Che cos'è un microprocessore?
Un microprocessore è un microchip che esegue i compiti in un sistema informatico. È l'unica unità che esegue ogni istruzione che passa attraverso di esso. Un microprocessore è comunemente chiamato unità centrale di elaborazione (CPU), chip logico o semplicemente "processore". Possono essere progettati utilizzando un computer con software di progettazione di circuiti stampati (PCB).
I microprocessori sono componenti critici del computer progettati per eseguire compiti semplici e complessi. Comprendono circuiti integrati che contengono più transistor.
La potenza di un microprocessore dipende dal numero di istruzioni che può leggere ed eseguire in un periodo specifico. I progressi nella tecnologia hanno permesso agli ingegneri informatici di sviluppare microcomputer, piccoli ma potenti computer che svolgono lavori aziendali, industriali e scientifici.
Oggi, i microprocessori sono utilizzati in laptop, computer domestici, automazione industriale e persino telefoni cellulari. Due esempi di microprocessori sono il chip Intel 4004, uno dei primi processori, e l'AMD Ryzen 5, un moderno microprocessore a 64 bit.
Tipi di microprocessori
In base alla loro capacità di eseguire set di istruzioni, i tre tipi più comuni di microprocessori sono CISC, RISC ed EPIC.
CISC
CISC, o computer a set di istruzioni complesse, può eseguire più set di istruzioni contemporaneamente. Fa sì che una singola istruzione esegua le operazioni di caricamento, valutazione e memorizzazione. Questo approccio riduce il numero di istruzioni eseguite per programma, ma una singola istruzione svolge molte funzioni. Alcuni esempi di chip microprocessore CISC sono l'Intel 486, l'Intel Pentium 2 e l'Intel Pentium Pro.
RISC
RISC sta per computer a set di istruzioni ridotte. Il suo scopo è eseguire le istruzioni molto rapidamente. L'idea centrale di RISC è semplificare l'hardware utilizzando un set di istruzioni con solo pochi passaggi per le operazioni di caricamento, valutazione e memorizzazione. Esempi di RISC includono DEC Alpha e IBM.
EPIC
EPIC, o calcolo a istruzioni esplicitamente parallele, utilizza compilatori e consente alle istruzioni di funzionare in parallelo. Codifica le istruzioni in carichi a 128 bit. EPIC utilizza tecniche di parallelismo a livello di istruzione (ILP) come la speculazione e la predicazione. IA-64 è un esempio di microprocessore EPIC.
Come funziona un microprocessore?
I microprocessori sono fabbricati utilizzando la tecnologia dei semiconduttori a ossido di metallo; consumano poca energia. Indipendentemente dalla loro potenza, dimensione o complessità, ogni microprocessore segue questa sequenza di azioni di base: fetch, decode ed execute.
Più semplicemente, le istruzioni che devono passare attraverso il microprocessore sono memorizzate in sequenza. Quindi "recupera" queste istruzioni dalla memoria, le "decodifica" e "esegue" le istruzioni.
Queste istruzioni vengono prima elaborate attraverso l'unità logica aritmetica (ALU) del microprocessore, che esegue operazioni aritmetiche e logiche. Successivamente, le istruzioni passano attraverso l'unità di controllo del processore e un array di registri. Quest'ultimo filtra i dati attraverso più registri che fungono da memoria ad accesso rapido. L'unità di controllo gestisce il flusso di questi dati.
Termini di base relativi a un microprocessore
Termini comuni relativi a un microprocessore sono frequentemente discussi, come:
- Bus si riferisce a un insieme di conduttori che trasmettono dati o gestiscono le informazioni di controllo. I microprocessori contengono tre bus: il bus degli indirizzi, il bus di controllo e il bus dei dati.
- Il set di istruzioni è il numero di comandi che un microprocessore può comprendere contemporaneamente. Colma il divario tra l'hardware e il software.
- Cache è il componente che memorizza le istruzioni elaborate frequentemente per rapidità. Aumenta la velocità di un processore poiché consente di accedere rapidamente ai dati.
- Lunghezza della parola è il numero di bit all'interno del bus dati del microprocessore. Ad esempio, se la lunghezza della parola di un processore è di 16 bit, può elaborare 16 bit alla volta, con registri a 16 bit e un bus dati a 16 bit.
- Tipi di dati costituiscono i microprocessori. Diversi tipi di dati includono il codice standard americano per lo scambio di informazioni (ASCII), il decimale codificato in binario (BCD) e numeri con segno e senza segno.
- Velocità di clock è la velocità con cui un microprocessore esegue le istruzioni. La velocità di misurazione per tutti i microprocessori è Hertz e, a seconda della velocità, può essere espressa in breve come "Hz". Ad esempio, se un microprocessore funziona a otto gigahertz, può essere espresso come 8 GHz. D'altra parte, i megahertz sono espressi come "MHz".
Vantaggi di un microprocessore
Da piccoli a grandi supercomputer, i microprocessori sono altamente vantaggiosi in molti modi per l'uso su vari sistemi.
- Dimensione: I microprocessori erano inizialmente grandi e molto poco pratici da usare. La dimensione è stata notevolmente ridotta grazie ai progressi nelle tecnologie di integrazione su larga scala e ultra-larga scala. Più piccolo è il processore, più piccolo è il sistema informatico. Questo rende più facile per i produttori di apparecchiature originali (OEM) inserire più componenti utili in un sistema informatico rendendolo anche più piccolo.
- Velocità: I microprocessori sono noti per l'alta velocità. L'alta velocità era possibile solo per i computer personali o i supercomputer, ma grazie ai progressi tecnologici, i dispositivi portatili come gli smartphone oggi ospitano processori ultra-veloci. Questi processori possono eseguire anche un trilione di istruzioni al secondo.
- Costo: La presenza di circuiti integrati e i miglioramenti nella produzione di semiconduttori rendono i microprocessori disponibili a prezzi bassi. Ciò significa che il costo complessivo di un sistema informatico o di uno smartphone è notevolmente ridotto.
- Precisione: I microprocessori eseguono istruzioni con alti livelli di precisione ed efficienza.
- Consumo energetico: I buoni microprocessori consumano poca energia mentre eseguono efficacemente le istruzioni. Ciò significa anche che generano meno calore.
- GUI integrata: I microprocessori moderni sono dotati di interfacce grafiche utente (GUI) integrate nel sistema. Ciò significa che non c'è bisogno di una GUI separata e, a sua volta, questo riduce la dimensione complessiva del dispositivo.
- Natura universale: Le molte applicazioni dei microprocessori li rendono versatili, consentendo a diversi sistemi come computer e smartphone di utilizzarli.
Microcontrollore vs. microprocessore
In superficie, sembra che i microprocessori e i microcontrollori abbiano molto in comune. Entrambi i circuiti integrati a chip singolo hanno potenziato la tecnologia informatica e si trovano in molti dispositivi elettronici in tutto il mondo.
Al nucleo, tuttavia, differiscono.
I microcontrollori sono meno costosi dei microprocessori. Questi ultimi sono tipicamente utilizzati con dispositivi più costosi che utilizzano periferiche esterne.
I microprocessori sono destinati a svolgere funzioni più complesse, mentre un microcontrollore di solito svolge solo una funzione dedicata. Questo è uno dei motivi per cui i processori richiedono una fonte di memoria esterna affidabile per supportare compiti complessi. I microcontrollori richiedono meno memoria, meno potenza di calcolo e sono meno complessi dei microprocessori.
Adithya Siva
Adithya Siva is a Content Marketing Specialist at G2.com. Although an engineer by education, he always wanted to explore writing as a career option and has over three years of experience writing content for SaaS companies.
