Corso di Hardware

La CPU: caratteristiche tecniche - Parte I

 

Bene, eccoci ritornati per apprendere nuove ed emozionanti conoscenze nel mondo dei componenti del computer. Come sappiamo il mercato delle cpu è certamente quello in cui la competizione si fa più accanita; questa è una situazione che ha portato ad una diversificazione delle architetture tra i vari produttori. Oggi non possiamo più limitarci a fare una classifica in base alla velocità di clock, bensì dobbiamo stilarla in base alle prestazioni; questa esigenza è dettata dal fatto che le cpu oggi in commercio hanno diversità strutturali tali da non permettere un confronto in base alla frequenza utilizzata.

La riduzione della dimensione dei transistor potrebbe essere uno dei possibili argomenti di confronto; infatti riducendo tale dimensione è possibile ottenere dei circuiti integrati più piccoli il che comporta da un lato l’abbattimento dei costi di produzione e dall’altro un aumento delle prestazioni ed un minor consumo energetico, dovendo il segnale elettrico percorrere meno distanza.

La corsa di AMD e Intel alla riduzione delle dimensioni dei circuiti è destinata ad arrestarsi con il raggiungimento del limite fisico delle tecnologie a semiconduttori. Siamo ancora destinati a vedere sensibili miglioramenti per quanto riguarda la miniaturizzazione, con l’ingresso sul mercato delle Cpu a 0,09 µ(micron) entro il 2003.

Pensate che la prima Cpu in commercio (l’i4004) era costituita da 2300 transistor da 10 µ (1µ = 1/1000 di mm), mentre oggi siamo sull’ordine dei 40 milioni di transistor, per un Pentium 4, e siamo abbondantemente sotto i 0,2 µ. Normalmente questo valore indica la distanza che deve percorrere il segnale elettrico all’interno di un transistor. Volendo fare un paragone per chiarezza di cose, se la tecnologia dell’i4004 (10 µ) si fosse mantenuta fino ai giorni nostri, le dimensioni della Cpu di un Pentium4 sarebbero più grandi della scheda madre che la contiene.

La stampa di questi chip avviene mediante l’aggiunta di strati sovrapposti, incisi uno sopra all’altro con procedimento fotografico. Dopo che sono stai separati e testati, i chip prendono il nome di “die” e montati su un supporto dove “acquisiscono” la piedinatura e una corazza di protezione. Nei processori Athlon la corazza non c’è e quindi possiamo vedere il die. La miniaturizzazione è collegata alla tecnologia costruttiva basata su un comune metallo: il rame. L’utilizzo dell’alluminio nell’industria dei semiconduttori dura da ben 30 anni sebbene fossero già note le buone capacità conduttive e termiche del rame; i risultati si rivelarono subito più che incoraggianti con un aumento delle prestazioni del 33% anche a parità di architettura.

La struttura della Cpu è molto complessa e tende a variare da produttore a produttore; “entrando” in una Cpu possiamo inizialmente notare le varie unità funzionali ovvero l’unità aritmetico logica (ALU), l’unità di controllo, il registro delle istruzioni, il program counter e i registri di lavoro. Ora vi spiegherò in breve le loro funzioni. L’unità di controllo ha il compito di dirigere i lavori, esamina il codice operativo e regola l’esecuzione delle istruzioni che sono contenute nel registro delle istruzioni. Oltre a questo l’unità di controllo è in grado di gestire sia i circuiti esterni alla Cpu (memorie e periferiche), sia i circuiti interni; l’unità di controllo è sincronizzata con gli altri elementi grazie ad un segnale chiamato segnale di clock, che è generato da un circuito di oscillazione. Oggi questo circuito ha abbondantemente raggiunto i 2,2GHz il che significa che il segnale ticchetta (ossia fa “tic-tac”, perdonate questo bambinismo) ad una frequenza di 2,2 miliardi di oscillazioni al secondo.

Quando un’istruzione deve essere eseguita, l’unità di controllo ne recupera l’indirizzo nel program counter, che è il registro che contiene gli indirizzi delle varie istruzioni, e lo sposta dalla memoria al proprio registro delle istruzioni. I registri di lavoro sono degli altri dispositivi si storage temporaneo ed intervengono tra l’ALU, l’unità di controllo e la memoria. I registri, l’ALU e l’unità di controllo costituiscono l’unità di esecuzione della Cpu a cui negli anni sono state aggiunte funzionalità.

La prossima volta parleremo ancora di Cpu e dei tipi di architettura.

 

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