Hai sentito parlare di CPU ma non hai idea di cosa sia? Eccoti allora spiegato che cos’è la CPU.
Indice
Che cos’è la CPU
La CPU (acronimo inglese di central processing unit, pronunciato sèntrol prosèssing iùnit, in italiano unità centrale di elaborazione), chiamata anche processore centrale, processore principale o semplicemente processore, è il cuore di un qualsiasi computer. Ma che cos’è una CPU esattamente? In pratica, si tratta del componente hardware più importante del PC perché svolge le operazioni di base necessarie per eseguire i programmi, processare i dati e gestire le istruzioni (infatti, non a caso è l’unità di elaborazione centrale).
Ecco come si presenta una tipica CPU per il PC.
A cosa serve la CPU
I circuiti elettronici di una CPU eseguono le istruzioni di un determinato programma, come le operazioni aritmetiche, le operazioni logiche, le operazioni di controllo e le operazioni di input/output (I/O). In altre parole, la CPU è il cuore di ogni computer, di ogni smartphone o di ogni tablet – ma non solo – ed è fondamentale per l’esecuzione di qualsiasi attività. Il suo compito è quello di gestire ed eseguire le istruzioni, elaborare i dati, controllare i dispositivi del PC e coordinare l’interazione tra il software e l’hardware.
Ogni azione fatta su un computer, dall’apertura di un file alla navigazione su Internet, coinvolge sempre la CPU nel processo di esecuzione.
In parole semplici, la CPU gestisce tutte le cose che si fanno sul computer.
Come funziona una CPU
Qualsiasi tipo di CPU funziona eseguendo le istruzioni mediante un ciclo di lavoro, chiamato ciclo macchina o ciclo fetch-decode-execute (pronunciato fech dìcod ècsechiut), che coinvolge tre diverse fasi:
- fetch (recupero dell’istruzione): in questa prima fase la CPU recupera la prossima istruzione dall’indirizzo di memoria attualmente memorizzato nel program counter (pronunciato prògram càunter) e memorizzata nell’instruction register (pronunciato instràcscion règister). Alla fine dell’operazione di recupero, il program counter indica la prossima istruzione che verrà letta nel ciclo successivo;
- decode (decodifica): in questa seconda fase la CPU interpreta l’istruzione recuperata e la traduce in segnali e azioni specifiche che deve eseguire. Durante questa fase, la CPU identifica l’operazione da svolgere e gli operandi coinvolti (cioè i dati su cui operare);
- execute (esecuzione): in questa terza fase la CPU esegue l’istruzione recuperata precedentemente. Questa fase coinvolge l’esecuzione dell’operazione richiesta, che può essere un’operazione matematica, un’operazione logica, un’operazione di trasferimento dati, un’operazione di controllo o altro, a seconda dell’istruzione decodificata.
La CPU esegue le istruzioni ripetendo continuamente questo ciclo, cioè recuperando, decodificando, ed eseguendo le istruzioni richieste dai vari programmi in esecuzione. È importante notare che la CPU è in grado di eseguire queste istruzioni ad una frequenza molto elevata, nell’ordine dei milioni (MHz) o dei miliardi (GHz) di hertz, garantendo in questo modo l’efficienza e la rapidità nell’esecuzione delle operazioni. Inoltre, va tenuto presente che la CPU può elaborare i dati solo in codice binario.
Il funzionamento di un processore si basa perciò sul ciclo fetch-decode-execute. In ogni ciclo di clock, la CPU recupera (fetch) la prossima istruzione dall’indirizzo di memoria attualmente memorizzato nel program counter, la decodifica (decode) e poi la esegue (execute). Questo processo è coordinato dall’unità di controllo, che gestisce il flusso di dati nella CPU e coordina le altre unità di elaborazione. Ogni CPU ripete questo ciclo di lavoro per eseguire le istruzioni in sequenza.
Quali sono i componenti di una CPU
La forma, la progettazione e l’implementazione delle CPU sono cambiate nel corso del tempo, ma il loro cruciale principio di funzionamento è rimasto pressoché invariato. Pertanto, una qualsiasi CPU è composta sempre da almeno le seguenti componenti fondamentali:
- dall’ALU (acronimo inglese di arithmetic logic unit, pronunciato arithmètic lògic iùnit, in italiano unità aritmetico-logica), che esegue le operazioni aritmetiche e logiche;
- dai registri del processore, che forniscono gli operandi all’ALU e memorizzano i risultati delle operazioni dell’ALU;
- e da un’unità di controllo (dall’inglese CU o control unit, pronunciato contròl iùnit), che preleva le istruzioni dalla memoria centrale, le decodifica e le invia all’ALU per poi comandarne l’esecuzione.
La maggior parte delle CPU moderne sono implementate su dei microprocessori a circuito integrato, con una o più CPU collocate su un singolo chip (si pronuncia cip). I microprocessori con più CPU sono anche noti come processori multi core (pronunciato cor, letteralmente nucleo). Ogni singola CPU fisica – ossia i core del processore – può anche essere multithread (pronunciato màltithred) in maniera tale da creare delle CPU virtuali/logiche aggiuntive (ad esempio, un processore quad core può avere otto thread).
Quasi tutte le CPU odierne dispongono inoltre di una modalità privilegiata per supportare i sistemi operativi, di hardware speciale che consente una virtualizzazione efficiente e di una memoria cache (si pronuncia cash) che contiene le informazioni più frequentemente utilizzate dalla CPU.
Oltre alla CPU, un circuito integrato può contenere pure della memoria, delle interfacce periferiche, e altri componenti di un computer (come una scheda grafica integrata, chiamata anche scheda video integrata); tali dispositivi integrati vengono comunemente chiamati microcontrollori o system on a chip (pronunciato sìstem on a cip, letteralmente sistema su circuito integrato, abbreviato comunemente con l’acronimo SoC).
Tutte le CPU sono dunque composte da diversi componenti. Tuttavia, i componenti principali di una CPU includono l’unità di controllo, l’unità aritmetica e logica, e alcuni registri. L’unità di controllo gestisce il flusso di dati all’interno della CPU e coordina le operazioni delle altre componenti. L’ALU esegue le operazioni aritmetiche e logiche, mentre i registri sono piccole aree di memoria che la CPU utilizza per memorizzare temporaneamente i dati.
Che cos’è la frequenza di clock e il numero di core della CPU
La velocità del processore è determinata dalla sua frequenza di clock e viene misurata in hertz (Hz) e nei sui multipli più utilizzati come il megahertz (simbolo MHz, che equivale ad un milione di cicli di clock al secondo) e il gigahertz (simbolo GHz, che equivale ad un miliardo di cicli di clock al secondo). Durante ogni ciclo di clock, la CPU può eseguire un certo numero di operazioni. Le prestazioni della CPU dipendono infatti da diversi fattori. Tuttavia, maggiore è la velocità di clock, maggiori saranno le prestazioni di un processore.
Ma che cos’è un core? Un core è una singola unità di elaborazione all’interno di una CPU. La maggior parte delle CPU moderne hanno solitamente più core che permettono alla CPU di eseguire più istruzioni in parallelo. Il numero di core in una CPU influisce sulle potenziali prestazioni della CPU stessa: una CPU con più core può eseguire infatti più operazioni contemporaneamente rispetto ad una CPU single core.
I chip Intel e AMD e il ruolo della RAM
Intel e AMD sono due dei principali produttori di CPU. Tuttavia, la prima CPU, chiamata Intel 4004, è stata introdotta da quest’ultima nel 1971. Questo microprocessore, progettato da Federico Faggin, era un chip a 4 bit e rappresentava un enorme passo in avanti rispetto ai primi computer, che erano macchine enormi e costose.
La memoria RAM, chiamata comunemente soltanto RAM (acronimo inglese di random access memory, pronunciato ràndom àcses mèmori, in italiano memoria ad accesso casuale) è la memoria principale di un computer qualsiasi. Il processore è in grado di accedere alla RAM prelevando rapidamente i dati memorizzati nella RAM grazie agli indirizzi di memoria.
La quantità di RAM disponibile influisce sul numero di programmi che un computer può eseguire contemporaneamente. Se la RAM fisica non è sufficiente, viene allora utilizzata la memoria virtuale. In caso di problemi, la scheda tecnica della scheda madre nel proprio PC permette di sapere qual è quantità di memoria massima che è possibile installare sul computer in uso.
Come funziona un processore di un computer
I processori hanno la capacità di eseguire un insieme specifico di operazioni fondamentali – definite come set di istruzioni – che, in base alle caratteristiche di tale insieme, permettono di distinguere i processori in due principali famiglie, ovvero i CISC e i RISC:
- i processori CISC (acronimo inglese di complex instruction set computer, pronunciato complècs instràcscion set compiùter, letteralmente computer con set di istruzioni complesse) presentano di solito un numero limitato di registri – in genere intorno alla decina – ed una vasta gamma di istruzioni complesse che possono ammontare a diverse centinaia. Queste istruzioni hanno una lunghezza variabile e richiedono diversi cicli di clock per essere eseguite completamente;
- al contrario, i processori RISC (acronimo inglese di reduced instruction set computer, pronunciato riudiùst instràcscion set compiùter, letteralmente computer con set di istruzioni ridotto) si contraddistinguono per avere un grande numero di registri, approssimativamente nell’ordine del migliaio, ed un insieme più piccolo di istruzioni – di solito meno di cento – relativamente semplici e di lunghezza costante, permettendo così l’esecuzione parallela delle stesse istruzioni.
Grazie a queste istruzioni e all’utilizzo del ciclo macchina, la CPU è in grado di eseguire una serie di compiti cruciali. Quando avvii un programma, la CPU prende le istruzioni dalla memoria RAM, le decodifica e le esegue (il numero di istruzioni che ogni CPU esegue dipende dal processore stesso). Durante questo processo, la CPU elabora i dati attraverso delle operazioni matematiche e logiche per produrre i risultati desiderati. La CPU coordina inoltre l’accesso alla memoria secondaria e alle varie periferiche collegate al PC per garantire che tutte le operazioni vengano eseguite in modo corretto ed efficiente.
Dove si trova la CPU di un computer
La CPU di un computer si trova sulla scheda madre e viene montata su un’apposita presa chiamata socket (pronunciato sòchet). Di solito, il processore è situato sotto ad un dissipatore di calore (dotato di una ventola) che serve a raffreddare la CPU durante il suo funzionamento per evitarne il surriscaldamento.
Come sapere che CPU c’è nel PC
Per scoprire che tipo di CPU è presente nel tuo computer fisso o portatile puoi utilizzare diverse metodologie. Nei sistemi operativi Windows, puoi aprire il task manager e selezionare la scheda “Prestazioni” per vedere alcune informazioni sulla tua CPU. In alternativa, puoi utilizzare un programma gratuito come CPU-Z che fornisce le caratteristiche principali della tua CPU, come ad esempio la marca (di solito Intel o AMD), il modello, la frequenza di clock (espressa in multipli di Hz) e il numero di core.
Ecco la schermata principale di CPU-Z.
Conclusioni
Dunque, la CPU è il cuore operativo di ogni computer poiché la CPU è un circuito integrato che permette al computer di eseguire le istruzioni dei programmi memorizzati nella memoria centrale (conosciuta semplicemente come RAM). Questo componente hardware è fondamentale per il funzionamento di un PC fisso o un portatile.
Sapere che cos’è e come funziona una qualsiasi CPU permette perciò di capire come vengono utilizzate le risorse della CPU ma consente anche la scelta di una CPU adeguata alle proprie esigenze.
Arrivati comunque a questo punto dovresti aver finalmente capito che cos’è la CPU.
