Come funziona il processore (CPU) dello smartphone?

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Molti hanno uno smartphone e il suo funzionamento viene dato per scontato. Qualcuno pensa che , pochi per fortuna, al suo interno ci siano dei microscopici esseri che elaborano e restituiscono millemila informazioni al secondo. In realtà si muove tutto grazie alla CPU o processore.

La CPU è il cervello del tuo smartphone, vi arrivano le informazioni dalle varie periferiche (memoria, fotocamera, ecc) restituisce l’elaborazione dei dati. In modo formale CPU è l’acronimo di Central Processor Unit, la cui unità fondamentale è il transistor cioè il componente elettronico per le operazioni logiche. Il transistor ha sostituito la valvola termoionica e la sempre maggiore miniaturizzazione ci consente di avere un concetrato di funzioni (smartphone) senza dovere trasportare un pesante rimorchio con annessa centrale elettrica.

Per rendere l’idea abbiamo inserito un immagine comparativa di moderno processore qualcomm snapdragon con una parte dell’ENIAC

cpu-eniac

CPU funzionamento

Abbiamo introdotto l’argomento e adesso schematizziamo il funzionamento:

  • 1) La CPU preleva le istruzioni dalla memoria
  • 2) l’istruzione viene decodificata per capire quale azione è richiesta
  • 3) può essere richiesta l’elborazione dei dati ricevuti
  • 4) restituisce i dati elaborati mettendoli in memoria o inviandoli ad un dispositivo di input output

Se traducessimo questi passaggi dal punto di vista di chi utilizza lo smartphone, potremmo descriverlo in questo modo:

Giangilberto decide di fotografare il suo amato Fido quindi prende il suo smartphone e, sbloccato il touch screen, attiva la fotocamera. Trovata la posa ideale, Giangilberto (1)preme il tasto per la foto, nel giro di pochi millisecondi (2)arriva l’input al processore che prende i bit ricevuti dalla fotocamera ,(3)li sintetizza e (4) li salva nella memoria. Ed è così che Giangilberto fa la foto di Fido con lo smartphone, che poi andra a stampare ed incorniciare.

Come è possibile tutto questo? La CPU al suo interno ha delle aree preposte allo svolgimento di funzioni ben delineate. Come è possibile vedere dallo schema:

 

cpu-e1450644085682CU  Control Unit preleva le istruzioni della memoria e si interfaccia con il resto

ALU Aritmetical Logical Unit svolge operazioni aritmetiche e logiche

Registri memorizzano lo stato dell’ellelaborazione in quel dato istante. Può essere considerato la memoria più veloce in uno smartphone. Esistono vari tipi di registri ma non approfondiremo l’argomento in questo articolo.

BUS sono i collegamenti che mettono in comunicazione le varie parti (memorie- ALU- CU)

CPU e CLOCK

Si può considerare la CPU come un circuito sincrono cioè cambia stato con frequenza denominata Clock. Regola il tempo necessario per lo scambio di informazioni tra i vari circuiti che compongono la CPU, in modo da considerare i ritardi e far completare l’elaborazione prima della ricezione o invio di informazioni. In elettronica l’oscillazione si ottiene con i cristalli di quarzo e la frequenza si misura in Herz, attualmente si usano i Gigaherz GHz.

Rendiamo la spiegazione più semplice: Giangilberto decide di portare Fido al parco per far si che possa espletare i propri bisogni. Per rendere questo possibile, Giangilberto, deve salire sulla propria automobile perché il parco dista alcuni Km dalla sua abitazione. Ecco, possiamo paragonare il motore dell’auto di Giangilberto alla CPU e le marce al CLOCK, il motore ha dei limiti determinati dalle marce e si decide di modificarne lo stato quanto tale limite è stato raggiunto (nella CPU quando l’elaborazione è stata completata). Partendo dalla prima marcia si passa alla seconda quando i giri del motore raggiungono il limite e così via.

Se non ci fosse sincronia e coordinazione e quindi se Giangilberto cambiasse marcia con i giri del motore troppo bassi, farebbe spegnere il motore. Brutta situazione, e Fido farebbe i bisogni nell’auto!

Si potrebbe anche aumentare la frequeza di CLOCK (vecchio overclock) e quindi imporre uno scambio più veloce delle informazioni tra le varie componenti della CPU ma, oltre al problema dei limiti fisici ci sarebbe anche un problema di surriscaldamento e su uno smartphone non sarebbe proprio il massimo.

 

Abbiamo cercato di dare un’idea molto generale sul funzionamento della CPU, per chi fosse interessato possiamo fornire un elenco di testi per documentarsi.

 

 

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