Che cos’è la CPU e Come Funziona? La Guida Completa

I computer sono diventati una parte essenziale della nostra vita quotidiana.

Tuttavia, la maggior parte delle volte usiamo il computer senza fermarci a riflettere sul suo funzionamento.  

Di conseguenza, è comune avere un’idea confusa di che cosa sia la CPU e di come funzioni.

Spesso abbiamo sentito dire che è una parte essenziale del computer, ma non sappiamo nemmeno dove si trovi o cosa sia.

Ecco perché abbiamo pensato di scrivere un articolo che rispondesse a tutte le vostre domande, in modo semplice e chiaro.

Che cos’è la CPU

CPU sta per Central Processing Unit (Unità di elaborazione centrale). È una parte essenziale dell’hardware di un computer, poiché è responsabile dell’interpretazione delle istruzioni e dell’elaborazione dei risultati.

In effetti, viene spesso descritto come il cervello del computer. La metafora è azzeccata, poiché la CPU riceve e memorizza i dati, per poi emettere nuove informazioni.

Utilizziamo un esempio per capire meglio il ruolo della CPU: state scrivendo un testo su Word e digitate la parola “ROSSO”. La pressione esercitata su ciascun tasto viene convertita in un impulso elettrico che raggiunge la CPU. La CPU lo decifra e trasmette l’informazione al programma, così che possiamo vedere le lettere R-O-S-S-O iniziare a comparire sullo schermo.

Il modo in cui la CPU esegue questa procedura sarà discusso in dettaglio più avanti. Per il momento, possiamo ricordare che si tratta di un processore che interpreta gli input in un computer per generare gli output appropriati.

Dove si trova la CPU

Da un punto di vista fisico, la CPU è un circuito integrato o chip, che viene installato sulla scheda madre, nota anche come mainboard.

Se non ne avete mai sentito parlare, si tratta di un circuito stampato che consente di collegare tra loro una moltitudine di componenti. Si noti inoltre che la CPU non è saldata alla scheda madre. È invece collegata a una presa speciale, in modo da poterla sostituire per aggiornare il dispositivo.

Infine, va notato che la CPU è solitamente posizionata appena sotto il dissipatore. Ciò contribuisce a ridurre il calore dell’apparecchiatura, prodotto dalle operazioni che deve svolgere quotidianamente. È quindi indispensabile per il corretto funzionamento della nostra unità di elaborazione.

Come è composta la CPU

Anche se molti di noi probabilmente non smonteranno mai una CPU, per capire come funziona è importante conoscere le parti che la compongono. Pertanto, in questa sezione parleremo dei principali componenti.

1. Unità aritmetico-logica (ALU)

Si tratta di un circuito integrato nel microprocessore, che consente alla CPU di eseguire due tipi di operazioni:

Va notato che l’ALU è semplicemente un operatore. In poche parole, è incaricato di eseguire queste operazioni, ma non prende alcuna decisione. Pertanto, necessita di un meccanismo di controllo che gli indichi le azioni da intraprendere.

2. Unità di controllo

Questa parte controlla l’ingresso e l’uscita dei dati dalla CPU. È cioè responsabile dell’estrazione delle informazioni e del loro invio al componente del dispositivo che ne ha bisogno. Tuttavia, non elabora né memorizza i dati.

Le funzioni dell’unità di controllo comprendono:

3. Memoria cache

Si tratta di una sezione della CPU in cui viene memorizzata una copia delle istruzioni e dei dati utilizzati più di frequente. In sostanza, l’idea è di “averli a portata di mano” quando servono. In questo modo, il computer può caricare queste istruzioni in breve tempo, senza dover ricorrere alla RAM.

Le funzioni più generali della cache sono:

Inoltre, la sua capacità e la sua velocità dipendono dalle sue dimensioni. Infine, la memoria cache è suddivisa in diversi livelli con funzioni diverse: L1, L2, L3 e persino L4 in alcuni dispositivi.

4. Registri

I registri sono un altro tipo di memoria, ad alta velocità ma a bassa capacità. In altre parole, si tratta di piccole celle che ordinano i dati da elaborare e il modo in cui le apparecchiature devono procedere.

Per questo motivo, possono memorizzare sia dati che comandi, istruzioni o stati binari. Esistono diversi tipi di registri, tra i quali troviamo:

NOTA: I registri possono avere una capacità compresa tra 4 e 64 bit. Tuttavia, i più comuni sono quelli a 32 e 64 bit, a seconda del sistema operativo.

5. Bus di sistema

Un bus è un elemento che collega diversi componenti di un computer. In particolare, è il percorso di comunicazione tra la CPU e la memoria. Per comodità, i bus vengono solitamente suddivisi in tre tipi:

I bus sono ora disponibili in dimensioni che vanno da 16 a 128 byte, e anche superiori, poiché le loro dimensioni influiscono sulla capacità e sulla velocità della nostra CPU.

Pertanto, maggiore è il numero di bit sul bus, più modi ha il computer per trasmettere le informazioni.

6. Core e thread

Un core è un blocco all’interno della CPU responsabile dell’esecuzione delle istruzioni. In origine, i computer avevano un solo nucleo. Tuttavia, l’industria tecnologica ha raggiunto un punto in cui non era più possibile continuare a ottimizzare questo singolo nucleo.

Pertanto, hanno iniziato a basare il funzionamento dei computer sulla tecnologia multi-core. L’idea è quella di accelerare l’elaborazione dei dati, consentendo al computer di eseguire più attività in parallelo.

In altre parole, ogni core agisce come un processore, quindi in pratica è come se avessimo diverse CPU.

Pertanto, i computer hanno di solito tra i 2 e gli 8 core, ma talvolta possono anche essere di più. Se state pensando di acquistare un nuovo computer, dovete sapere che ognuno di essi ha un proprio nome:

Questo significa che dovremmo sostituire i nostri dispositivi dual-core con un octa-core per ottenere prestazioni migliori? Non necessariamente. Dipende dal programma che si sta utilizzando, poiché non tutti consentono di eseguire attività in parallelo. Pertanto, se la procedura deve essere eseguita in sequenza, non ci sarà alcuna differenza tra avere uno o più nuclei.

I thread, invece, sono una sorta di divisione del processo che il kernel esegue. In altre parole, ogni thread ricrea il funzionamento di un kernel separato, anche se su scala ridotta. Ciò consente di eseguire più operazioni in parallelo, aumentando la potenza di elaborazione del computer.

Qual è la funzione della CPU

La funzione della CPU è quella di elaborare le informazioni. In particolare, è responsabile dell’ordine delle operazioni eseguite dal dispositivo. A tal fine, indirizza le informazioni in ingresso al componente appropriato e poi invia una risposta in base alla richiesta dell’utente.

Come funziona la CPU

Prima abbiamo spiegato quali sono i componenti della CPU. Tuttavia, può essere difficile capire come questi interagiscono tra loro per eseguire con successo ogni procedura.

Per questo motivo, in questa sezione spiegheremo le fasi di funzionamento della CPU.

1. IF (Instrucition Fetch): Lettura dell’istruzione da memoria principale

La prima funzione della CPU è quella di ottenere le istruzioni e i dati necessari per eseguire una procedura. Queste informazioni provengono dalla RAM e sono sotto forma di codice binario.

Va notato che le informazioni necessarie all’esecuzione di un programma sono distribuite in diverse unità di memoria. Poiché i dati non sono ordinati, è necessario utilizzare il contatore di programmi (PC), che contiene gli indirizzi necessari per fornire alla CPU le istruzioni in modo ordinato.

2. ID (Instruction Decide): Decodifica istruzione

Ora che le informazioni sono state caricate sulla CPU, questa deve capirne il significato. In altre parole, deve tradurre le istruzioni in un linguaggio comprensibile a ciascuno delle componenti.

È qui che entra in gioco l’ALU, poiché la CPU deve eseguire una serie di operazioni logiche e aritmetiche per trasformare le istruzioni in una serie di segnali.

Per farlo, la prima cosa da fare è identificare il linguaggio di programmazione in cui è stato scritto. Ci sono centinaia di scelte, ma alcune delle più popolari sono:

Il codice viene quindi suddiviso in pezzi più piccoli per renderlo gestibile. In questo modo, i vari componenti ottengono solo le informazioni necessarie per un’azione specifica. Nel frattempo, il codice di operazione (opcode) indica l’ordine di esecuzione delle operazioni.

NOTA: a volte la CPU non è in grado di interpretare il codice da sola. In questi casi, si ricorre a un microprogramma, che funziona come una sorta di interprete. È quindi responsabile della traduzione delle istruzioni e della loro restituzione alla CPU, in un linguaggio comprensibile.

3. EX (Execution): Esecuzione dell’istruzione

Ora che le istruzioni e i dati necessari sono stati caricati, decodificati e ordinati, la CPU può eseguire l’azione. Esiste un numero quasi infinito di opzioni, tra cui l’estrazione di dati dalla memoria, l’esecuzione di calcoli o la memorizzazione di nuove informazioni.

Il risultato viene inviato a una periferica di uscita, attraverso la quale si potrà osservare che l’azione è stata completata. Oppure, in caso contrario, verrà visualizzato un messaggio di errore.

4. WEB (Write Back): Scrittura del risultato nel registro opportuno

Durante tutte le fasi precedenti, la CPU ha raccolto informazioni sul processo, da utilizzare per ripetere l’operazione. Pertanto, l’ultima fase consiste nello scrivere i risultati in uno dei registri.

Ad esempio, se il programma non è stato eseguito o si è chiuso inaspettatamente, la CPU può inviare un messaggio all’utente alla successiva esecuzione.

Come scegliere una CPU

Ora che sapete come funziona la CPU e quali sono i suoi componenti, passiamo a un aspetto più pratico: come scegliere la CPU più adatta a voi utilizzando tutte le informazioni che avete ricavato tramite il nostro articolo?

In generale, quando si acquista una CPU, è necessario prendere in considerazione diversi fattori. Nei paragrafi successivi parleremo in maniera dettagliata dei principali.

1. Numero di core e thread

Come abbiamo visto in precedenza, i core e i thread consentono alla CPU di eseguire più attività contemporaneamente. Maggiore è il loro numero, maggiore è il numero di istruzioni che possono essere eseguite in parallelo.

Tuttavia, va notato che non tutti i programmi sfruttano appieno il potenziale dei computer multicore. Per questo motivo, se il computer viene utilizzato solo per scrivere documenti, guardare serie TV e navigare in Internet, un’alternativa dual-core è solitamente sufficiente.

Il gaming, invece, richiede un po’ più di potenza, quindi consigliamo almeno una CPU quad-core con 8 thread. Inoltre, se si eseguono montaggi video a livello professionale o si lavora con dati molto grandi, è necessaria una potenza di elaborazione ancora maggiore. Pertanto, dovreste prendere in considerazione le opzioni a 12 o 16 core, anche se sono più costose.

In effetti, esistono opzioni con un massimo di 64 core, anche se il loro uso è molto specifico e il loro prezzo è notevolmente più alto.

2. Velocità di clock

Indica la velocità con cui la CPU è in grado di eseguire le quattro fasi di elaborazione: estrazione, decodifica, esecuzione e writeback. Nelle specifiche di un computer, la velocità di clock è espressa in Hertz, quindi è una buona indicazione della sua potenza.

In parole povere, più alta è la frequenza di clock, più veloce è il processore.

Per quanto riguarda i computer, le apparecchiature a 3 GHz o 4 GHz sono molto diffuse. Di solito non si trovano processori più veloci, poiché l’aumento della frequenza provoca il surriscaldamento del dispositivo.

3. Produttore

Attualmente, i principali produttori di processori sono Intel e AMD. Entrambe le aziende offrono un’ampia gamma di prodotti per soddisfare tutte le esigenze, sia per i computer desktop che per i notebook.

In generale, è possibile scegliere un processore di entrambe le marche senza alcun problema. Tuttavia, se si decide di apportare modifiche o di costruire il proprio PC, è importante assicurarsi che la CPU scelta sia compatibile con la scheda madre.

4. Chip grafico integrato

Anche se non è l’opzione più comune, alcune CPU sono dotate di un chip grafico integrato. Questa funzione consente di evitare l’acquisto di una scheda grafica separata.

Va notato comunque che la sua capacità non è molto elevata. Pertanto, bisognerà mantenere una qualità video bassa per farlo funzionare correttamente.

5. Consumo energetico e temperatura

Il consumo energetico e la capacità di mantenere una temperatura stabile sono altri dati importanti. Tuttavia, nella maggior parte dei dispositivi questi non sono dettagliati, ma vengono raggruppati nel cosiddetto Thermal Design Power (TDP). Questo valore indica la potenza richiesta da un processore che viene espressa in Watt.

A questo proposito, i computer portatili sono caratterizzati da processori a basso consumo energetico. Pertanto, in genere raggiungono un massimo di 45 W.

D’altra parte, i desktop richiedono una maggiore potenza, che può arrivare a 125W. Un TDP più elevato richiede però una maggiore capacità di raffreddamento, per cui i computer con potenza superiore a 100 W devono essere dotati di una ventola molto potente. Per questo motivo, la maggior parte di essi non supera i 95 W.

6. Prestazioni vs. Budget

Un computer con più core, una velocità di clock superiore e un TDP elevato funziona più velocemente, ma ha anche un prezzo più alto.

Pertanto, al momento di decidere, dovremmo considerare se, considerato l’uso previsto, sfrutterete appieno il potenziale del dispositivo. In caso contrario, potrebbe essere preferibile acquistare un’opzione più economica.

Domande frequenti

Speriamo che il nostro articolo abbia chiarito che cos’è la CPU e come funziona. Se avete ancora domande, vi invitiamo a consultare la nostra sezione FAQ.

Quanto costa una CPU?

Il prezzo di una CPU dipende dalle sue caratteristiche. Per questo motivo, è comune trovare una gamma di prezzi molto ampia:

Di conseguenza, la scelta dipenderà dal vostro budget. Tuttavia, prima di investire il vostro denaro in una di queste opzioni, vi consigliamo di valutare se l’uso che ne farete sfrutterà appieno il suo potenziale.

Come gestire la CPU?

In alcuni casi, è possibile che si verifichino problemi di prestazioni sulla nostra CPU. Ad esempio, potrebbe succedere che un singolo programma stia monopolizzando tutte le risorse.

Quindi, se avete bisogno di controllare e gestire la CPU, potete seguire questa procedura sui computer Windows:

1. Accedere al Task Manager: è possibile premere Ctrl+Shift+Esc o fare clic con il pulsante destro del mouse sul logo di Windows nella barra degli strumenti.
2. Fare clic sulla scheda Processi: qui viene visualizzato un elenco delle applicazioni e dei processi correnti.
3. Identificare i processi che consumano più risorse: fare clic su CPU per ordinarli dal più alto al più basso.
4. Terminare il programma: Fate clic con il pulsante destro del mouse sul programma che sta consumando tutte le risorse e selezionate Termina attività.
5. Scegliere una soluzione al problema: potrebbe essere la disinstallazione, la reinstallazione o l’aggiornamento del programma. È inoltre possibile eseguire una scansione antivirus o rimuovere il processo che causa il problema.

Sui computer Mac, la procedura è molto simile. In questo caso, è necessario accedere attraverso il Monitoraggio attività. Selezionare il programma che si desidera terminare e fare clic su Stop. Quindi, è necessario scegliere una delle seguenti opzioni:

In caso di gravi problemi di prestazioni, si consiglia usare l’opzione uscita forzata.

Quali sono le parti principali della CPU?

Le parti principali della CPU sono tre: l’unità di controllo, l’unità logico-aritmetica (ALU) e la memoria cache. Perché funzioni correttamente, è necessario comunque considerare altre parti, come i bus, i registri e il clock.

Qual è la differenza tra le CPU gaming e quelle tradizionali?

La differenza principale tra una CPU per videogiocatori e una tradizionale è la sua capacità. Poiché i giochi richiedono una maggiore quantità di risorse, è necessario un computer più potente. Alcune delle caratteristiche più importanti sono:

Quindi, se state pensando di acquistare una CPU per il gaming, avrete bisogno almeno di un processore Inter Core i5 o AMD Ryzen 5.