Ogni dispositivo informatico, dai semplici giocattoli ai grandi sistemi aziendali, ha un componente essenziale chiamato unità di elaborazione centrale. La CPU esegue calcoli, confronta logici e sposta i dati fino a miliardi di volte al secondo. Funziona eseguendo semplici istruzioni una alla volta, attivate da un segnale di temporizzazione principale che esegue l'intero computer.
Descrizione
Un processore CPU è un chip di computer delle dimensioni di una scatola di fiammiferi. All'interno della confezione c'è un rettangolo di silicio contenente milioni di circuiti transistorizzati. Dal dispositivo sporgono dozzine di perni metallici, ognuno dei quali trasporta segnali elettronici dentro e fuori dal chip. Il chip si collega a una presa sulla scheda del computer e comunica con memoria, dischi rigidi, schermi e altri dispositivi esterni alla CPU.
Orologio
Un circuito di temporizzazione chiamato orologio invia impulsi elettrici alla CPU. A seconda del processore, l'orologio può funzionare a velocità che vanno da centinaia di migliaia a miliardi di cicli al secondo. Gli impulsi guidano l'attività all'interno della CPU; poiché altri circuiti dipendono dallo stesso orologio, mantiene sincronizzati eventi complessi nel computer.
Istruzioni
Tutte le CPU hanno un set di istruzioni: un elenco di azioni eseguite dal processore, inclusa l'aggiunta di numeri, il confronto di due parti di dati e lo spostamento dei dati nella CPU. Il software che esegui sul tuo computer è costituito da milioni di istruzioni della CPU disposte in sequenza; le istruzioni sono operazioni molto semplici, quindi la CPU ne esegue molte per svolgere compiti significativi. Alcune famiglie di CPU, come quelle utilizzate nei PC desktop, utilizzano lo stesso set di istruzioni, consentendo loro di eseguire lo stesso software. Le CPU esterne a una famiglia di prodotti possono utilizzare istruzioni diverse; la CPU di un iPad, ad esempio, ha istruzioni diverse rispetto a quella che esegue un laptop basato su Windows.
ALU
I processori hanno un circuito chiamato unità aritmetica e logica che esegue calcoli e confronti. L'aritmetica eseguita dalla maggior parte delle CPU è la moltiplicazione, l'addizione, la divisione e la sottrazione di base; matematica complessa come le funzioni statistiche sono combinazioni di molte semplici operazioni eseguite ad alta velocità. L'ALU esegue anche confronti logici tra due elementi di dati per determinare se sono uguali o se uno ha un valore maggiore dell'altro.
Unità di controllo
La CPU contiene un'unità di controllo che coordina le attività tra le altre parti di lavoro del processore. L'unità di controllo suddivide ogni istruzione in una serie di azioni e ordina ai vari sottosistemi della CPU di eseguire le azioni. Ad esempio, l'unità di controllo potrebbe indirizzare l'ALU a moltiplicare due numeri insieme e quindi aggiungere un terzo numero al risultato.
Memoria
Il chip della CPU ha una quantità limitata di memoria molto veloce. Ha una serie di aree di archiviazione chiamate registri su cui l'ALU agisce direttamente. Ad esempio, l'ALU può aggiungere rapidamente il numero nel registro 2 al contenuto del registro 1. La CPU conserva anche le istruzioni ei dati utilizzati di recente in un'area chiamata cache che migliora l'efficienza del computer. In un programma che moltiplica un prezzo per una quantità, ad esempio, la CPU cerca questi numeri nella sua memoria cache. Se li trova, questo risparmia al processore il lavoro extra di recuperare i numeri dai chip di memoria al di fuori della CPU.