Componenti di base dei microprocessori

Intel ha introdotto il primo microprocessore nel 1971 e lo ha chiamato chip 4004. I microprocessori odierni, con dimensioni inferiori a un centesimo, offrono più potenza e capacità. Il centro del computer, l'unità di elaborazione centrale (CPU) è costituita da uno o più microprocessori. Realizzati a partire da un chip in silicone che contiene milioni di transistor, i microprocessori spostano i dati da un indirizzo di memoria a un'altra posizione. Le CPU prendono decisioni e poi passano a lavorare su nuove istruzioni e calcoli.

L'"unità aritmetica e logica" (ALU) esegue calcoli matematici, come sottrazione, addizione, divisione e funzioni booleane. Le funzioni booleane sono un tipo di logica utilizzata per i progetti di circuiti. L'ALU esegue anche confronti e test logici. Il processore trasmette i segnali all'ALU, che interpreta le istruzioni ed esegue i calcoli.

I microprocessori hanno posti temporanei per la conservazione dei dati chiamati registri. Queste aree di memoria conservano i dati, come le istruzioni del computer, gli indirizzi di archiviazione, i caratteri e altri dati. Alcune istruzioni del computer possono richiedere l'uso di determinati registri come parte di un comando. Ciascun registro ha una funzione specifica, come il registro delle istruzioni, il contatore del programma, l'accumulatore e il registro degli indirizzi di memoria. Ad esempio, un registro di programma contiene l'indirizzo delle istruzioni prese dalla memoria ad accesso casuale.

Le unità di controllo (CU) ricevono segnali dalla CPU, che istruisce l'unità di controllo a trasferire i dati dal microprocessore al microprocessore. L'unità di controllo dirige anche l'unità aritmetica e logica. Le unità di controllo sono costituite da più componenti, come decoder, clock e circuiti logici di controllo. Lavorando insieme, questi dispositivi trasmettono segnali a determinate posizioni sul microprocessore.

Ad esempio, il decoder riceve comandi da un'applicazione. Il decoder interpreta le istruzioni e intraprende un'azione. Invia segnali all'ALU o dirige i registri per eseguire compiti specifici. L'unità logica di controllo trasmette segnali a diverse sezioni del microprocessore e registri, che informa questi componenti per eseguire azioni. L'orologio invia segnali che sincronizzano e garantiscono l'esecuzione tempestiva di comandi e processi.

I microprocessori hanno un sistema di bus, che spostano i dati. I bus si riferiscono a classificazioni di cablaggio che hanno compiti e funzioni specifici. Il bus dati trasferisce i dati tra l'unità di elaborazione centrale e la memoria ad accesso casuale (RAM), la memoria primaria del computer. Il bus di controllo invia le informazioni necessarie per coordinare e controllare più attività. Il bus degli indirizzi trasmette l'indirizzo tra la CPU e la RAM per i dati in elaborazione.

Alcuni microprocessori avanzati dispongono di cache di memoria, che conservano gli ultimi dati utilizzati dalla CPU. Le cache di memoria accelerano il processo di elaborazione, perché la CPU non deve passare alla RAM più lenta per recuperare i dati. Molti computer hanno cache di livello 1 o di livello 2; alcuni sistemi hanno cache di livello 3. Il livello della cache indica l'ordine in cui la CPU controlla i dati, a partire dal livello 1. I produttori spesso integrano cache di livello 2 e 3 nel microprocessore, il che migliora la velocità di elaborazione.