L’unità centrale di elaborazione del computer (CPU) costruita su un singolo circuito integrato (IC) è chiamata microprocessore.

Un computer digitale con un microprocessore che funge da CPU è chiamato microcomputer.

È un dispositivo elettronico programmabile, multiuso, azionato da un clock, basato su registri, che legge istruzioni binarie da un dispositivo di memorizzazione chiamato memoria, accetta dati binari come input ed elabora i dati secondo quelle istruzioni e fornisce risultati come output.

Il microprocessore contiene milioni di piccoli componenti come transistor, registri e diodi che lavorano insieme.

Schema a blocchi di un microcomputer

Introduzione al microprocessore

Un microprocessore consiste in una ALU, un’unità di controllo e una serie di registri. Dove l’ALU esegue operazioni aritmetiche e logiche sui dati ricevuti da un dispositivo di input o dalla memoria. L’unità di controllo controlla le istruzioni e il flusso di dati all’interno del computer. E, la matrice di registro consiste di registri identificati da lettere come B, C, D, E, H, L, e accumulatore.

Evoluzione dei microprocessori

Possiamo classificare il microprocessore secondo le generazioni o secondo la dimensione del microprocessore:

Prima generazione (microprocessori a 4 bit)

I microprocessori di prima generazione furono introdotti nell’anno 1971-1972 da Intel Corporation. Fu chiamato Intel 4004 poiché era un processore a 4 bit.

Era un processore su un singolo chip. Poteva eseguire semplici operazioni aritmetiche e logiche come addizione, sottrazione, OR booleano e AND booleano.

Aveva un’unità di controllo in grado di eseguire funzioni di controllo come recuperare un’istruzione dalla memoria di archiviazione, decodificarla e poi generare impulsi di controllo per eseguirla.

Seconda generazione (microprocessore a 8 bit)

I microprocessori di seconda generazione furono introdotti nel 1973 sempre da Intel. Era un primo microprocessore a 8 bit che poteva eseguire operazioni aritmetiche e logiche su parole a 8 bit. Era Intel 8008, e un’altra versione migliorata era Intel 8088.

Terza generazione (microprocessore a 16 bit)

I microprocessori di terza generazione, introdotti nel 1978 erano rappresentati da Intel 8086, Zilog Z800 e 80286, che erano processori a 16 bit con prestazioni come minicomputer.

Quarta generazione (microprocessori a 32 bit)

Diverse aziende hanno introdotto i microprocessori a 32 bit, ma il più popolare è l’Intel 80386.

Quinta generazione (microprocessori a 64 bit)

Dal 1995 ad oggi siamo nella quinta generazione. Dopo l’80856, Intel uscì con un nuovo processore, cioè il processore Pentium, seguito dalla CPU Pentium Pro, che permette a più CPU in un singolo sistema di ottenere il multiprocesso.

Altri processori a 64 bit migliorati sono i processori Celeron, Dual, Quad, Octa Core.

Tabella: Importanti microprocessori Intel

Microprocessore Anno di invenzione Lunghezza di parola Capacità di indirizzamento della memoria capacità di indirizzamento Pin Clock Remarks
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Primo microprocessore
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Microprocessore popolare a 8 bit
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Diffuso in PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB reali, 4 GB virtuali 68 6-12.5 MHz Largamente usato in PC/AT
80386 1985 32-bit 4GB reali, 64TB virtuale 132 14X14 PGA 20-33 MHz Contiene MMU su chip
80486 1989 32-bit 4GB reali, 64TB virtuale 168 17X17 PGA 25-100 MHz Contiene MMU, cache e FPU, 1.2 milioni di transistor
Pentium 1993 32-bit 4GB reali, 32-bit address, 64-bit data bus 237 PGA 60-200 Contiene 2 ALU, 2 Cache, FPU, 3,3 milioni di transistor, 3. 3 V, 7,5 milioni di transistor.3 V, 7,5 milioni di transistor
Pentium Pro 1995 32-bit 64GB reali, bus indirizzi a 36 bit 387 PGA 150-200 MHz È un processore a flusso di dati. Contiene anche cache di secondo livello, 3,3 V
Pentium II 1997 32-bit – – 233-400 MHz Tutte le caratteristiche Pentium pro più la tecnologia MMX, 3.3 V, 7,5 milioni di transistor
Pentium III 1999 32-bit 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Versione migliorata del Pentium II; 70 nuove istruzioni SIMD
Pentium 4 2000 32-bit 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Versione migliorata del Pentium III
Itanium 2001 64-bit 64 linee di indirizzo 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz processore EPIC a 64 bit

dove,

  • PGA – Pin Grid Array
  • MMX – MultiMedia eXtensions
  • EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing
  • SIMD – Single Instruction Multiple Data
  • ALU – Arithmetic and Logic Unit
  • MMU – Memory Management Unit
  • FPU – Floating Point Unit

Termini di base usati nel microprocessore

Ecco una lista di alcuni termini di base usati nel microprocessore:

Instruction Set – Il gruppo di comandi che il microprocessore può capire è chiamato Instruction set. È un’interfaccia tra hardware e software.

Bus – Insieme di conduttori destinati a trasmettere dati, indirizzi o informazioni di controllo a diversi elementi in un microprocessore. Un microprocessore avrà tre tipi di bus, cioè bus dati, bus indirizzi e bus di controllo.

IPC (Instructions Per Cycle) – È una misura di quante istruzioni una CPU è in grado di eseguire in un singolo clock.

Clock Speed – È il numero di operazioni al secondo che il processore può eseguire. Può essere espresso in megahertz (MHz) o gigahertz (GHz). Viene anche chiamato Clock Rate.

Bandwidth – Il numero di bit processati in una singola istruzione è chiamato Bandwidth.

Word Length – Il numero di bit che il processore può processare alla volta è chiamato word length del processore. Un microprocessore a 8 bit può elaborare dati a 8 bit alla volta. La gamma di lunghezza della parola è da 4 bit a 64 bit a seconda del tipo di microcomputer.

Tipi di dati – Il microprocessore supporta diversi formati di dati come i numeri binari, ASCII, firmati e senza segno.

Funzionamento del microprocessore

Il microprocessore segue una sequenza per eseguire le istruzioni: Fetch, Decode, e poi Execute.

Inizialmente, le istruzioni sono memorizzate nella memoria del computer in ordine sequenziale. Il microprocessore recupera le istruzioni dall’area memorizzata (memoria), poi le decodifica ed esegue le istruzioni fino all’istruzione STOP. Poi, invia il risultato in forma binaria alla porta di uscita. Tra questi processi, il registro memorizza i dati temporanei e l’ALU (unità aritmetica e logica) esegue le funzioni di calcolo.

Caratteristiche del microprocessore

  • Basso costo – Grazie alla tecnologia dei circuiti integrati i microprocessori sono disponibili a costi molto bassi. Ridurrà il costo di un sistema informatico.
  • Alta velocità – A causa della tecnologia coinvolta in esso, il microprocessore può lavorare ad alta velocità. Può eseguire milioni di istruzioni al secondo.
  • Piccole dimensioni – Un microprocessore è fabbricato in un ingombro molto ridotto grazie alla tecnologia di integrazione su larga scala e ultra larga scala. A causa di questo, la dimensione del sistema informatico è ridotta.
  • Versatile – Lo stesso chip può essere utilizzato per diverse applicazioni, quindi, i microprocessori sono versatili.
  • Basso consumo energetico – I microprocessori utilizzano la tecnologia dei semiconduttori di ossido di metallo, che consuma meno energia.
  • Meno generazione di calore – I microprocessori utilizzano la tecnologia dei semiconduttori che non emettono molto calore rispetto ai dispositivi a tubo a vuoto.
  • Affidabile – Poiché i microprocessori utilizzano la tecnologia dei semiconduttori, quindi, il tasso di fallimento è molto inferiore. Quindi è molto affidabile.
  • Portatile – A causa delle piccole dimensioni e del basso consumo energetico i microprocessori sono portatili.