INFORMAZIONI TECNICHE CPU

SOMMARIO


Che cos'è il processore?

Il processore o microprocessore o CPU (Central Processor Unit) è il componente fondamentale di un personal computer , il "motore" che esegue tutti i calcoli e permette alle varie parti del computer di funzionare insieme , ad es. esegue le istruzioni dalla tastiera , elabora i dati , memorizza i risultati e li invia alle periferiche . In genere corrisponde fisicamente ad un circuito integrato (chip) , che può essere anche di grandi dimensioni ed è associato ad altri chip ausiliari , come il coprocessore matematico , oppure li comprende al suo interno .

 

Chi costruisce il processore?

I processori sono progettati dalle grandi aziende di semiconduttori ; a volte chi progetta il chip non ha la struttura per produrlo (la cosiddetta foundry , la fonderia del silicio ) e ne commissiona la produzione ad altre aziende che hanno questo genere di impianti . INTEL , CYRIX , IBM , AMD , MOTOROLA , NEC , SGS-THOMSON (ST) , TEXAS INSTRUMENTS sono alcuni dei nomi che spiccano nel settore e molti altri progettano e/o producono microprocessori , sia per computers che per altri settori industriali e civili . Tutte queste Aziende sono dotate di sito WEB , che può essere visitato per maggiori informazioni .

 

I microprocessori sono tutti uguali ?

No. Il microprocessore è il maggior responsabile delle prestazioni del computer e determina quale tipo di software può essere eseguito. Esistono microprocessori con possibilità di gestire elementi da 4 a 64 o più bit . Grazie alle numerose innovazioni e al conseguente miglioramento delle prestazioni, l'utente ha la possibilità di avvalersi di opzioni quali la batteria a lunga durata, il coprocessore matematico e altre. Sui Personal Computer , i processori più diffusi appartengono alle famiglie Intel386/486 e Pentium . Altri personal , come quelli di Apple , utilizzano processori della famiglia 68000 di Motorola . Le diverse strutture hardware rendono incompatibili tra di loro i programmi eseguibili , mentre gli oggetti , se salvati in formati standard (ad es. .GIF , .JPG , ecc. ) possono essere oggetto di interscambio tra vari sistemi .

 

Che cosa é lo zoccolo ZIF ?

Poiché le CPU hanno un elevato numero di pin e poiché la continua evoluzione tecnica porta a rapidi miglioramenti delle prestazioni i costruttori di mainboard hanno iniziato ad utilizzare zoccoli speciali in cui i contatti sono azionabili con una leva laterale . ZIF é acronimo di Zero Force Insertion = inserzione senza sforzo . Inizialmente questi zoccoli erano previsti per sopportare le migliaia di inserzioni e disinserzioni nei banchi di prova dei materiali e , pur essendo stati inizialmente molto costosi , la caratteristica di permettere la rapida inserzione o sostituzione della CPU senza attrezzi particolari li ha fatti divenire un optional molto ricercato . La grande richiesta , diminuendone il prezzo , li ha trasformati in un accessorio comune su tutte le attuali mainboard Pentium . Per ogni famiglia di CPU é stato prodotto uno ZIF particolare . Le CPU Pentium hanno i pin disposti in modo non simmetrico su uno degli angoli , evidente dal lato opposto ai pin perché smussato e/o provvisto di un puntini di identificazione ; questo impedisce meccanicamente di inserire il chip in modo scorretto nello zoccolo . Altro particolare interessante degli zoccoli ZIF standard sono , su due lati opposti , dei naselli sporgenti che servono al fissaggio delle unita di raffreddamento ; queste possono essere anche di grandi dimensioni , con ventole , ed un fissaggio diretto sul package della CPU é certamente sconsigliato per le vibrazioni e il possibile eccessivo sforzo meccanico a cui sarebbe sottoposto l'insieme , che si scaricherebbe sui pin e sul serraggio degli stessi nelle mollette dello ZIF . Tra pin e ZIF il contatto é studiato principalmente per trasferire segnali elettrici e , quindi , i progettisti hanno previsto come ottimale il fissaggio del radiatore allo zoccolo , in grado di sostenere senza difficoltá il peso e le vibrazioni .

Altre informazioni dettagliate sugli zoccoli delle CPU .

Cosa sono le CPU non originali ?

A tutti é capitato di sentir parlare di CPU "taroccate ": in sostanza si tratta di organizzazioni o di rivenditori che acquistano CPU di scarto oppure di clock inferiore a quello dichiarato e le rimarchiano , rivendendole come prodotti di classe superiore .

 

Come distinguere le CPU originali da quelle "taroccate"?

Il proprietario di una CPU "taroccata" di solito se ne accorge solo nel momento in cui cerca di fare un overclock , che non risulta possibile perché la CPU lavora giá in overclock ; oppure , caso peggiore , il PC presenta strani problemi di cui é difficile individuare la causa . Ma si puó prevenire il problema : basta considerare alcuni punti :

A monte , dopo l'acquisto , oppure per PC acquistati completi :

Intel , che é il costruttore piú bersagliato , ricorre a sistemi di marcatura che cercano di frenare le contraffazioni . Tutte le CPU Pentium originali sono marcate con la scritta iPP incisa nella parte inferiore , assieme ad una serie di numeri e lettere che identificano il prodotto e le sue caratteristiche . Sono taroccate principalmente le CPU ceramiche : al momento dell' acquisto basta verificare che :

Le ultime due considerazioni possono essere fatte per le CPU degli altri costruttori , anche se , attualmente non risultano soggetti al problema come Intel .
Piú difficile é la copia delle CPU in contenitore plastico , in cui , per la struttura stessa dei materiali , risulta piú difficile la contraffazione , che dovrebbe essere ancora piú difficoltosa per le CPU su Slot 1 .
Attenzione che una taroccatura é anche disponibile in versione "indiretta" quando il "furbo" spacciatore vende una macchina con una CPU inesistente , ad es. un Intel Pentium 200MMX in contenitore ceramico : Intel produce il 200MMX e il 233MMX solo in contenitore plastico .
Una sicurezza assoluta nell' acquisto di CPU Intel originali é data dalla scelta delle parti "in box" . Il box , una scatola di cartone "retail" , ovvero da vetrina , contiene oltre alla CPU , lo stick con la scritta "Intel Inside" , un manuale di installazione , la CPU in un contenitore sigillato , la ventola adeguata ed un certificato di garanzia . In questo caso occorre assicurarsi solo che il box , o per lo meno il contenitore interno , siano sigillati . I box hanno peró un costo maggiore dei prodotti "in vassoio" , ovvero delle parti vendute sfuse .
In ogni modo , per favore :

Attenzione che una taroccatura é anche disponibile in versione "indiretta" quando il "furbo" spacciatore vende una macchina con una CPU inesistente , ad es. un Intel Pentium 200MMX in contenitore ceramico : Intel produce il 200MMX e il 233MMX solo in contenitore plastico . Se si hanno dei dubbi sulla CPU installata nel PC , basta aprire il case , sollevare la CPU aprendo il fermo del Socket e verificare i punti sopra indicati . Esistono anche programmi , come CPUID di Intel , che hanno come scopo la rilevazione della marcatura interna della CPU per identificarne il modello . Questi programmi sono disponibili sul WEB o sulla ns. BBS .

 

Che cosa determina il fattore di moltiplicazione delle CPU ?

Giá a partire dalle CPU 486 , é diventato comune avere per il processore un clock piú elevato di quello generale del sistema , moltiplicandolo per un fattore variabile da 1.5 in su all' interno della CPU stessa . Questo é possibile perché la struttura interna del chip puó essere progettata senza difficoltá in modo tale da poter operare con valori di clock molto piú elevati di quelli possibili al resto del circuito . La cosa é ovviamente vantaggiosa , in quanto piú veloce é il clock , piú breve é il tempo necessario per svolgere la serie di cicli che compongono una istruzione del software o una attivitá interna del processore ; piú clock , piú velocitá e quindi piú prestazione del sistema .
É ovvio che questo beneficio si estende solo all' interno della CPU , ovvero all'unitá logico-arimentica (ALU) , al coprocessore matematico (FPU) , ai registri interni ed alla cache L1 e non interessa le altre parti del circuito del PC , se non indirettamente , attraverso le linee di controllo e di scambio dati del processore .
Come nel caso del clock , le recenti famiglie di CPU sono state progettate per disporre di piú valori possibili di moltiplicatore , onde permettere uno sviluppo semplice tra un modello ed il successivo e la maggior compatibilitá possibile tra i vari modelli , legata al tipo di socket usato (es. Socket7, ecc.) . Praticamente , la CPU ha alcuni pins di programmazione che determinano il valore del moltiplicatore ; questi pins vengono chiamati BF e possono essere uno , due o tre , cioé BF0 , BF1 , BF2 . La funzione dei pins BF é definita nel progetto della CPU e dipende quindi da come il chip é stato realizzato ; alcune CPU dispongono di uno solo di questi pins , la maggior parte di due e le piú recenti hanno tutti e tre ; inoltre , non in tutte le famiglie tutti i pins sono attivi oppure sono collegati a moltiplicatori diversi.. I pins BF hanno un pullup interno che li mantiene a livello alto (1) e sono portati a livello basso (0) con jumpers . (Da osservare che la presenza di tre pins BF é , per ora , limitata alle CPU AMD K6 ; solo le mainboards piú recenti , ad es. Supermicro P5MMA98 e P5MMS98 , hanno jumpers per controllare tutte e tre le linee , mentre la maggior parte delle schede madri dispone solo dei jumper per BF0 e BF1 .
Il valore dei BF viene rilevato solamente durante la fase di reset del processore ; questo per evitare qualunque problema durante il funzionamento del sistema . In ogni caso , é buona regola non modificare alcun jumper a sistema acceso .
La tabella seguente riporta le configurazioni tipiche dei pins BF per le CPU Intel Pentium .

BF1 BF0 Bus/Core frequency moltiplicatore
0 0 166/66 , 150/60 2,5 x
0 1 200/66 , 180/60 3 x
1 0 133/66 , 120/60 2 x
1 1 100/66 , 75/50 (233/66) 1,5 x (3,5x)

É da osservare che la funzione delle linee BF puó essere variata con una diversa realizzazione del chip della CPU ; ad es. per Intel Pentium 233MMX la posizione del moltiplicatore 1,5 x vale in realtà come 3,5 x , per poter arrivare a 233MHz con clock di 66MHz .
Le CPU AMD K6 hanno 3 linee di controllo del moltiplicatore , di cui sono attualmente sono utilizzate solo le prime due , come per Intel Pentium 233MMX .

BF2 BF1 BF0 AMD K6
1 0 0 2.5x
1 0 1 3x
1 1 0 2x
1 1 1 3.5x
0 0 0 4.5x
0 0 1 5x
0 1 0 4x
0 1 1 5.5x

Le CPU 6x86 hanno attiva solo la linea BF0 e la scelta é limitata , in pratica , al solo x2 . Le CPU 6x86MX hanno la stessa configurazione delle altre MMX .
Le CPU Pentium II hanno quattro linee di BF , con le seguenti configurazioni possibili , di cui sono attualmente in uso le prime quattro :

Molt. 3 2 1 0
2.5x 1 0 0 0
3x 0 1 0 0
3.5x 1 1 0 0
4x 0 0 1 0
4.5x 1 0 1 0
5x 0 1 1 0
5.5x 1 1 1 0
6x 0 0 0 1

Non in tutte le CPU i pin BF hanno sono abilitati , dipendendo sia dal modello , sia dalla presenza del dispositivo anti-overclock , che limita il fattore di moltiplicazione disabilitando uno dei pin BF . 

 

Si possono far funzionare le CPU con un clock piú elevato ?

In linea di massima é possibile . Tutti i componenti elettronici sono soggetti ad ampie tolleranze in fase di produzione ed in genere una CPU certificata per , ad es. , 75MHz , può funzionare senza problemi a 100MHz . (É da osservare che una famiglia di CPU deriva da un solo progetto e le maschere , ovvero i disegni che permettono la realizzazione del semiconduttore , sono uguali per molti chip , anche se poi questi chip saranno venduti in lotti caratterizzati da diverse frequenze di lavoro) . In condizioni diverse da quelle stabilite dal costruttore , pero , la corrente media assorbita é piú elevata la CPU deve dissipare una maggiore potenza , per cui , senza un adeguato sistema di raffreddamento , il componente ha sicuramente una vita breve . Inoltre spesso é necessario aumentare la tensione alla CPU perché questa possa lavorare con sicurezza ad una frequenza superiore a quella di targa , il che porta ad un ulteriore riscaldamento del chip . Ovvio che ognuno , a propria responsabilità , può effettuare ogni genere di esperienza in merito , a volte con risultati sorprendentemente positivi . Il problema , pero , si riflette principalmente sul lato commerciale : infatti assemblatori poco corretti sono tentati di sfruttare la possibilità di overclocking per rifilare all'ignaro cliente una CPU molto piú economica di quella ordinata (e pagata) . Per evitare questa truffa l' Intel ha adottato per le sue CPU la struttura Oersted Protection : si tratta di un circuito interno alla CPU stessa che ne impedisce il funzionamento a frequenze superiori a quella prevista . Al momento non tutte le CPU sono dotate di questo accorgimento . 

Che cosa significano le sigle CISC e RISC ?

CISC (Complex Instruction Set Computing) e RISC (Reduced Instruction Set Computing) sono due approcci teorici alla realizzazione dei microprocessori . In sostanza RISC parte dal presupposto che chi scrive un programma in genere usa solo un numero limitato di istruzioni e richiede delle prestazioni facilmente quantificabili , per cui si implementano poche istruzioni basilari , che il processore svolge tipicamente in un ciclo di clock . CISC , al contrario , mette a disposizione del programmatore un gran numero di istruzioni potenti e complesse , che eseguono più operazioni che , però , richiedono più cicli di clock . Diversi anni fa, questi termini avevano un significato tecnico ben preciso , poiché le linee di pensiero che li avevano generati erano ben distinte . Attualmente gli sviluppi tecnologici e i problemi commerciali hanno ridotto il divario tra i due metodi e molti processori correnti in effetti sfruttano entrambi , senza più una netta divisione . Inoltre si stanno presentando sulla scena diversi nuovi metodi , come ad es. VLIW (Very Long Instruction Word) in cui le istruzioni particolarmente estese trattano numerosi elementi contemporaneamente .

 

La CPU scalda molto . E’ normale ?

Dipende da cosa si intende per molto . Le CPU Pentium Intel dissipano una ventina di watt al massimo , potenza che può essere facilmente dissipata con l’opportuno radiatore , accoppiato alla CPU con l’opportuna pasta termoconduttrice o con sistemi analoghi . Le CPU IBM/Cyrix hanno una maggiore dissipazione e richiedono un radiatore piú ampio . Le CPU AMD hanno caratteristiche simili alle Intel . Se la CPU è adeguatamente ventilata , la sua temperatura esterna non deve superare i 60/70 gradi Celsius . In ogni caso , piú la CPU è vicina alla temperatura ambiente , migliori sono le sue condizioni di lavoro .Utilizzando i radiatori Birchtek-AAVID certificati e la pasta termoconduttiva , distribuiti da elma e normalmente a stock , non c’è alcun problema termico .Per maggiori informazioni consultate i Bollettini specifici nella ns. BBS o al ns. sito Internet o ai siti Internet dei costruttori delle CPU .

 

Come é fatto il Pentium Pro ?

CPU Pentium Pro

La CPU Intel Pentium Pro é uno degli ultimi prodotti della casa americana . Fortemente innovativo rispetto a quanto realizzato prima , il package ceramico della CPU ha assunto una forma rettangolare , di dimensioni rilevanti . L' immagine mostra la CPU vista dalla parte inferiore e priva della calotta protettiva ; si può osservare che all' interno sono contenuti 2 chip (doppia cavità) : a destra , in blu , la CPU vera e propria e a sinistra la grande novità , cioè la cache di secondo livello integrata .Questa soluzione consente che il colloquio tra la cache L2 ed il processore avvenga alla massima velocità , migliorando grandemente le prestazioni complessive . La cache interna é disponibile in due versioni , 256 e 512kB e , secondo le stime Intel , equivale a piú megabyte di cache esterna .La cache L2 integrata , ovviamente , fa si che sulla mainboard non sia presente alcun chip di cache esterno . La CPU contiene oltre 5,5 milioni di transistor e la cache a 512K oltre 31 milioni : é evidente lo sforzo progettuale e costruttivo e le capacita della tecnologia di Intel .Il contenitore ( in inglese package ) é del tipo PGA (Pin Grid Array) con ben 387 piedini (pin) . La sua forma ha richiesto l'adozione di un nuovo zoccolo standard , il Socket 8 . Data l' asimmetria dei pins , piú densi da una parte , non é possibile in alcun caso installare la CPU in modo errato sullo zoccolo . Oltre alla struttura meccanica , anche il bus é differente da quello delle CPU Pentium : Pentium Pro richiede una mainboard apposita e non é possibile installarlo al posto di altre CPU .
La cache interna é doppia , 8kB per i dati e 8kB per le istruzioni . La CPU é del tipo superscalare di livello 3 , ovvero può eseguire fino a tre istruzioni per ogni ciclo di clock , oltre a disporre di una superpipeline a 14 stadi e complessi sistemi di previsione delle istruzioni future , che consentono prestazioni molto elevate . E' adatto anche per applicazioni multiprocessore ed é ottimizzato per sistemi operativi a 32 bit . Per contro . la gestione dell' ambiente a 16 bit non é stata valorizzata . La sua destinazione ottimale , quindi , é la workstation professionale o il server , come valida alternativa ai processori RISC , ben piú costosi .
Per contro , il progetto a doppia cavità , le dimensioni elevate del silicio necessario alla costruzione del chip (circa 200 millimetri quadrati ) e la complessità del processo produttivo mantengono per ora i costi un pó piú elevati delle CPU , soprattutto nella versione con 512kB di cache , anche se le costanti riduzioni nei prezzi operate da Intel lo stanno avvicinando ad un impiego piú generalizzato .
Attualmente (maggio '97) , Intel Pentium Pro é disponibile con frequenze interne di 166/180/200 MHz . Futuri processori supereranno questo limite . Il clock esterno , per compatibilità con lo standard PCI e' a 60/66MHz . La geometria costruttiva é 0.35micron ; il calore prodotto é notevole e va eliminato con un opportuno dispositivo di raffreddamento , fornito di ventola ed accoppiato alla superficie del package con un compound termico . Future realizzazioni a 0.25 micron fanno attendere , oltre a frequenze operative maggiori , anche una decisa riduzione della potenza e quindi del calore prodotto .

 

Che cosa sono le CPU MMX ?

chip MMX

Si tratta di uno sviluppo delle CPU Intel Pentium a 166 e 200MHz . L' immagine visibile sopra é quella della versione a 200MHz nel nuovo contenitore nero , realizzato con un nuovo materiale plastico che sostituisce la ceramica rossa dei packages precedenti . La CPU é vista dal lato inferiore e priva della calotta protettiva , per vedere la struttura interna ed il chip vero e proprio ( evidenziato in viola) . Le CPU MMX sono identiche alle precedenti , in contenitore (package) PGA (Pin Grid Array) ceramico o PPGA (Plastic Pin Grid Array) a 296 piedini , compatibili con lo standard Socket 7 ; quindi non servono particolari chipset e/o mainboard speciali anche se é necessaria una doppia tensione di alimentazione (ved. piú avanti) .
MMX é in sostanza solo una estensione del set di istruzioni che permette , se attivato da un software opportuno , di ottenere elevate prestazioni dell' ambito della multimedialità e delle immagini . Se il set di comandi MMX non é attivato dal software , le CPU si comportano esattamente come CPU non MMX . Pero , fatto molto importante , sono stati , apportati diversi miglioramenti alla struttura interna , per cui le prestazioni sono decisamente piú brillanti , mediamente del 10-20% superiori alle CPU equivalenti non MMX , per cui le prestazioni di un 166MMX sono molto vicine a quelle di un 200 non MMX .
Il set MMX aggiunge ben 57 nuove istruzioni , capaci di operare contemporaneamente su piú valori , con elementi di 64 bit ; ad esempio , é possibile eseguire contemporaneamente 4 operazioni su blocchi da 16 bit (packed word) o 8 operazioni su blocchi da 8 bit (packed byte) . Da questo si può intuire perché le applicazioni grafiche , soprattutto relative al trattamento del colore e che interessano moltissimi calcoli su blocchi di 4 , 8 o 16 bit , saranno particolarmente avvantaggiate dall' uso delle istruzioni MMX .
Il dato piú importante per il loro possibile impiego sulla mainboard é la necessita di disporre dell' alimentazione a 2.9V , invece dei soliti 3.3V . Questo perché Intel ha adottato una nuova struttura costruttiva del chip con spessori ridotti che permette di ottenere meno calore e piú velocità , ma richiede una tensione di alimentazione piú bassa per la parte piú interna del processore , il cosiddetto "core" . MMX ha dunque bisogno di un modulo VRM doppio , in grado di fornire la tensione di core a 2.8/2.9V e quella di interfaccia con il resto del circuito a 3.3/3.4V . La possibilità che la mainboard supporti MMX é data solo da questa necessita "alimentare" della CPU . Si può verificare la possibilità di trapianto del nuovo processore dal libretto di istruzioni della mainboard che indicherà l' esistenza di ponticelli (jumpers) da spostare per ottenere la bassa tensione . In ogni caso una rapida occhiata al modulo VRM consente di determinare immediatamente questa possibilità .

Dove posso trovare altre informazioni sulle CPU ?

Ovviamente nei siti WEB dei Costruttori . Un click sul logo per un contatto diretto con le grandi sorgenti originali delle CPU .

CPU AMD CPU Intel CPU Cyrix

e inoltre potete provare anche :

Contenuto Link
Informazioni generali e tecniche (U.C.Berkeley) CPU Information Center
Brevi informazioni generali su alcuni processori (Intel, AMD, Cyrix, etc.) ChipList
Directory di numerosi chip , in ordine numerico e per costruttore Chip Directory
Connessione con numerosi siti di ricerca su semiconduttori (M'IT) Semiconductor Subway
Numerosi links verso Universitá che hanno in corso progetti sulla computer architecture. (Universitá del Wysconsin) Computer Architecture Page
Informazioni su chip e PC con links ai piú interessanti siti per FAQ's nello stato dell'Ohio ed altre informazioni sulle CPU. WWW Personal Computing and Emulation Home Page
FAQs e Technical notes (CIS OHIO) FAQ's and Informational Reports
Tutto quello che avreste voluto sapere e che Intel non vi ha mai detto Intel Secrets
Documentazione Intel da Intel Secrets OnLine Intel documentation

 


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Aggiornato il 23/08/06.