| Aula Didattica "G. Taliercio" |
| I componenti hardware del Personal Computer |
| a cura di Andrea Berto |
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Precedente | Indice | Successivo 3. Il microprocessore
Il microprocessore è un circuito integrato multifunzionale che corrisponde, in sostanza al computer. Il processore, chiamato anche CPU (Central Processor Unit) si compone di diverse parti che cooperano per eseguire le istruzioni e le azioni del PC. Le parti principali di una CPU, sono descritte di seguito .
Il sistema di bus della CPU Il bus, termine con cui vengono chiamate le vie di collegamento tra il computer e il processore, trasporta segnali, indirizzi e dati che vengono trasferiti tra i vari componenti del computer. Sebbene l'analogia non sia perfetta, il bus può essere paragonato alle corsie preferenziali del traffico cittadino. Nel computer, una struttura a bus è un gruppo di linee di trasmissione elettroniche che collegano i vari componenti della CPU e della scheda di espansione. Le strutture del bus hanno dimensioni diverse e variano da 16 a 64 bit nei microprocessori più recenti. La dimensione del bus determina il volume di dati che può essere trasmesso. Ovviamente un bus a 64 bit trasporta più dati di uno a 16 bit. All'interno del computer, esistono diverse strutture di bus. Le strutture più importanti sono sotto elencate.
Packaging Quando si esamina un microprocessore di recente costruzione, spesso si sta esaminando la confezione del microprocessore e non il microprocessore che è contenuto all'interno dell'involucro di ceramica o di plastica. Il rivestimento esterno del processore protegge la parte centrale che contiene il microchip e i fili che collegano il chip al PGA (Pin Grid Array) del processore. I pin del PGA sono inseriti nel socket di montaggio o nei connettori a pettine dello slot. I tipi di involucri meno recenti erano spesso di ceramica materiale che offre un'eccellente resistenza al calore e notevoli proprietà di dissipazione, mentre la maggior parte dei processori odierni sono montati in schede di plastica o SECC (Single-edge Contact Cartridge). Il SECC possiede dispositivi integrati per il montaggio del dissipatore di calore e della ventola (usati per raffreddare il processore), consente un facile aggiornamento e fornisce un accesso ad alta velocità alla CPU da parte della scheda madre.
Raffreddamento del processore I primi microprocessori erano raffreddati dal flusso di aria creato dalla ventola di sistema. Questo tipo di raffreddamento era chiamato radiante. Tutto il calore irradiato dal processore era raffreddato dall'aria che veniva richiamata nel case dalla ventola dell'alimentatore. A partire dal processore 486, i processori sono stati raffreddati per mezzo di un dissipatore di calore o con una ventola di raffreddamento del processore o con entrambi, collegati direttamente alla superficie del processore. Inoltre, il flusso d'aria della ventola del sistema è stato invertito per poter far confluire l'aria riscaldata dall'interno del case all'esterno. Alcuni processori di recente costruzione hanno una temperatura di funzionamento che varia dai 85 ai 100 gradi centigradi, che è sicuramente elevata. E' molto importante ricordare che il raffreddamento di un processore deve essere mantenuto alla temperatura di funzionamento prevista. A temperature operative troppo elevate le prestazioni del processore iniziano a peggiorare: si arresta o si può danneggiare in modo permanente. I dissipatori di calore e le ventole sono stati progettati per far fuoriuscire il calore dal packaging tramite le alette del dissipatore e il flusso dell'aria della ventola. Generalmente il processore non è l'unico dispositivo a temperatura elevata all'interno del case del computer. Altri dispositivi ad alte prestazioni, come le schede video accelerate e i dischi ad alta velocità, possono produrre una grande quantità di calore. Il case del computer dovrebbe fornire sufficiente ventilazione per consentire all'aria fredda di essere attirata all'interno e all'aria calda di essere espulsa. In caso contrario, si accorcerà la vita utile del computer.
Socket e slot I microprocessori sono connessi alla scheda madre del computer. Per connettere il processore alla scheda madre si usano due tipi generali di sistema di montaggio: socket e slot. Alcuni processori sono disponibili solo in un determinato tipo; altri sono disponibili in entrambi. Il tipo usato dipende dalle preferenze del produttore; entrambi hanno un aspetto molto diverso, ma le funzioni sono quasi simili. Tipi di socket Segue un elenco dei 10 socket usati più comunemente:
Tipi di slot Esistono quattro tipi di slot per collegare i microprocessori alle schede madri.
Evoluzione dei microprocessori nei PC Intel 8086 e 8088 Nel 1978, Intel ha introdotto il microprocessore 8086, che aveva una velocità di clock di 4,77 Mhz (megahertz). La velocità di clock di un processore è quella con cui opera la CPU. Le velocità di clock sono misurate in megahertz milioni di cicli al secondo. Un computer alla velocità di 5 Mhz è in grado di elaborare cinque milioni di cicli al secondo. Più elevato è il numero di cicli al secondo supportato dal computer, maggiore è il numero di istruzioni che il computer può eseguire. E' bene tenere presente che la maggior parte delle istruzioni, poiché includono molti passaggi di elaborazione (come trasferimenti di memoria, operazioni ALU ecc.), per essere eseguite richiedono più cicli di CPU. L'8086 era in grado di eseguire circa 0.33 MIPS (milioni di istruzioni al secondo). MIPS è uno standard usato per misurare la potenza di elaborazione di un processore. Il processore 8086, che includeva 29.000 transistor, era un processore a 16 bit (con un bus dati a 16 bit) e aveva un bus di indirizzamento di 20 bit. Poteva indirizzare 1 MB di memoria, considerata allora una quantità incredibile. L'8086 non è stato un processore molto diffuso per i PC, ma ha creato una linea di riferimento per tutti i processori 80X86 futuri. Un anno dopo, Intel ha ridotto il bus 8086 a 8 bit e ha rilasciato l'8088 che continuava ad avere un bus di indirizzamento a 20 bit. Per tutti gli altri aspetti, l'8088 era un clone dell'8086 compreso il numero di transistor e la velocità di clock. IBM adottò l'8088 per il primo personal computer, l'IBM PC-XT. L'8088 (e l'8086) era contenuto in un circuito integrato con un packge a 40 pin DIP (Dual Inline Package). E' utile evidenziare il fatto che ciascun pin sia stato progettato per un determinato valore o funzione. Questo è un aspetto comune di microprocessori e circuiti integrati. Una seconda versione dell'8088 rilasciato successivamente, ha aggiunto una funzionalità Turbo e ha consentito al processore di funzionare a due velocità di clock, una normale a 4,77 e una turbo a 8 MHz Intel 80486DX e SX I processori non superarono la barriera di un milione di transistor fino a quando Intel rilasciò i microprocessori 486DX a 25 Mhz all'inizio del 1989. Il processore disponeva di circa 1,2 milioni di transistor e aveva la capacità di calcolo di 20 MIPS. Questo processore ha introdotto anche molte innovazioni come l'inclusione della cache del processore (cache di Livello 1) nel chip del processore, l'introduzione dell'accesso alla memoria in modalità burst e per la prima volta un coprocessore matematico integrato. Prima del 486DX, se un utente desiderava velocizzare le funzioni matematiche di un PC doveva installare un coprocessore matematico distinto. Il 486 è stato pacchettizzato in un package CPGA (Ceramic Pin Grid Assembly) a 168 pin, che richiedeva l'istallazione sul processore di una ventola di raffreddamento. Per i processori che hanno preceduto il 486DX era sufficiente la ventola del sistema per il raffredamento. Come avvenuto per il 386, Intel ha rilasciato un modello 486SX nel 1991 per fornire un processore a basso costo. La differenza principale tra i modelli DX e SX era che il modello SX non disponeva di un coprocessore matematico integrato.
Il microprocessore Pentium Sebbene fosse conosciuto nelle prime fasi di sviluppo come 80586, Intel nel 1992 decise di usare il marchio Pentium per questa generazione di microprocessori poiché i numeri di modello non potevano essere soggetti a copyright. Questo nuovo processore, comprendeva molte nuove caratteristiche, quali cache a 8 bit distinte per i dati e le istruzioni e una FPU molto veloce. Il Pentium mantenne il bus degli indirizzi a 32 bit dell'Intel 486, ma aggiunse un bus dati a 64 bit. Incluse anche un'architettura superscalare, che consente l'esecuzione di più istruzioni in un singolo ciclo di clock. Le velocità di clock del processore Pentium variavano da 60 Mhz a 200 Mhz. La versione successiva del processore Pentium è stata il Pentium MMX, che disponeva di velocità di clock da 166 a 233 Mhz. Questa versione del processore Pentium ha aggiunto la tecnologia MMX al Pentium e velocità di clock interne più elevate. La tecnologia MMX è un insieme di istruzioni che usa la matematica matriciale (altro significato di MMX) per supportare algoritmi di compressione e decompresione grafica (come JPEG, GIF e MPEG) e il rendering grafico 3D. MMX consente a FPU di agire su diversi segmenti di dati simultaneamente attraverso un processo chiamato SIMD (Single Instruction Multiple Data). Pentium PRO Il processore Pentium Pro è il processore successivo nella linea Pentium ed è stato sviluppato come processore per server di rete. Per supportare il carico di elaborazione di un server di rete, il Pentium Pro dispone di una cache di secondo livello(L2) da 1Mb (megabit). La versione a 200 Mhz è stata progettata in modo specifico per supportare i sistemi operativi di rete a 32 bit, come Windows NT e per essere usata in configurazioni di uno, due o quattro processori. Pentium III Il processore Pentium III utilizza 9,5 milioni di transistor, una cache di tipo L1 di 32 KB e una cache L2 di 512 KB. Il processore Pentium III ha una velocità di clock variabile da 450 Mhz a 1 Ghz ed è disponibile in un package di seconda generazione con un connettore a singolo pettine chiamato SECC2. Il package SECC2, che può usare il bus Slot1, ha caratteristiche di conduzione e dissipazione del calore migliori rispetto ai package a singolo pettine precedenti. AMD K6 Sviluppato per competere con il Pentium MMX, L'AMD K6 lo supera in velocità e prezzo. E' disponibile in versioni a 166, 200, 233 e 266 Mhz ed esiste anche un modello a 300 Mhz che utilizza un socket Super 7. Processori AMD K6-2 e K6-III Per competere con la tecnologia MMX dei processori Pentium, il processore AMD K6, dispone di un set di istruzioni grafiche 3D, denominate 3Dnow, che estende le istruzioni MMX già previste nel progetto K6. I processori K6-2 sono disponibili con velocità di clock da 266 a 550 Mhz. Un modello più recente di questa linea è il K6-2+, che possiede una cache L2 aggiuntiva nel chip del processore e alcune nuove caratteristiche di controllo energetico. AMD Athlon E' stato uno dei processori più potenti in commercio fino a poco tempo fa. Dispone di 22 milioni di transistor, supporta le istruzioni Intel MMX e 3DNow della AMD e supporta anche funzioni migliorative della FPU. Dispone inoltre della capacità di decodificare più istruzioni contemporaneamente rispetto al Pentium III con una cache L2 di 256 KB e una cache L1 di 128 KB intergrata nel chip. L'Athlon è compatibile a livello di plug con il connettore Slot1, ma è stato progettato per il bus AMD Slot A, che può utilizzare velocità di bus da 200 a 400 Mhz. Un derivato dell'Athlon è il Duron AMD. Tale processore AMD è stato progettato per applicazioni generali di computing, complesse applicazioni di business, domestiche o portabili. E' disponibile alle velocità di clock di 600, 650 e 700 Mhz. |
