Come è fatto il Microprocessore

Il microprocessore, anche abbreviato in µP, è una tipologia di chip miniaturizzato che integra al suo interno tutti quei dispositivi elettronici che una volta erano raggrauppati su più chip.
Il primo microprocessore, inventato da Faggin, fu l’Intel 4004, costruito nel 1971. Questo microchip faceva solamente addizioni e sottrazioni su parole da 4 bit.

Il primo vero microprocessore ad essere inserito in un Home Computer fu l’Intel 8080, nel 1974, che poteva effettuare operazioni ad 8 bit.

Il microprocessore, però, che ebbe il maggior succcesso sul mercato fu l’8088, introdotto nel 1979. L’8088 venne installato su milioni di PC-IBM.

Negli anni successivi lo sviluppo dei microprocessori fu impressionante: nacquero altri modelli Intel sempre più potenti, 80286, 80386, 80486, Pentium I, Pentium II, Pentium III e Pentium IV.
Tutti questi modelli si basano ancora oggi sull’architettura originale dell’8088 anche se esguono operazioni ad una velocità molto più elevata.

Vediamo un video che illustra come viene costruito un microprocessore.

[youtube id=”FnUE7j1zXnU” width=”600″ height=”350″]

 

Nella seguente tabella sono riportate le differenze tra i vari modelli.

I dati contenuti nella tabella indicano le principali caratteristiche di ogni microprocessore:

• Data: l’anno in cui il microprocessore fu lanciato sul mercato. Bisogna osservare che molti processori furono reintrodotti sul mercato con lo stesso nome ma con miglioramenti sulla velocità del clock.
• Transistors: numero di transistor presente in un microprocessore. Nel corso degli anni, grazie all’evoluzione tecnologica, il numero di transistor è cresciuto considerevolmente.
• Microns: larghezza di ogni singolo circuito (1 Micron = 1 milionesimo di metro).
• Velocità: numero di istruzioni che il microprocessore esegue in un secondo, espresso in Hertz.
• Bit: numero di bit che l’ALU (Arithmetic Logical Unit) può gestire. Il numero di bit influenza il numero di istruzioni necessarie per i calcoli. Se si deve sommare (o sottrarre) 2 numeri a 32 bit, un 8080 ad 8 bit eseguirà 4 operazioni mentre un Pentium IV ne eseguirà solo 1.
• MIPS:  acronimo di “Milion of Instruction Per Second”, e indica quante milioni di operazioni al secondo il microprocessore riesce ad eseguire.

 

Il microprocessore è l’implementazione fisica della CPU, utilizzato dalla quasi totalità dei moderni computer e in altri dispositivi digitali (come ad esempio telefoni cellulari, stampanti, scanner). Nelle moderne scede video, il microprocessore è anche l’implementazione della GPU, Graphic Processor Unit, l’unità di elaborazione grafica.

Il compito del microprocessore è quello di eseguire le istruzioni (precedentemente caricate nella memoria RAM) e di svolgere calcoli (aritmetici e logici). È il “cervello” dell’elaborazione dati, in grado di leggere, elaborare e scrivere informazioni in memoria o verso altri dispositivi digitali.

A partire dal 2003 la tendenza è di inserire, nel medesimo circuito integrato, molteplici CPU tutte identiche (tali circuiti integrati sono denominati “processori multicore”). Dal 2009 inoltre è in atto la tendenza ad inserire, nel medesimo circuito integrato, oltre a molteplici CPU, anche una GPU (Graphics Processing Unit).

 

Con l’avvento del microprocessore nel mercato dell’informatica, nel ventennio ‘80-‘90 del ventesimo secolo, nacquero diverse aziende produttrici di Personal Computer (PC). Questi computer da tavolo, utilizzabili a livello aziendale o per utilità personali, potevano stare comodamente sulla scrivania. Nascevano anche le software house per la realizzazione di applicativi necessari all’utilizzo del computer nei differenti contesti lavorativi.

Contemporaneamente crescevano le prestazioni dei calcolatori e calavano notevole i costi.

Oggi i personal computer sono praticamente diffusi dappertutto, e l’informatica è diventao unostrumento usufruibile da tutti.

L’azienda che più si impose durante negli anni 1980 nella produzione di microprocessori è la statunitense Intel Corporation, ed essa è tuttora l’azienda leader in questo campo. L’azienda californiana, che ha conosciuto un successo senza eguali nel settore desktop grazie al suo cavallo di battaglia, il processore Pentium, è attualmente il maggior produttore di microprocessori al mondo, potendo contare su un range di soluzioni che spazia dal settore desktop, con i processori i7, per arrivare ai server di piccola-media dimensione, con il processore Xeon, e ai server di grandi dimensioni, a cui è dedicata la serie di processori Itanium, Itanium 2.

Accanto ad Intel non si può non citare la AMD, Advanced Micro Device, azienda texana che con l’introduzione nel mercato del processore Athlon, basato sulla stessa tecnologia Intel utilizzata per il Pentium, è cresciuta ampliando la propria produzione nei diversi segmenti e arrivando a detenere un market share pari al 17.8 % negli ultimi mesi del 2010, mentre l’Intel ha consegnato l’81.5 % dei processori venduti complessivamente. In una posizione più relegata posiamo citare Via Technologies, azienda produttrice di chipset che negli ultimi anni si è lanciata anche nella produzione di microprocessori, che detiene lo 0.7 %, IBM e Motorola. Queste ultime tre aziende rivestono una minore importanza dato che sono tutti produttori di diversi componenti, non specializzati quindi in processori. Da ricordare comunque il fatto che sia IBM che Motorola sono stati per molti anni fornitori di processori per la Apple.

Lo standard dell’architettura dei PC venne invece fissato dalla IBM (International Business Machines), tanto che oggi tutti i computer sono detti “IBM compatibili”.

Proprio per questo, ormai non ha più importanza l’azienda produttrice del PC; quello che conta è invece il processore montato dal PC, da cui dipendono tutte le prestazioni. Il mercato dei processori è un settore quanto mai in evoluzione, e ne vengono creati di nuovi e migliori ad un ritmo sorprendente.