LA CPU

Il componente principale di un personal computer è il microprocessore o CPU

(Central Processing Unit). La struttura del microprocessore è estremamente

complessa. Si sviluppa su un unico chip delle dimensioni di qualche centimetro

quadro su cui sono integrati milioni di transistori. Caratteristica importante è il fatto

che si tratta di materiale semiconduttore1. Sul singolo chip vengono applicati i

terminali di collegamento ed uno strato di rivestimento che lo incapsula.

La CPU utilizza dei registri di memoria, costituiti da un certo numero di bit,

destinati a contenere istruzioni o dati su cui operano tali istruzioni.

I risultati di tali elaborazioni andranno ad occupare altri registri, per poi essere

inviati in output e tradotti in segnali riconoscibili dalle opportune periferiche.

Il numero di bit costituenti un registro può variare a seconda delle potenzialità del

processore (8, 16, 32, 64 bit); un registro con più spazio a disposizione può ricevere

contemporaneamente un numero maggiore di informazioni e aumentare la velocità

di elaborazione.

Per progettare i circuiti di commutazione e le relative combinazioni si adotta una

tecnica particolare: “L’Algebra di Boole”. Nell’algebra di Boole vengono definite

varie operazioni logiche: AND, OR, NOT, NOR, NAND; che corrispondono,

rispettivamente al prodotto, alla somma, al complemento, al complemento della

somma, del prodotto di operandi in forma binaria.

La potenza elaborativa di un processore è funzione del Clock, cioè della frequenza

(misurata in MHz) con cui vengono elaborate le istruzioni elementari (la capacità

elaborativa è misurata in MIPS: Million Instruction Per Second.).

Un altro aspetto che influisce sulla potenzialità del processore è rappresentato dal

numero di bit utilizzabili per l’indirrizzamento alle memorie e dal numero di bit che

può trasferire contemporaneamente da e verso i dispositivi esterni (data path).

La CPU presiede a tutte le operazioni del computer: interpreta le istruzioni del

programma e invia agli specifici dispositivi i segnali per l’esecuzione delle singole

operazioni.

Le CPU contengono la execution unit (unità di esecuzione delle istruzioni) e la

control unit (unità di controllo).

La execution unit esegue particolari tipi di operazione, come ad esempio le funzioni

aritmetiche, il caricamento da memoria o la registrazione in memoria, la gestione

delle diramazioni (branch processing), che altera la sequenza di istruzioni eseguite

dalla CPU, cioè viene scelto un percorso tra diversi possibili. L’execution unit

contiene la ALU (Arithmetic Logic Unit) e particolari registri che conservano i bit

contenenti le istruzioni e i dati da elaborare.

La control unit è l’unità di governo che sorveglia il ciclo di esecuzione di ciascuna

istruzione che avviene nella execution unit.

L’unità di controllo e l’unità aritmetico-logica sono dotate di particolari circuiti

elettronici detti “circuiti di commutazione” che memorizzano, in ingresso, le

stringhe di bit costituenti il dato da elaborare e producono, in uscita, (a seconda

delle operazioni) una nuova stringa di bit che fornisce il risultato richiesto. Gli stessi

circuiti vengono attivati con segali di abilitazione (impulsi, tensioni ecc.) di tipo

binario.