Calcolatori elettronici - il modello di CPU

Il modello di 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.

• unità di controllo;
• registri macchina;
• collegamento con la memoria centrale;
• collegamento con la memoria di massa;
• collegamento con l'I/O;
• unità logico-aritmetica.

MA MB PC O1 O2 RI registri macchina URU D:

• 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

È possibile effettuarla sulla struttura e sulla codifica dei dati ed istruzioni: infatti vi sono processori a voci e processori a caratteri.

Nei processori a voce, tutte le parole sono della medesima lunghezza solitamente di 32-36 bit. Infatti in tale lunghezza è possibile rappresentare un'istruzione, un dato in virgola fissa o mobile o un array di bit, il che non presenta alcun problema per il trattamento dei dati numerici, ma costituisce un ostacolo per il trattamento di dati che per loro natura sono di lunghezza variabile. Il processore a voci è stato progettato in modo che tutte abbiano la stessa struttura o strutture strettamente simili.

In un processore a caratteri, viceversa, si assume la lunghezza delle parole-macchina variabile e comunque multipla di un byte. Le parole possono essere di 8, 16, 32, 64 bit e l'hardware deve, caso per caso, individuarne la lunghezza. Tale struttura introduce inutili appesantimenti per il trattamento di dati numerici.

Quanto questi assumento in ogni caso lunghezza costante, ma si presta in special modo per il trattamento di stringhe di caratteri. Il sistema a caratteri ottimizza lo spazio in bit complessivamente adoperato.

L'UNITÀ LOGICO ARITMETICA E I TIPI DI DATO

L'ALU o unità logico-aritmetica svolge operazioni di tipo logico ed aritmetico. Questo dispositivo può essere innestato direttamente nel processore o, in modelli evoluti, è possibile ritrovarlo in un apparato del tutto indipendente e collegato al processore.

Quest'unità è schematizzata mediante due registri di ingresso O1 ed O2, che contengono due operandi di un'operazione binaria e il registro di uscita U, che invece memorizza il risultato dell'operazione.

O1 O2U