dei componenti è importante, perché determina quanto e come sarà espressa la potenzialità del processore. Nella backplane le schede madri sono costituite solo da slot di espansione. Sembra una cosa buon e giusta, tuttavia quando si cambia il processore, ci si accorge spesso e volentieri di dover cambiare proprio l’intera scheda. In generale un computer lavora al massimo della velocità del componente più lento, tale velocità si misura in Hertz ed esprime il numero di cicli di lavoro, che altro non sono se non i clock. Il clock è un impulso elettrico che batte il tempo dei vari componenti, ognuno lavora ad una determinata velocità.

La Scheda Madre di solito costituisce in questo senso un collo di bottiglia, perché più lenta rispetto al processore, quindi è inutile comprare la CPU più veloce del mercato se poi non la si potrà utilizzare al meglio. Nel secondo caso, con una CPU più lenta rispetto alla scheda si avranno problemi e con tutta probabilità il processore sarà irreparabilmente danneggiato. L’operazione di overclocking non è una scorciatoia consigliabile, perché anche in questo caso si corrono rischi di collasso o crash del computer. In ogni modo, come abbiamo visto, sono tante le caratteristiche di una CPU, non solo la velocità con cui esegue i suoi cicli, ma anche i modi con cui esegue le operazioni.

Processore e Memoria Centrale

Sia il processore (CPU) che l’unità centrale sono parti fondamentali di un computer, ricalcano fedelmente il modello ideato da von Neumann, padre della cibernetica. Entrambi questi componenti si trovano alloggiati nella scheda madre, ch’è il principale supporto presente nel sistema.

La CPU (Central Processing Unit) interpreta ed esegue le istruzioni, elabora i dati e coordina il lavoro delle periferiche. Il processore in definitiva è il motore di un computer, oltre ad essere il suo cervello. Si compone al suo interno di tre compartimenti: una ALU (unità aritmetico-logica) che esegue tutte le operazioni di calcolo; una Unità di Controllo, che smista i dati da e per la memoria centrale e i Registri, che servono a compensare la differenza di velocità di elaborazione tra CPU e Memoria Centrale; si tratta di celle di memoria interna dove i dati vengono temporaneamente archiviati.

Ad ogni ciclo (clock) l’unità di controllo prende una istruzione dalla RAM, (principale elemento della Memoria Centrale) la copia nei registri, la interpreta e fa eseguire alla ALU tutti i calcoli previsti, poi il risultato viene memorizzato di nuovo nei registri e la risposta torna alla Memoria Centrale.

L’unità di misura dei cicli o clock di un processore è l’Hertz e quindi nei suoi multipli. (KHertz, MHertz, GHertz, THertz).

La RAM, di cui si è accennato prima, è una sorta di lavagna dove i dati vengono segnati temporaneamente, ma non vengono memorizzati, tant’è vero che quando si spegne il computer i dati della RAM vanno perduti. Viene definita “memoria volatile” proprio per questo.

Quando scriviamo un documento word stiamo inserendo dati nella RAM, ogni lettera che aggiungiamo e togliamo; del resto senza una memoria volatile (una lavagna con gessetto e cancellino) non potremmo né aggiungere, né togliere niente, come in un CDR di sola lettura. Immaginate di scrivere su di una lavagna usando un pennarello. La RAM quindi è indispensabile per l’interazione con la macchina. Solo quando salviamo un documento in una memoria di massa (hard disk, CDR, ecc.) siamo sicuri di poterlo recuperare alla riaccensione del computer.

La CPU può comunicare con la Memoria Centrale grazie ai Bus, detti anche “collegamenti di controllo,” e per agevolare un maggiore coordinamento tra le differenti velocità dei componenti si possono trovare anche memorie cache di due tipi: L1 (interne alla CPU) ed L2 (esterne alla CPU). Il processore non è tuttavia dotato di autocoscienza, serve che qualcosa lo “svegli” e gli dia le istruzioni iniziali all’avvio del computer.

La ROM (Read Only Memory) i cui dati non possono essere modificati, salvo alcuni particolari modelli, contiene il software denominato BIOS, che rappresenta le istruzioni necessarie all’avvio del sistema. Se la CPU è il motore del computer, il BIOS è la chiave di accensione. La CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) è alimentato da una batteria. Si tratta di un chip, come la ROM, che contiene costantemente aggiornate, delle informazioni basilari quali l’ora e la data corrente.