1.7.2 La CPU

La CPU (Central Processing Unit) o microprocessore (o semplicemente processore) è il cervello del computer, un circuito integrato che funge da centrale di gestione dell’hardware, esegue calcoli ed operazioni logiche, nonché sequenze di istruzioni, ovvero i programmi (il software¹⁸).

Figura 1.12: Due CPU di due diversi produttori.

All’interno della CPU sono presenti delle apposite zone di memorizzazione, dette registri, sulle quali possono essere effettuate delle operazioni aritmetico-logiche. Ogni tipo di CPU è in grado di comprendere un determinato insieme di istruzioni, cioè uno specifico linguaggio macchina. Tale linguaggio è costituito essenzialmente da sequenze di valori binari che sono interpretate dalla CPU secondo una propria decodifica. Il linguaggio macchina è poco agevole per la scrittura dei programmi, ma è l’unico che la CPU è in grado di comprendere. Per questo motivo sono nati i linguaggi di programmazione, che rendono più agevole la scrittura dei programmi (v. cap. 15).

Le operazioni svolte dalla CPU sono temporizzate per mezzo di un dispositivo esterno alla CPU stessa, il system clock (orologio di sistema), un circuito che genera segnali elettrici ad intervalli regolari, detti in genere impulsi di clock (tipicamente produce un segnale che ha la forma di un’onda quadra, v. fig. 1.13), in corrispondenza dei quali la CPU esegue delle operazioni. La velocità di una CPU è descritta in termini di frequenza o cicli di clock (clock tick), cioè una CPU che lavora a 500 MHz riceverà 500000000 impulsi di clock al secondo. L’indicazione della frequenza di clock non è effettivamente indicativa della potenza di calcolo di una CPU, poiché CPU tecnologicamente diverse possono eseguire più o meno istruzioni per ogni singolo impulso di clock. Un parametro più utile per confrontare CPU differenti è il numero di MIPS (Mega Instructions Per Second), cioè il numero dei milioni di istruzioni che una CPU può effettuare in un secondo. Più tale valore è elevato, più operazioni può effettuare la relativa CPU nell’unità di tempo.

Figura 1.13: Esempio del segnale di termporizzazione emesso dal system clock.

Le CPU si dividono in due grandi tipologie: CISC e RISC. Le CPU di tipo CISC (Complex Instruction Set Computer) sono presenti nella maggior parte dei PC e supportano un insieme di circa 200 istruzioni (il processore Pentium di Intel è un esempio di CPU di tipo CISC). Quelle di tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer) comprendono un insieme di istruzioni molto ridotto, ma per tali istruzioni hanno prestazioni notevolmente migliori rispetto al tipo CISC. L’idea che sta alla base delle CPU di tipo CISC è quella di minimizzare il numero di istruzioni in un programma (sacrificando il numero di cicli di clock per istruzione), mentre quella che sta alla base delle CPU di tipo RISC è l’opposto, cioè minimizzare il numero di cicli di clock per istruzione (rendendo necessario l’utilizzo di più istruzioni per effettuare la stessa operazione di un’istruzione per CISC).