I componenti di un Sistema di elaborazione. CPU (central process unit)

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1 I componenti di un Sistema di elaborazione. CPU (central process unit)

2 I componenti di un Sistema di elaborazione. CPU (central process unit) La C.P.U. è il dispositivo che esegue materialmente gli ALGORITMI. 1. esegue calcoli, 2. legge e scrive dati, 3. trasmette informazioni. Esso è costituito da due componenti principali: 1. La A.L.U. (aritmetic logic unit) unità di calcolo, che esegue calcoli. 2. La C.U. (control unit) unità di controllo, che controlla le operazioni da seguire.

3 I componenti di un Sistema di elaborazione. CPU (central process unit) comandi dati ALU Unità di elaborazione CU Unità di controllo risultati

4 Processore e processo PROCESSORE La CPU svolge le funzioni di PROCESSORE nel senso che esegue i processi. processo Ogni processo è un algoritmo che definisce come elaborare dei dati per ottenere certi risultati.

5 Dimensioni e circuiti Un processore è realizzato su un pezzo di silicio sul quale vengono incisi i circuiti. Ogni fetta di silicio ha forma circolare e contiene i circuiti dei futuri processori. In ogni processore vi sono miliardi di circuiti. In ogni millimetro quadrato ci sono milioni di circuiti microscopici.

6 Il primo processore e l ultimo Questo è l Intel 4004 costruito nel novembre del aveva velocità 0,74 MHz ed era costituito da 2300 transistor. Il suo progettista fu un italiano: Faggin Federico.

7 Intel 4004 di Federico Faggin

8 Intel Core i7 Il Core i7 è una famiglia di processori di 6 generazione presentati nel novembre del 2008, cioè 17 anni dopo il Intel Le frequenze di lavoro sono comprese tra i 1600 Mhz ed i 3300 Mhz, cioè almeno 2000 volte superiore a quella del I transistor sono grandi 32 micrometri cioè milionesimi di metro e ne sono circa 1 miliardo contro i 2300 del Intel 4004.

9 Ricerca. Fate una ricerca sulla storia dei processori Intel Dall Intel 4004 al Intel 8086, Intel 80286, Intel e 486, Intel Pentium Intel Dual Core Intel Core 2 Duo Intel Core i7

10 Architettura dei processori. Unità di elaborazione Le unità di elaborazione contengono al loro interno alcuni elementi fondamentali: 1. Memorie scrivibili dette «REGISTRI». 2. Dispositivi per il calcolo. 3. Memorie non scrivibili (ROM) con informazioni permanenti. I registri più importati presenti in un processore sono 5 e si chiamano: 1. Registro programm counter detto PC. 2. Registro istruzione. 3. Registro Accumulatore. 4. Registro dati. 5. Registro indirizzi.

11 Architettura dei processori. Unità di controllo. Le unità di controllo, che hanno il compito di governare le operazioni per eseguire l algoritmo ( cioè il processo), mandano all unità di elaborazione una serie di Segnali di controllo. CU Unità di controllo Un orologio interno alla macchina, detto clock, da il tempo ad ogni segnale: ad ogni scatto del clock viene inviato un segnale. Il numero di impulsi al secondo si misura in Hertz (Hz). Il Intel 4004 aveva un clock di Hz = 740 KHz Il Intel Core i7 ha un clock di Hz = 3 GHz ALU Unità di elaborazione

12 Architettura dei processori. Unità di controllo. Alcune operazioni si possono fare in un colpo di clock, altre hanno bisogno di più tempo. Un valore medio è 5-6 colpi di clock per cui il numero di operazioni al secondo è inferiore alla velocità di clock. Il numero di operazioni al secondo si misura in MIPS che significa Milioni di istruzioni per secondo.

13 Architettura dei processori. Unità di controllo. Aumentando la velocità i processori si riscaldano e perciò non è possibile andare oltre una certa velocità. Oggi si riesce a raggiungere il 3 GHz per i prodotti in vendita ed i 5 GHz per quelli da laboratorio. Per aumentare le prestazioni dei processori non si può, allora, solo aumentarne la velocità ma bisogna migliorare altri fattori.

14 Architettura dei processori. Unità di controllo. Una via è quella di aumentare l integrazione e cioè il numero di transistor. Un altra strada è quella di aumentare il parallelismo e cioè di mettere assieme più processori ciascuno dei quali si occupa di un diverso compito.

15 Architettura dei processori. Dialogo CPU e Memoria. Lo scambio di dati tra CPU e Memoria avviene in «parallelo». Questo vuol dire che essi non si scambiano un solo dato per volta ma molti dati contemporaneamente. Gli elaboratori piccoli scambiano dati a 16 o 32 bit Gli elaboratori più grandi (Core i7) a 64bit.

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