Calcolatori elettronici - il modello di CPU

Il modello di CPU

Componenti della CPU

Il termine CPU è l’acronimo di Control Processor Unit e l’abbiamo definito in generale come l’organo preposto al controllo delle operazioni, che vengono svolte dal calcolatore. Volendo entrare più nello specifico, la CPU è l’insieme dell’unità di controllo e dell’unità logico-aritmetica, unito ai registri e le connessioni necessarie per il funzionamento dell’intero dispositivo. Tuttavia, il termine è utilizzato anche come sinonimo di processore.

Solitamente le accezioni che si danno sono:

• In generale per indicare un qualsiasi apparato, che esegue un processo;
• Riferito all’hardware, è sinonimo di CPU;
• In senso stretto, è l’unità di controllo.

Una specifica esauriente è data non solo dalle componenti, ma anche dal tipo di linguaggio macchina che viene utilizzato e dalle definizioni di alcune componenti hardware. Principalmente il processore si articola in:

• Unità di controllo;
• Registri macchina;
• Collegamento con la memoria centrale;
• Collegamento con la memoria di massa;
• Collegamento con l’I/O;
• Unità logico-aritmetica.

Le componenti principali includono:

• Il memory address (MA) comunica alla memoria l’indirizzo del dato o dell’istruzione da elaborare;
• Il memory buffer (MB) è il registro in cui sono memorizzati i dati da e per la memoria;
• Il registro input (RI) provvede al transito dei dati dalla periferia al processore o alla memoria;
• Il registro output (RO) è invece preposto al transito dei dati verso l’uscita;
• Il program counter (PC) memorizza l’indirizzo di memoria dell’istruzione da eseguire;
• I registri dell’ALU (O1, O2, U) sono atti alla registrazione dei dati l’ingresso e d’uscita dell’ALU;
• Il registro D, che ha il compito di memorizzare l’istruzione in esecuzione da parte del processore.

Il processore tratta diversi tipi di informazioni. Essi possono essere istruzioni, indirizzi di memoria da cui prelevare o in cui mettere dati oppure istruzioni, o, infine, dati da elaborare quali tipi logici, aritmetici, caratteri. I registri del processore e quelli delle sezioni di interfaccia verso la memoria, l’ALU e l’input/output sono caratterizzati da una propria lunghezza, espressi in byte e dimensionata appositamente sul tipo di dato che il registro deve contenere.

Parallelismo dei trasferimenti

Il processore trasferisce i dati al suo interno con un parallelismo che è solitamente coincidente con la lunghezza dei registri corrispondenti. Proprio per q...