I componenti di un Sistema di elaborazione.
CPU (central process unit)
I componenti di un Sistema di elaborazione.
CPU (central process unit)
La C.P.U. è il dispositivo che esegue materialmente gli ALGORITMI.
1. esegue calcoli,
2. legge e scrive dati,
3. trasmette informazioni.
Esso è costituito da due componenti principali:
1. La A.L.U. (aritmetic logic unit) unità di calcolo, che esegue calcoli.
2. La C.U. (control unit) unità di controllo, che controlla le operazioni da
seguire.
I componenti di un Sistema di elaborazione.
CPU (central process unit)
comandi
dati
ALU
CU
Unità di
elaborazione
Unità di controllo
risultati
Processore e processo
PROCESSORE
La CPU svolge le funzioni di
PROCESSORE nel senso che esegue
i processi.
processo
Ogni processo è un algoritmo che
definisce come elaborare dei dati per
ottenere certi risultati.
Dimensioni e circuiti
Un processore è realizzato su
un pezzo di silicio sul quale
vengono incisi i circuiti.
Ogni fetta di silicio ha forma
circolare e contiene i circuiti dei
futuri processori.
In ogni processore vi sono
miliardi di circuiti.
In ogni millimetro quadrato ci
sono milioni di circuiti
microscopici.
Il primo processore e l’ultimo
Questo è l’Intel 4004 costruito nel novembre del 1971.
aveva velocità 0,74 MHz ed era costituito da 2300
transistor.
Il suo progettista fu un italiano: Faggin Federico.
Intel 4004 di Federico Faggin
Intel Core i7
Il Core i7 è una famiglia di processori
di 6° generazione presentati nel
novembre del 2008, cioè 17 anni dopo
il Intel 4004.
Le frequenze di lavoro sono
comprese tra i 1600 Mhz ed i 3300
Mhz, cioè almeno 2000 volte
superiore a quella del 4004.
I transistor sono grandi 32
micrometri cioè milionesimi di metro e
ne sono circa 1 miliardo contro i 2300
del Intel 4004.
Ricerca.
Fate una ricerca sulla storia dei processori Intel
Dall’Intel 4004 al
Intel 8086,
Intel 80286,
Intel 80386 e 486,
Intel Pentium
Intel Dual Core
Intel Core 2 Duo
Intel Core i7
Architettura dei processori.
Unità di elaborazione
Le unità di elaborazione contengono al loro interno alcuni elementi fondamentali:
1. Memorie scrivibili dette «REGISTRI».
2. Dispositivi per il calcolo.
3. Memorie non scrivibili (ROM) con informazioni permanenti.
I
registri più importati presenti in un processore sono 5 e si chiamano:
1.
2.
3.
4.
5.
Registro programm counter detto PC.
Registro istruzione.
Registro Accumulatore.
Registro dati.
Registro indirizzi.
Architettura dei processori.
Unità di controllo.
Le unità di controllo, che hanno il compito di
governare le operazioni per eseguire l’algoritmo ( cioè il
processo), mandano all’unità di elaborazione una serie
di
Segnali di controllo.
CU
Unità di
controllo
orologio
Un
interno alla macchina, detto clock,
da il tempo ad ogni segnale: ad ogni scatto del clock
viene inviato un segnale.
Il numero
Hertz (Hz).
di impulsi al secondo si misura in
• Il Intel 4004 aveva un clock di 740.000 Hz = 740
KHz
• Il Intel Core i7 ha un clock di 3.000.000.000 Hz = 3
GHz
ALU
Unità di
elaborazione
Architettura dei processori.
Unità di controllo.
Alcune operazioni si possono fare in un colpo di clock, altre hanno bisogno di più
tempo.
Un valore medio è 5-6 colpi di clock per cui il numero di operazioni al secondo è
inferiore alla velocità di clock.
Il numero di operazioni al secondo si misura in
istruzioni per secondo.
MIPS che significa Milioni di
Architettura dei processori.
Unità di controllo.
Aumentando la velocità i processori si
riscaldano e perciò non è possibile
andare oltre una certa velocità.
Oggi si riesce a raggiungere il 3 GHz
per i prodotti in vendita ed i 5 GHz per
quelli da laboratorio.
Per aumentare le prestazioni dei
processori non si può, allora, solo
aumentarne la velocità ma bisogna
migliorare altri fattori.
Architettura dei processori.
Unità di controllo.
• Una via è quella di aumentare
l’integrazione e cioè il
numero di
transistor.
• Un’altra strada è quella di aumentare il
parallelismo e cioè di mettere
assieme più processori
ciascuno dei quali si occupa di un
diverso compito.
Architettura dei processori.
Dialogo CPU e Memoria.
Lo scambio di dati tra CPU e Memoria avviene in «parallelo».
Questo vuol dire che essi non si scambiano un solo dato per volta ma
dati contemporaneamente.
Gli elaboratori piccoli scambiano dati a 16 o 32 bit
Gli elaboratori più grandi (Core i7) a 64bit.
molti