Central Processing Unit o CPU: che cos’è, a cosa serve e quali tipi ci sono?

L’ unità centrale di elaborazione di una squadra è la componente più importante di essa. È responsabile, principalmente e come indica il nome, di elaborare qualsiasi tipo di informazione e di offrire quelle porte che sono completamente necessarie in modo che le periferiche possano essere collegate ad esso.

La CPU, come viene chiamata nel mondo dell’informatica, è composta da una serie di componenti che insieme fanno funzionare correttamente il computer. Queste micro unità sono l’ unità aritmetica-logica (UAL) e l’ unità di controllo (UC). L’unione di entrambi è ciò che è noto come microprocessore, un processore (o, piuttosto, un insieme di dozzine di processori) di dimensioni ridotte.

In questo testo cercheremo di risolvere tutti i dubbi che sorgono sul concetto di Central Processing Unit, le caratteristiche dei suoi componenti e il suo funzionamento. Inoltre, definiremo le CPU note e altri dati curiosi su questo concetto, ad esempio come differisce da un’unità grafica o GPU .

Che cos’è una CPU e che cosa viene utilizzata nell’informatica?

Come inizialmente indicato, l’unità centrale di elaborazione (processore, CPU o CPU) è la parte più importante di un computer e di altri dispositivi che la includono, ad esempio una smart TV o uno smartphone. In realtà, è il luogo in cui vengono eseguite tutte le procedure relative alle informazioni .

Questo ha una struttura basata su un circuito integrato chiamato microprocessore, che può cambiare e in effetti lo fa tra le diverse marche di computer esistenti sul mercato.

È un dispositivo che interpreta una serie di istruzioni contenute in un programma o che sono definite negli input e avvia l’esecuzione del processo di dati.

Svolge diverse funzioni:

• Esecuzione di programmi . Assicura che le loro istruzioni siano indirizzate all’avvio e al funzionamento.
• Programmazione . Si riferisce alla comprensione di tutte le funzioni del sistema attraverso una precedente preparazione dell’organigramma. Pertanto, viene evitata la saturazione del sistema e viene controllato ciò che può supportare in ogni momento a livello del disco e della memoria.
• Comunicazione con tutte le unità input-output . L’accordo è stipulato tra ciascuna delle unità, in modo che le periferiche possano rispondere senza un crollo tra di loro e, di solito, immediatamente.
• storage primario . Ciò equivale a una buona gestione della memoria, in modo che sia controllato con i programmi che hanno lo spazio necessario in modo che possano funzionare correttamente, assegnandolo a ciascuno di cui hanno bisogno a seconda delle loro caratteristiche e dell’uso che vengono dati in ogni momento .

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Evoluzione del concetto di CPU

Nei primi computer esistenti, le unità di elaborazione centrali sono state progettate per funzionare con un computer molto più grande. Per questo motivo, le macchine erano gestite con meccanismi meccanici molto semplici. In effetti, all’inizio, questi computer dovevano essere ricablati in modo da poter svolgere diverse attività.

I primi computer che avevano una CPU erano i computer con programma memorizzato . Ciò è stato stabilito con il modello ENIAC creato nel 1945 e la cui architettura è stata preparata dal matematico che ha segnato il mondo dell’informatica, John Von Neumann.

Ciò che era previsto con questa apparecchiatura era eseguire operazioni di diversi tipi archiviate nella memoria del computer, il che significava che non era necessario apportare modifiche fisiche al cablaggio del computer per evitare di sprecare tempo e fatica e che si sarebbero verificati errori.

Inizialmente, sono state create unità di elaborazione centrale personalizzate, ma ciò non è troppo operativo e, per questo motivo, la standardizzazione dei processori è stata considerata per qualche tempo per soddisfare vari scopi . Ciò è stato reso possibile grazie alla comparsa del circuito integrato (IC), che ha permesso alle CPU di essere sempre più complesse in spazi ristretti.

Dobbiamo arrivare all’idea che oggi i microprocessori si trovano ovunque, dalle automobili e dai camion ai cellulari o ai giocattoli per bambini. L’inizio dei miglioramenti per questo tipo di unità è iniziato con la comparsa del transistor negli anni ’50 . Con esso è possibile creare CPU più complesse su circuiti stampati.

Quelli che si basano su circuiti integrati sono indicati come dispositivi di integrazione su piccola scala (SSI). Questi transistor contenuti sono sempre multipli di dieci. Quelli completi richiedevano migliaia di chip individuali, ma consumavano lo spazio minimo .

Nel 1964, IBM introdusse l’architettura System / 360 , che consentiva a diversi computer di eseguire lo stesso programma a velocità diverse. Pertanto, sebbene i computer fossero incompatibili tra loro, l’architettura era la stessa. A quel tempo, si è scoperto che i transistor consentivano al processore di funzionare a velocità molto più elevate a causa del tempo di commutazione offerto.

Con il passare del tempo, è apparso il concetto di microprocessore per processori realizzati con un piccolo numero di circuiti integrati; di solito solo uno. La riduzione delle dimensioni ha reso i tempi di commutazione più rapidi. Per questo motivo, il design, la complessità e le dimensioni non sono cambiate molto nel corso degli anni una volta che questo microelemento è apparso.

Componenti e caratteristiche della CPU del computer Quali componenti hardware lo compongono?

L’unità centrale di elaborazione è formata da una serie di componenti che definiremo separatamente per conoscere l’ambito delle sue funzionalità:

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Unità di controllo

È uno dei blocchi che compongono la CPU. La sua funzione principale è quella di cercare istruzioni in memoria, decodificarle ed eseguirle tramite l’Unità di processo. In altre parole, l’UC è l’intero insieme di circuiti che controllano il flusso di dati prodotto nel processore.

Sono presenti molti componenti all’interno di questo blocco. Questi sono:

• registro di istruzione . Luogo in cui l’istruzione è memorizzata durante il tempo in cui viene eseguita.
• program counter . Contiene l’indirizzo di memoria dell’istruzione successiva da eseguire.
• Controller e decodificatore . Interpretare l’istruzione estraendo il codice dell’operazione da eseguire.
• Clock . Fornisce impulsi elettrici ad intervalli con una certa costanza.
• Sequencer . Genera micro ordini necessari per l’esecuzione di un’istruzione.

Unità di processo

Questo è un altro dei blocchi più importanti di questo elemento. La sua funzione è quella di eseguire tutti i compiti che la centrale gli passa .

Per eseguire questi processi, è necessario l’aiuto degli elementi descritti di seguito:

• Unità a virgola mobile . Viene utilizzato per eseguire operazioni matematiche con numeri reali.
• Unità aritmetica-logica (ALU) . Serve per eseguire operazioni aritmetiche di base, funzioni logiche, confronti o rotazioni di bit.
• registro di stato . Mantiene alcuni indicatori sul risultato delle operazioni che sono state fatte.
• registro accumulatore . Preservare gli operandi e i risultati delle operazioni.

record

Un registro è una memoria ad alta velocità integrata all’interno del processore stesso. Serve per conservare temporaneamente i dati e per accedere ai valori più utilizzati. In effetti, è il modo migliore per il sistema di conservare i dati. I registri sono misurati dal numero di bit che consentono di memorizzare. Se il dispositivo ha, ad esempio, 64 bit, ciò indica che è possibile memorizzare i registri a 64 bit.

I tipi di record esistenti sono i seguenti:

• Log in virgola mobile . Salvano i dati sotto forma di virgola mobile.
• record costante . Hanno valori creati per l’uso in modalità di sola lettura. Sono realizzati quando viene creato l’hardware stesso.
• Set di dati . Mantengono numeri interi.
• registri di memoria . Memorizzano solo indirizzi di memoria.
• Record di scopo specifico . Conservano le informazioni relative allo stato del sistema, ad esempio il puntatore di uno stack.
• Record per scopi generici . Conservano sia i dati che gli indirizzi. Sono utilizzati principalmente nell’architettura von Neumann che, d’altra parte, è tipica.

Autobus dentro e fuori

Il bus viene utilizzato per trasportare dati tra i componenti di un computer. Sono tracce su un circuito integrato che possono essere trasferite in due modi:

• Parallelo . Il bus consente di trasmettere più bit contemporaneamente.
• Serie . Il bus può trasferire i dati bit per bit solo attraverso un singolo cavo del trasmettitore di informazioni.

Nei primi computer, gli autobus funzionavano sempre in parallelo, ma negli ultimi anni sono stati sostituiti da bus seriali. Sebbene questi ultimi siano più difficili da implementare, la velocità di trasferimento che raggiungono è molto più elevata.

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Come funziona una CPU?

Questo esegue più operazioni, ma ciò che spicca soprattutto è l’ esecuzione di programmi . I programmi, visti dall’interno, sono un insieme di istruzioni che sono rappresentate da numeri che sono memorizzati nella memoria del computer prima di essere eseguiti. Tutti i sistemi con architettura Von Neumann eseguono quattro passaggi per eseguire le loro operazioni. Vengono letti, decodificati, eseguiti e scritti .

FETCH (Leggi)

Durante questo passaggio, vengono raccolte le istruzioni rappresentate da una sequenza di numeri di memoria.

Il contatore del programma (PC, da non confondere con il personal computer o il personal computer) è responsabile della memorizzazione dell’indirizzo di memoria in cui si trovano queste istruzioni.

Dopo la lettura, il PC viene incrementato per modificare la posizione e trovarsi nell’unità di memoria in cui si trova l’indirizzo dell’istruzione successiva da eseguire. In questo caso, viene utilizzata la memoria lenta e la sua velocità di risposta è correlata alla cache e al processore dell’apparecchiatura.

DECODE (Decodifica)

Una volta che abbiamo l’istruzione, è divisa in diverse parti che verranno interpretate dalle unità del processore. Una parte dei numeri indica l’operazione da eseguire (codice operativo) e le seguenti parti corrispondono alle informazioni relative all’esecuzione di detta operazione. Ad esempio, nel caso in cui l’istruzione sia una somma, sarà necessario comprendere l’operatore che indica la somma e gli operandi che si intende aggiungere.

Questi possono essere definiti da un valore o da un indirizzo di memoria, da cui vengono presi i dati da aggiungere. Nelle CPU più complesse, è stato creato un microprogramma che traduce le istruzioni , in modo che la decodifica diventi qualcosa di più semplice.

ESEGUI (Esegui)

Al momento in cui arriva questo passaggio, il processore si collega con le sue unità coinvolte nell’istruzione in modo da poter eseguire l’operazione richiesta nel programma.

Quando viene eseguita l’operazione di aggiunta sopra menzionata, l’unità aritmetica-logica (ALU) viene collegata per eseguire le operazioni, con gli ingressi e le uscite in cui i numeri da aggiungere e il luogo in cui sono posizionati i risultati .

WRITEBACK (Scrivi)

In questo passaggio, vengono scritti solo i risultati dell’istruzione eseguita. Questi possono essere conservati nella memoria volatile o conservati nella memoria principale , che può essere un po ‘più lenta.

Dopo aver completato l’ultimo passaggio, il processo viene ripetuto con il ciclo di istruzioni successivo per poter leggere quello successivo e aumentare il contatore del programma. Nei processori complessi, è possibile leggere più istruzioni una alla volta in modo da poterle eseguire.

Quanti tipi di unità di elaborazione centrale esistono?

Esistono diversi tipi per quanto riguarda l’unità centrale di elaborazione, che sono classificati in base al numero di core che ha:

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CPU single core

Si chiama CPU core. È apparso con l’inizio dei concetti di calcolo. Era un processore con un singolo core, in cui l’esecuzione dei compiti di base era molto lenta , eseguendo uno per uno, anche se a quel punto, come puoi immaginare da quanto abbiamo già detto, era un team rivoluzionario che ha permesso di ridurre significativamente la percentuale di errori, nonché la derivazione di risorse ad altre necessità.

Processori dual core

È stata una svolta nel mondo della tecnologia: combinare due core in un processore ; Non è stato un compito facile. Il sovraccarico nel sistema di amministrazione deve essere controllato, il che non consente di raddoppiare la velocità di un processore.

Sono stati utilizzati in ambienti multitasking poiché, in esso, programmi e thread lottano per il tempo del processore. Se esiste un secondo core, uno dei thread verrebbe eseguito su un computer e l’altro sull’altro. Questa CPU offre prestazioni superiori del 75% rispetto a un processore single-core , non potendo parlare di una doppia prestazione. Ovviamente, svolge due compiti e lo fa più velocemente.

CPU quad core

È un tipo di processore chiamato quadcore. Questo è formato da quattro core ed è molto più veloce rispetto ai due modelli precedenti. È in grado di eseguire diverse attività contemporaneamente e ad alta velocità.

Di solito è il tipo di processore che troviamo nei telefoni cellulari di fascia media e di fascia alta.

CPU a sei e otto core

Questi sono quelli attualmente utilizzati nei computer. Sono in grado di svolgere un gran numero di compiti di enorme richiesta a una velocità sorprendente . A seconda della loro capacità, possono eseguire contempor
neamente tra le sei e le otto attività principali senza che l’esperienza dell’utente venga oscurata.

Quali differenze troviamo tra una CPU e una GPU?

È normale chiedersi perché sono entrambi elementi di apparecchiature informatiche e i loro nomi sono molto simili.

Cominciamo facendovi sapere che, in entrambi i casi, parliamo di unità di elaborazione. Ciò significa che lo scopo di entrambi è lo stesso: processo .

Tuttavia, la differenza è chiara:

• L’ unità centrale di elaborazione è responsabile, ridondante, di elaborare tutti i tipi di atti e informazioni, essendo di carattere generale o di carattere, lavorando in serie . Puoi lavorare con elementi grafici. Il numero di processi con cui il carico è inferiore.
• La GPU funziona specificamente nell’elaborazione di elementi grafici , ovvero immagine e video, e lo fa in parallelo, secondo il modello circostante . Ciò significa sottrarre carico dal processore , che è libero di lavorare sul resto degli elementi. Per questo motivo è interessante investire tempo, è scegliere una buona scheda grafica in modo che il processore non si rompa, non importa quanto sia buono. Caricare con molti più processi ma deve essere specifico.

In caso di domande, lasciarle nei commenti, ti risponderemo al più presto e sarà sicuramente di grande aiuto per più membri della community. Grazie!