ELEMANIA
Microprocessore - Caratteristiche generali
Piedinatura generale
Un microprocessore (µP) è un dispositivo digitale integrato programmabile, in grado cioè di eseguire istruzioni. I µP costituiscono il cuore dei moderni computer, in cui realizzano sia le funzioni di unità di elaborazione principale (CPU) sia quelle di processori ausiliari (coprocessori), come per esempio l'elaboratore grafico GPU (Graphics Processing Unit).
Nella sua forma più generale un µP è caratterizzato dai seguenti segnali:
Le frecce entranti indicano segnali di ingresso, quelle uscenti segnali di uscita e quelle bidirezionali segnali che possono essere sia di ingresso che di uscita. Abbiamo dunque:
- n linee di dato bidirezionali
Corrispondono al numero di bit che il µP è in grado di scrivere o leggere in memoria con un singolo accesso. In generale n sarà anche l'ampiezza del bus dati e la dimensione di una parola della memoria esterna. Maggiore è il numero di bit di dato, più veloce risulta il trasferimento dei dati da parte del µP. Le linee di dato sono bidirezionali poiché il µP può sia inviare dati che riceverne.
- m linee di indirizzo in uscita
Servono per indirizzare le locazioni nella memoria esterna. Il numero di linee di indirizzo fornisce un limite alla massima quantità di memoria indirizzabile (2m indirizzi, detto anche spazio di indirizzamento), anche se sono state sviluppate diverse tecniche per superare tale limite (per esempio nel cosiddetto multiplexaggio di indirizzi, i bit di indirizzo vengono forniti in due parti separatamente, consentendo in tal modo di raddoppiare lo spazio di indirizzamento del µP). Le linee di indirizzo sono in uscita in quanto il µP fornisce indirizzi in memoria, ma non viene a sua volta indirizzato da nessuno.
- un numero variabile di linee di controllo in ingresso e in uscita
Le linee di controllo costituiscono il cosiddetto bus di controllo (control bus) del calcolatore e servono al µP per comandare gli altri componenti (es. la memoria) oppure per ricevere segnali di controllo dall'esterno (es. il segnale di RESET che serve per azzerare e far ripartire il µP).
- una linea di clock in ingresso
Il clock è un segnale ad onda quadra fornito dall'esterno che specifica la temporizzazione delle operazioni del µP. Più elevata è la frequenza del clock (cioè più breve è il suo periodo) più le operazioni del µP verranno svolte rapidamente.
Spesso si parla di µP a 16, 32, 64 bit: con tale valore si intende la dimensione massima dei registri interni del µP stesso, cioè la massima quantità di dati binari che il µP è in grado di elaborare simultaneamente. Tale valore è legato dunque in qualche modo sia alle dimensioni delle parole in memoria sia alle dimensioni del bus dati e fornisce perciò una misura della quantità di dati massima che il µP è in grado di utilizzare. Tuttavia è bene
sottolineare che un µP a 32 bit, per esempio, può avere bus dati e indirizzi con dimensioni diverse da 32 bit, normalmente maggiori (es. il PENTIUM PRO è a 32 bit, ma ha un bus indirizzi a 36 bit e un bus dati a 64 bit).
Evoluzione dei microprocessori
La tabella seguente mostra un confronto fra diversi microprocessori:
I valori riportati sono i seguenti:
- Name: la sigla o il nome commerciale;
- Date:anno di commercializzazione;
- Transistors used: numero di transistor integrati sul chip;
- Microns:ampiezza in µm (milionesimi di metro) di una pista di collegamento sul chip (come confronto il diametro di un capello umano è pari circa a 100 µm);
- Max clock speed: massima frequenza di clock utilizzabile;
- Address lines: numero di bit di indirizzo;
- Data width: il primo valore indicato è il numero di bit di dato; il secondo valore invece indica il numero di bit processati dalla ALU interna al µP (se i due valori coincidono, ne viene indicato in tabella uno solo);
- MIPS: milioni di istruzioni elementari eseguibili al secondo;
- Max addressable memory: massima memoria indirizzabile dal µP.
La fotografia qui sotto (scattata al microscopio elettronico) mostra un ingrandimento di un microprocessore Pentium I:
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