Il processore

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In questo articolo: Una evoluzione parallela, dalle valvole al microprocessore, Valvole, Transistor, Circuiti integrati, Circuiti integrati a larga scala, Evoluzione e legge di Moore, L’intelligenza delle macchine fa paura?Il parere tranquillizzante di Faggin, Contro Faggin, Orientarsi fra i processori, Quali processori troviamo (maggio 2015) sul mercato? Dove trovare informazioni dettagliate su un processore
Livello: facile. Districarsi nella balele dei processori più difficile.

Una evoluzione parallela, dalle valvole al microprocessore

Il cuore del computer è detto Unità di elaborazione centrale o CPU (Central Processor Unity). Inizialmente costituito da una serie di valvole fragili e costose è stato nel tempo sostituito de un unico componente, il Micropocessore, detto anche Chip o Microchip. Questo elemento è diventato così economico che ha consentito la nascita dell’informatica popolare e lo troviamo oggi negli smartphone e presto in molti altri apparecchi. Dove ci porta questa diffusione di “intelligenza”? Più banalmente quale processore fa per noi nel caso dovessimo acquistare un nuovo personal computer?

Valvole

EniacUno dei primi computer elettronici, l’ENIAC (1946), progettato per scopi bellici (calcolare la traiettoria dei proiettili) ha cominciato a funzionare dopo la fine della seconda guerra mondiale. Per molto tempo è stato considerato il primo computer. Solo tardi si è appurato che aveva avuto dei predecessori come l’Atanasoff-Berry (ABC del 1937 -1942) sperimentato all’Università dell’Iowa e altri. L’ENIAC è rimasto un riferimento quale primo gradino nell’evoluzione del computer. Occupava un appartamento, funzionava con 17.000 valvole elettroioniche, quelle che si vedevano un tempo nelle radio e nelle TV.

RCA12ax7Le valvole consumavano un mucchio di corrente, si bruciavano e bisognava sostituirle spesso. Seguirono altri computer con le valvole, costosissimi e fragili e fu la prima generazione di computer.

Transistor

L’invenzione del transistor (1947) permise negli anni seguenti di sostituire le valvole con un componente solido, piccolo, economico, resistente e che consumava meno corrente.

Transistors rFu la seconda generazione (1955-1965).

Circuiti integrati

Venne poi l’idea di costruire delle schede con dei transistor raggruppati in un unico blocco, i circuiti integrati IC) a partire dal 1958.

Circ_IntSi arrivò così alla terza generazione (1965-1980) con potenza crescente e costi più bassi: http://www.computermuseum.it/history/generazione-3.htm

Circuiti integrati a larga scala

Dal 1980 in poi la quarta generazione. Nel 1971 la Intel costruì il primo microprocessore, il 4004, con una frequenza di 740 kHz. Conteneva 2.300 transistor, opera di Federico Faggin.

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Un angolino del 4004. Notare le iniziali di Federico Faggin

Seguirono chip in silicio (VLSI, very large scale integration, circuiti integrati a larga scala) che integravano migliaia, poi decine di migliaia e via via crescendo fino ad alcuni miliardi di componenti oggi. Nel 1981 IBM lancia il modello 5150, conosciuto come PC IBM, un personal computer. Era inizialmente dotato di microprocessore Intel 8088 (29.000 transistor) a 4,7 MHz, con 16 KB di RAM, espandibili, senza disco rigido, con due drive per floppy disk da 5.25″ a 160Kb, un monitor a fosfori verdi e sistema operativo PC-DOS, sviluppato dalla Microsoft.

Oggi troviamo i microprocessori, a volte potentissimi, in tutti i dispositivi mobile e presto negli oggetti più impensabili. Per fare che? Lo sbarco sulla luna dell’Apollo 11 nel 1969 fu assistito da un computer (Apollo Guidance Computer) con una potenza oggi considerata ridicola.

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Evoluzione e legge di Moore

Non si tratta di una vera legge, ma di una constatazione pratica pensata per la prima evoluzione dal 1965 al 1975, ma poi avveratasi per i successivi 50 anni. http://www.lescienze.it/news/2015/05/23/news/legge_di_moore_anniversario_50_anni-2619196/

Alcuni componenti elettronici, fondamentali per i PC come i processori, hanno continuato ad evolversi, raddoppiando la loro potenza e mantenendo più o meno inalterato il loro costo, ogni circa 18 mesi (24 mesi per altri). Questo significa che un PC dopo 9 anni è surclassato da un erede di 64 volte più potente. Una evoluzione simile l’hanno avuta le varie memorie e recentemente le chiavette di memoria USB.

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PDP-8

Nel 1965 un calcolatore (il PDP-8 primo computer commerciale di successo) occupava un armadio e aveva una memoria di 32 kB. Costava quasi 20.000 dollari. Oggi una chiavetta usb è un milione di volte più potente (32 GB) e costa 10 dollari, ha le dimensioni di una moneta e pesa pochi grammi: http://www.corriere.it/tecnologia/cyber-cultura/cards/legge-moore-50-anni-dopo/metronomo-mondo-moderno_principale.shtml

Questo è stato possibile modificando i sistemi di fabbricazione per “stampare” un maggior numero di componenti (equivalenti ai transistor) con la stessa operazione. Si ricorreva alla riduzione delle misure (miniaturizzazione) e poi una volta arrivati vicino al limite massimo si è passati alla moltiplicazione dei processori. Abbiamo così oggi processori multicore (attualmente fino ad 8 core) persino negli smartphone. Oggi si punta anche a migliorare il rendimento.

Una attuale CPU di architettura Haswell (codice dell’undicesima generazione di processori Intel dal 2013 a 22 nanometri), comune nei PC, offre quattro core, una GPU (unità grafica) e molte altre funzioni in uno spazio di 177mm2, con 1,4 miliardi di transistor. Esistono già CPU con il triplo di transistor. Questo processore è 4000 volte più potente del primo 4004 e consuma 5000 volte meno energia. Il prezzo è calato di 50.000 volte: http://www.tomshw.it/news/50-anni-di-legge-di-moore-50-anni-di-spaventosa-innovazione-tecnologica-65640

Si discute se la velocità di evoluzione prevista dalla legge di Moore potrà continuare e per quanto ancora. Qualcuno pensa che si esaurirà intorno al 2020. Se continuasse avremmo risultati inverosimili: nel 2030 raggiungerebbe la potenza del cervello umano e nel 2060 di tutta l’umanità! Per chi vuole seguire il dibattito in corso…

L’intelligenza delle macchine fa paura?

Il parere tranquillizzante di Faggin

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Contro Faggin

Orientarsi fra i processori

Per scendere ad aspetti più pratici ci può capitare di dover comprare un computer e scegliere il processore. Ci troveremo di fronte a sigle quasi incomprensibili e, per i non addetti ai lavori, spesso fuorvianti. Con un po’ di pazienza è possibile arrivare a capire qualcosa di quello che stiamo per acquistare. Suggerisco di consultare qualche sito che dia consigli generici e che spieghi quali carattaristiche controllare. Una volta adocchiato qualche modello conviene acquisire informazioni precise sul medesimo.

Quali processori troviamo (maggio 2015) sul mercato?

Per un primissimo orientamento tenere presente questo schema. I processori sono ordinati, con molta approssimazione secondo le prestazioni e il costo. Occorre verificare per ogni  modello la reale collocazione.

Costo – prestazioni Intel AMD
Economici Celeron Sempron
Medio bassi Pentium Athlon II
Medi Core i3 Phenom II e A-Series APU
Medio alti Core i5
Performanti Core i7 Fx

Dove trovare informazioni dettagliate su un processore

I seguenti siti sono tutti in lingua inglese. Vi si trovano test di laboratorio, confronti e schede tecniche. Può succedere che un processore Intel i3 risulti più performante e meno costoso di un i5 (vedi figura). Bisogna capire se l’i5 ha altri pregi.

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Da cpubanchmark: la CPU Intel i3 al n°1 sembra avere prestazioni migliori dell’i5 al n° 2

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