IL MICROPROCESSORE CARATTERISTICHE STRUTTURA EVOLUZIONE

LE CARATTERISTICHE DEL MICROPROCESSORE VELOCITÀ DI CLOCK: Numero di impulsi elettrici inviati dal generatore di clock a tutti i dispositivi collegati alla scheda madre per sincronizzarli con la CPU; PARALLELISMO: Numero di bit di dati che possono essere letti o ricevuti in una singola operazione; MEMORIA CACHE: Memoria integrata all’interno del microprocessore che svolge la funzione di conservare dati di utilizzo immediato; NUMERO DI CORE: Inizialmente si pensò di ridurre le dimensioni dei circuiti interni e aumentare la velocità di clock per ottimizzare i microprocessori. Tuttavia questi miglioramenti portarono seri problemi di dissipazione del calore, perciò dal 2005 si pensò di inserire più microprocessori (core) in parallelo per suddividere le varie elaborazioni; FIRMWARE: Set di istruzioni disponibile. In base ad esso i microprocessori si suddividono in CISC e RISC; AMPIEZZA DEI REGISTRI; NUMERO E TIPO DI PIEDINI (PIN)

LA STRUTTURA DEL MICROPROCESSORE UNITÀ DI CONTROLLO: coordina e gestisce le operazioni interne dei vari blocchi; ALU: esegue tutte le operazioni logiche – matematiche richieste dall’ UC; REGISTRI: piccole aree di memoria che conservano i dati da elaborare e le informazioni delle operazioni da eseguire; CACHE: memoria nella quale sono inserite le istruzioni successive a quelle in corso di esecuzione; LOGICA DI CONTROLLO: insieme di circuiti che trasformano gli impulsi elettrici esterni in segnali utili per l’UC e viceversa; LOGICA I/O: insieme di circuiti che forniscono impulsi per la comunicazioni con le periferiche e trasformano gli impulsi elettrici esterni in segnali utili per l’UC; BUS INTERNO: insieme di collegamenti che permettono la comunicazione tra i vari blocchi interni. LOGICA I/O REGISTRI INDIRIZZI CACHE INTERNA UNITÀ DI CONTROLLO REGISTRI DATI BUS I NTERNO LOGICA DI CONTROLLO ALU

L’EVOLUZIONE DEL MICROPROCESSORE Intel 8080 Intel 8086 Intel 80386 AMD K5 AMD Athlon Athlon 64 Intel 4004 Zilog Z80 Intel 80286 AMD 386 AMD K6 Pentium 4 Intel Core i5 Intel 8008 TMS 9900 Motorola 68000 Pentium 1 Pentium 3 Intel Core I3 MOS 6502 MOS 6809 Intel 80486 Pentium 2 PowerPC G5 Core i7 Extreme

INTEL 4004 NOME: Intel 4004 PERIODO: 1970 NUMERO BIT: 4 L’Intel 4004 fu il primo microprocessore e fu costruito dal fisico italiano Federico Faggin. Egli nel 1970 passò alla Intel dove venne assunto per sviluppare e dirigere il progetto del primo microprocessore inizialmente denominato MCS-4 con l'aiuto degli ingegneri americani Ted Hoff e Stanley Mazor. La metodologia "random logic design" in silicon gate, creata da Faggin per sviluppare il 4004, fu poi usata per progettare le prime generazioni di microprocessori della Intel. Esso fu il primo microprocessore al mondo che integrava su una piastrina di 4 millimetri per 3 un supercircuito integrato contenente ben 2.250 transistor che costituivano tutti i componenti di una unità di elaborazione. NOME: Intel 4004 PERIODO: 1970 NUMERO BIT: 4 VELOCITÀ DI CLOCK: 740 kHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 16 / 4 NOTE: 1° microprocessore integrato

INTEL 8008 NOME: Intel 8008 PERIODO: 1972 NUMERO BIT: 8 L‘Intel 8008 (originariamente chiamato col codice 1201) è stato il primo microprocessore a 8 bit. I lavori sull'8008 iniziarono prima di quelli sul 4004 e solo alcune circostanze hanno fatto in modo che fosse stato il 4004 il primo microprocessore. Di fatto l'8008 è stato presentato sul mercato appena 5 mesi dopo il 4004. Il chip, limitato dal suo packaging a 18 pin, ha un singolo bus a 8 bit e richiede una logica molto pesante per gestirlo. Sebbene leggermente più lento del 4004 in termini di numero di istruzioni per secondo, l'8008 utilizza un bus a 8 bit di dati e può accedere ad una RAM nettamente maggiore, così da avere una potenza di calcolo effettiva superiore di 3-4 volte rispetto ai chip a 4 bit. NOME: Intel 8008 PERIODO: 1972 NUMERO BIT: 8 VELOCITÀ DI CLOCK: 800 kHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 16 / 8 NOTE: 1° microprocessore a 8 bit

INTEL 8080 NOME: Intel 8080 PERIODO: 1974 NUMERO BIT: 8 L'Intel 8080 è considerato il primo microprocessore realmente usabile. È il successore dell'8008 e il chip da 40 pin permette di avere un bus degli indirizzi da 16 bit ed un bus di dati da 8 bit. La possibilità di avere computer con un singolo processore ha permesso lo sviluppo di macchine basate su sistema operativo; il successivo e pienamente compatibile Zilog Z80 ,progettato dallo stesso Faggin, con il CP/M divenne la combinazione CPU - Sistema Operativo più utilizzata del periodo. Poco dopo il lancio dell'Intel 8080 la MOS Technology rilasciò il 6502 utilizzato su moltissimi computer in commercio (Atari, Apple, Commodore, Sinclair). NOME: Intel 8080 PERIODO: 1974 NUMERO BIT: 8 VELOCITÀ DI CLOCK: 2 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 7 / 8

MOS 6502 ZILOG Z80 NOME: MOS 6502 PERIODO: 1975 NUMERO BIT: 8 VELOCITÀ DI CLOCK: 2 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 1 + memoria da 256 celle / 8 NOTE: primi home computer Commodore VIC20 / Apple II ZILOG Z80 NOME: Zilog Z80 PERIODO: 1976 NUMERO BIT: 8 VELOCITÀ DI CLOCK: 8 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 7 (+7) / 8 NOTE: costruito da Federico Faggin registri raddoppiati internamente

INTEL 8086 L‘Intel 8086 è il primo microprocessore della famiglia x86; è stato introdotto nel 1978 e ha una architettura a 16 bit. Era stato progettato sulla struttura della cpu 8080 con un registro simile ma ampliato a 16 bit. L'architettura dell'8086 divenne la base di tutti i successivi microprocessori Intel. Ha un bus di indirizzi da 20 bit, per cui può indirizzare fino a 1MB di memoria fisica. Questo incremento di 4 bit è ottenuto mediante i registri segmento che specificano dove sono situati i segmenti da 64KB contenenti il codice, i dati di stack e i dati extra; in questo modo l'8086 può indirizzare 16 segmenti da 64KB l'uno, per un totale di 1MB. L’Intel 8086 fu progettato per essere utilizzato insieme all’Intel 8087 (coprocessore matematico). NOME: Intel 8086 PERIODO: 1978 NUMERO BIT: 16 VELOCITÀ DI CLOCK: 10 MHz N° REGISTRI DATI / N°BIT: 8 / 16 NOTE: primi microcomputer (personal computer M24 Olivetti)

TMS9900 MOS 6809 NOME: TMS9900 PERIODO: 1976 NUMERO BIT: 16 VELOCITÀ DI CLOCK: 3.3 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 16 / 16 nella RAM esterna NOTE: home computer TI-99 e primo microprocessore a 16 bit MOS 6809 NOME: MOS 6809 PERIODO: 1979 NUMERO BIT: 8 VELOCITÀ DI CLOCK: 1 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 2 / 8 NOTE: istruzioni eseguite solo da circuiti quindi estremamente veloce

INTEL 80286 MOTOROLA 68000 NOME: Intel 80286 PERIODO: 1982 NUMERO BIT: 16 VELOCITÀ DI CLOCK: 20MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 16 NOTE: PC IBM MOTOROLA 68000 NOME: Motorola 68000 PERIODO: 1982 NUMERO BIT: 32 VELOCITÀ DI CLOCK: 10 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 32 NOTE: Macintosh

INTEL 80386 INTEL 80486 NOME: Intel 80386 PERIODO: 1986 NUMERO BIT: 32 VELOCITÀ DI CLOCK: 40MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 32 NOTE: gestione sistemi operativi con memoria virtuale INTEL 80486 NOME: Intel 80486 PERIODO: 1989 NUMERO BIT: 32 VELOCITÀ DI CLOCK: 100 MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 32 NOTE: miglioramento del 386

AMD 386 PENTIUM 4 NOME: AMD 386 PERIODO: 1991 NUMERO BIT: 32 VELOCITÀ DI CLOCK: 100MHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 32 NOTE: compatibile con Intel 80386 PENTIUM 4 NOME: Pentium 4 PERIODO: 2000 NUMERO BIT: 32/64 VELOCITÀ DI CLOCK: 1.3/3.8 GHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 32 NOTE: migliorata la pre-elaborazione

N° REGISTRI DATI / N° BIT NOME PERIODO NUMERO BIT VELOCITÀ DI CLOCK N° REGISTRI DATI / N° BIT NOTE Pentium 1 1993 32 60/300 MHz 8 / 32 Introdotte tecniche per la pre-elaborazione delle istruzioni. Viene integrata la cache fino a L2. Pentium 2 1997 233/450 MHz Pentium 3 1999 450 MHz / 1.4 GHz

N° REGISTRI DATI / N° BIT NOME PERIODO NUMERO BIT VELOCITÀ DI CLOCK N° REGISTRI DATI / N° BIT NOTE AMD K5 1995 32 75/133 MHz 8 / 32 prestazioni comparabili con i Pentium, ma architettura diversa AMD K6 1997 166/300 MHz AMD Athlon 1999 500 MHz / 1.4 GHz

POWERPC G5 ATHLON 64 NOME: PowerPC G5 PERIODO: 2002 NUMERO BIT: 32/64 VELOCITÀ DI CLOCK: 2 GHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 32 NOTE: cache integrata fino a livello L3 ATHLON 64 NOME: Athlon 64 PERIODO: 2003 NUMERO BIT: 64 VELOCITÀ DI CLOCK: 800 MHz/1 GHz N° REGISTRI DATI/ N°BIT: 8 / 64 NOTE: prestazioni comparabili con i Pentium 4, ma architettura diversa e frequenza di clock più bassa

N° REGISTRI DATI / N° BIT NOME PERIODO NUMERO BIT VELOCITÀ DI CLOCK N° REGISTRI DATI / N° BIT NOTE Intel Core I3 2005 64 3.6 GHz 8 / 64 Dual-core. Cache L1 e L2 Intel Core i5 2006 2.66 GHz Quad-core. Cache L1, L2, L3 Core i7 Extreme 2010 3.3 GHz Esa-core. Cache L1, L2, L3