Come funziona un processore

Quante volte ti è capitato di voler comprare un computer, ma non senza prima aver compreso quali sono le caratteristiche che lo rendono unico? Purtroppo, o per fortuna per alcuni, “informatica” non è una materia inclusa nel piano didattico di tutte le scuole. Proprio per questo, oggi ho deciso di parlarti di come funziona un processore, nella speranza di risolvere ogni tuo dubbio.

Sei pronto? Cominciamo!

Cos’è un processore

Prima di parlare di come funziona un processore è importante comprendere cos’è una CPU. Quest’ultimo termine non è altro che un sinonimo del primo ed è ciò che dà velocità al computer. Naturalmente, poi esistono altre componenti che contribuiscono a migliorare le prestazioni del tuo PC, come ad esempio la RAM.

La prima cosa che devi tenere a mente è che la velocità si misura in gigahertz (GHz).

I primi processori che sono stati creati avevano 130 megahertz, mentre quelli singoli attuali misurano circa 3 GHz. Dico “singoli” per il semplice fatto che questa soglia si è rivelata nel tempo difficile da oltrepassare, ragion per cui sono nati i PC con più processori (dual core, quad core, ecc…).

Inoltre, un processore può essere a 32 o a 64 bit. La differenza principale? I processori a 32 bit riescono ad utilizzare una quantità di memoria alquanto limitata di RAM (2^32 ovvero 4 GB), mentre i processori a 64 bit sono in grado di gestire una RAM nettamente maggiore.

Come funziona un processore

È arrivato il momento di parlare di come funziona un processore (o CPU). Questa componente del computer è in poche parole il suo cervello e il suo acronimo sta per Central Processing Unity. Questa unità centrale di elaborazione ha il compito di ricevere i comandi e i dati da voi ordinati e dare ad essi un’esecuzione.

Questo processo si può definire in 4 fasi:

  1. Lettura ed acquisizione: il processore recupera le informazioni presenti da qualche parte nel computer e procede a copiarle in una propria memoria, in modo che successivamente potrà accedervi all’occorrenza.
  2. Decodificazione: i dati vengono poi tradotti in linguaggio binario
  3. Esecuzione: grazie al lavoro del processore, il computer elabora i dati ed è ora in grado in svolgere operazioni sia semplici che complesse
  4. Attivazione: la CPU risponde alle tue domande. Tutte le azioni che compi sono tradotte in un’operazione che permette di aver indietro un risultato.

A questo punto, ti starai però chiedendo come funziona un processore nello specifico.

In fin dei conti, ne hai tutte le ragioni!

Il nocciolo della questione si risolve in questo modo. Una CPU dà esecuzione alle istruzioni, in sequenza, una alla volta. Il tempo che impiega per portare a termine un’operazione è definibile grazie a due segnali, i clock. Questi ultimi sono in definitiva i margini di un ciclo, l’inizio e la fine. Maggiore è il numero di cicli che un processore è in grado di portare a termine in un secondo, tanto più veloce sarà nell’esecuzione di programmi.

Tuttavia, qui farò riferimento alle sole operazioni elementari, in quanto operazioni più complesse hanno bisogno di più cicli per essere eseguite correttamente.

Le marche di un processore

Esistono due famosi colossi che si occupano della costruzione di processori: Intel e AMD. Fammi indovinare, li hai spesso sentiti nominare, ma non hai mai avuto il tempo di approfondire? Non preoccuparti, ci sono qua io!

Intel è una multinazionale che nasce nel 1968 e produce oltre ai processori, anche altri dispositivi elettronici. Nel corso del tempo, è stata in grado di creare processori all’avanguardia, che soddisfano le svariate esigenze del consumatore.

Intel Core i5-9600K processore 3,7 GHz Scatola 9 MB Cache intelligente, Socket LGA 1151
  • 6 core / 6 thread
  • 3,70 GHz fino a 4,60 GHz / 9 MB di cache
  • Compatibile solo con schede madri basate su chipset Intel serie 300
  • Memoria Intel Optane supportata
  • Grafica Intel UHD 630
Intel Core i7-9700K processore 3,6 GHz Scatola 12 MB Cache intelligente
  • 8 core 8 thread
  • 4.6 ghz in modalità turbo senza overcloccare
  • Arriva a 5/5.1 ghz su tutti i core con ottime temperature
  • Tipologia di memoria computer: ddr4_sdram
Intel Core i3-9100F Processore 4x3.6 (Boost 4.2) GHz 6MB-L3 Cache Socket 1151
  • Dimensione memoria massima (in base al tipo di memoria): 64 GB
  • Tipo di memoria: DDR4-2400
  • Larghezza di banda di memoria massima: 37.5 GB/s
  • Configurazioni PCI Express: fino a 1x16, 2x8, 1x8+2x4
  • Socket supportati: LGA 1151
Intel Core i5-9400F processore 2,9 GHz Box 9 MB Smart Cache
  • Intel Core i5-9400F 4.1 Ghz Socket 1151 Boxed

AMD (acronimo di Advanced Micro Devices) è anch’essa una multinazionale statunitense ed è la concorrente maggiormente affermata sul mercato di Intel. La sua ultima innovazione per fronteggiare quest’ultima è CPU AMD Ryzen.

AMD Ryzen 5 3600 Processore (6C / 12T, 35 MB di cache, 4,2 GHz Max Boost)
  • Frequenza operativa a 3,6 GHz, Socket AM4
  • CPU di AMD Boxed Desktop
  • Ryzen 5 con cache da 32 MB
  • 6 core / 12 thread
  • Sostenuta da una garanzia di 3 anni per i produttori
AMD YD2600BBAFBOX Processore Ryzen 5 2600 Socket AM4 3.9Ghz Max Boost, 3,4Ghz Base+19MB
  • Zen+ on Gen 2 Ryzen
  • AMD Wraith Cooling per Socket AM4
  • Verifica la compatibilità del software della tua scheda madre con la seconda generazione...
AMD Ryzen 3 3200G, Processore PC, 3,6 GHz (frequenza massima: 4,0 GHz), 4 MB L3 Cache, Socket AM4, GPU integrato Radeon Vega 8
  • Frequenza operativa a 3,6 GHz, Socket AM4
  • CPU di AMD Boxed Desktop
  • AMD Ryzen 3 con cache da 4 MB
  • 4 core / 4 thread
  • Frequenza grafica: 1250 MHz
AMD Ryzen 7 3700X, processore Wraith Prism per dissipatore di calore (32 MB, 8 core, velocità 4,4 GHz, 65 W)
  • 8 core, 16 thread, 4,4 ghz di clock spinta, tdp 65w
  • Compatibile con 500 e 400 chipset schede madri della serie AM4
  • Wraith Prism raffreddamento incluso
  • più avanzato processore desktop del mondo, ultramoderno, ultraveloce, Abilitazione...
  • Le nuove regole, non teme rivali - i PC basati su processori AMD Gen 3 Ryzen elevare il...
AMD Athlon 200GE processore 3,2 GHz Scatola 4 MB L3
  • A 3.2 frequenza di funzionamento GHz
  • AMD A4 serie
  • Boxed AMD CPU Desktop
  • Nucleo di 4MB cache 2 / 4 fili
  • Core: 2 core

Bisogna ammettere che la battaglia è molto ardua, quindi lascio a te il compito di decretare il vincitore! Tuttavia, in futuro ci sarà sicuramente modo di approfondire il migliore processore di una e dell’altra multinazionale.
Passiamo ora ad una delle informazioni più basiche, ma anche più importanti: come nasce un processore

Come nasce un processore

La progettazione avviene in appositi centri di design informatici.

Ogni singolo microchip è formato da milioni di transistor e diodi. Per l’esattezza, nei pochi millimetri di superficie della CPU, sulle piastrine di silicio, sono appoggiati 30 milioni di transistor. Questo materiale è l’elemento di costruzione principale dei circuiti integrati.

Dopo un processo di purificazione, il silicio viene fuso prima in cristallo e poi in dischi. Viene, poi lisciato ed esposto ai raggi UV. Il passaggio successivo consiste in un bombardamento di ioni assieme alla rimozione della materia fotoresistente.

Un’affascinante curiosità è che, anche se sembrano sottili, i processori sono composti da più di venti strati.

Componenti per comprendere come funziona un processore

Per quanto all’occhio, possa sembrarti un congegno elettronico di ridotte dimensioni, le componenti di una CPU sono tante e tutte molto importanti per la qualità e l’efficienza delle prestazioni.

Per comprendere come funziona un processore, bisogna partire da un’analisi interna.

Innanzitutto, la CPU è composta da due segmenti principali:

  • UC (Unità di controllo): fa riferimento alla memoria centrale del tuo pc, estrapola da essa le informazioni e controlla tutti i processi attraverso i quali vengono eseguite le istruzioni.
  • ALU (Unità aritmetico logica): è la parte che mette in pratica le istruzioni, effettuando tutte le operazioni logiche e aritmetiche.

Sempre parlando delle componenti di un processore possiamo distinguere:

  • Core: microprocessori, collegati ai nuclei di elaborazione di cui si compone una CPU. In genere, il core è costituito in silicio ed è posizionato su una piastrina. Esistono processori con un solo core oppure con più core (Multi Core).
  • Package: contenitore dei core, in plastica. Su di esso, sono inoltre presenti i punti di contatto grazie ai quali è reso possibile l’inserimento del processore sul socket (attacco alla scheda madre, che deve essere necessariamente compatibile col processore).

Senza andare troppo nello specifico, l’ultima cosa che devi sapere è che all’interno di ogni processore esistono diversi registri, che contengono le informazioni necessarie per il lavoro del processore. Essi si dividono in due categorie collegate alle unità principali:

  • Registri speciali: vengono usati dalla Unità di controllo per scopi specifici. Qui troviamo tutto ciò che riguarda il funzionamento della memoria RAM.
  • Registri generali: sono, invece, utilizzati dall’Unità aritmetico logica. Essi sono adibiti ad eseguire le istruzioni, immagazzinando in memoria i contenuti delle parole lette dal processore oppure i risultati elaborati dal contenuto degli altri registri.

Conclusione: importanza di sapere come funziona un processore

In conclusione, penso tu abbia compreso da solo quanto un processore sia importante per il funzionamento di un computer e quanto sia altrettanto complesso. Ho cercato di non andare troppo nello specifico, perché ci sarebbero migliaia di tecnicismi da spiegare, ma nonostante questo, spero di aver reso l’idea.

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Ultimo aggiornamento 2020-07-10 -  Immagini originali da Amazon Product

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Rocco Vincy

Analista/Programmatore e blogger, si occupa di sicurezza informatica e delle comunicazioni. Co-fondatore del sito/blog "BlogAmico" Telegram: @Rocco246

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