Corso di Hardware

La CPU - caratteristiche tecniche - Parte II

 

Riprenderemo ora a parlare di Cpu e precisamente delle varie architetture da cui sono composte. Nel corso degli anni i processori si sono differenziati tra loro per le tante varianti apportate alle loro architetture e che frequentemente i loro produttori introducono per renderle sempre migliori. Una prima distinzione di massa riguarda la differente complessità dell’unità di controllo ( vedi lezione precedente ) e vede due diverse categorie : le architetture Risc ( Reduced Instruction Set Computing ) e Cisc ( Complex Instruction Set Computing ). Vediamole in linea di massima

Le architetture Risc tendono a semplificare le unità di controllo introducendo un set d’istruzioni meno ampio e un meno modi d’indirizzamento; così facendo si posso aggiungere più registri salendo a velocità più elevate. Va anche detto che queste architetture non fanno parte del mondo dei personal computer, ma vengono montate su altri dispositivi ( server, console per videogiochi come Gamecube di Nintendo ).
Le architetture Risc hanno il pregio di essere veloci ed economiche e vengono usate nel caso di applicazioni che richiedono calcoli intensivi, come la grafica tridimensionale per cui risultano imbattibili sui sistemi per videogiochi, grazie alla loro economicità, ai bassi consumi energetici e ottime prestazioni.

Le architetture Cisc, invece, rappresentano il mondo dei pc; rispetto alle Risc, presentano un più ampio set d’istruzioni ed un maggior numero di modi d’indirizzamento il che comporta una maggiore complessità dell’unità di controllo. Entrambe hanno però un ostacolo insormontabile, quello di eseguire una sola istruzione per volta ( una singola istruzione per ciclo di clock ); sono state introdotte allora le architetture pipeline e superscalari. Ora non ci addentreremo nei minimi particolari, rimando questo discorso a lezioni future più mirate ed approfondite.

Pensate alla pipeline come ad una catena di montaggio in cui ogni singola unità compie il suo lavoro eseguendo una determinata parte di codice; per farvi un esempio provate a pensare al tempo che un solo operaio sta per costruire una macchina ( è solo un esempio ) e al tempo che 5 operai impiegano per costruire la stessa macchina solamente che ognuno di loro ha un determinato compito ( uno monta il motore, l’altro le ruote ecc ). Di conseguenza il tempo impiegato per la costruzione della macchina dipende dal tempo del singolo operaio ( assumendo che i 5 operai impieghino lo stesso tempo ); per cui nel tempo che l’operaio solo soletto ha costruito la macchina, gli altri 5, lavorando simultaneamente o più correttamente, in parallelo, ne hanno costruite 5. In questo caso si parla di pipeline a 5 stadi.

Queste Cpu vengono anche definite superscalari in quanto superano i limiti dei processori andando ad eseguire più di una istruzione per volta, ossia più di un’istruzione per ciclo di clock; queste Cpu però non sono ottimizzate per eseguire calcoli vettoriali ( grafica tridimensionale ) e per questo vengono definite scalari ( nome non nuovo a chi studia matematica o fisica.
Fino ad ora l’architettura di riferimento per il mondo del personal computer era la IA32 ossia Intel Architecture 32bit; questa utilizza un set d’istruzioni x86 per un processore che opera con dati e indirizzi di memoria a 32bit. Ora, novità di dicembre ’02, l’AMD ha realizzato il suo processore a 64bit che sta per invadere il mercato. Con la multimedialità si è pensato di aggiungere nel processore, oltre ai già presenti set d’istruzioni, ulteriori set dedicati all’elaborazione dei dati multimediali come l’Mmx di Intel e i 3Dnow! di casa AMD; questi set aggiunti, vengono sfruttati solamente se il codice ne prevede l’utilizzo, altrimenti rimangono completamente inutilizzati. La conformità all’architettura IA32 è un limite per le Cpu dei Pc e la compatibilità rappresenta un limite alle prestazioni; questo è un problema che tocca sia hardware che software in quanto bisognerebbe effettuare una ricompilazione delle applicazioni e dei sistemi operativi.

Più avanti esamineremo la nuova architettura a 64bit di AMD, nella prossima lezione invece parleremo di schede madri.

 

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