Cosa vuol dire CPU: significato, definizione e funzioni del processore

Cosa vuol dire CPU: significato, definizione e funzioni del processore

Dal significato dell'acronimo al ruolo di "cervello" del computer: tutto quello che devi sapere sulla CPU

Se hai mai utilizzato un computer, uno smartphone o anche un tablet, hai interagito con una CPU senza magari sapere veramente cosa significhi questo acronimo. Eppure, questo piccolo componente rappresenta il vero "cervello" di ogni dispositivo elettronico che utilizziamo quotidianamente.

In questo articolo scopriremo insieme il significato di CPU, le sue funzioni principali e perché questo componente è così fondamentale per il funzionamento di qualsiasi sistema informatico. Dalle origini alle caratteristiche tecniche più importanti, ti forniremo tutte le informazioni necessarie per comprendere appieno il ruolo di questo straordinario "cervello elettronico".

CPU significato: cosa indica questo acronimo

Prima di approfondire le funzioni e le caratteristiche tecniche, è fondamentale chiarire il significato dell'acronimo CPU e comprendere perché questo componente viene spesso definito il "cervello" del computer.

CPU è l'acronimo di Central Processing Unit, che in italiano si traduce con Unità Centrale di Elaborazione o Unità di Elaborazione Centrale. Si tratta del componente hardware principale di qualsiasi computer, responsabile dell'elaborazione e dell'esecuzione delle istruzioni che permettono al sistema di funzionare.

Analizzando ogni parola dell'acronimo:

• Central (Centrale): indica che si tratta del componente principale, il nucleo attorno al quale ruota tutto il sistema di elaborazione
• Processing (Elaborazione): si riferisce alla capacità di processare, trasformare e manipolare i dati
• Unit (Unità): sottolinea che si tratta di un singolo componente integrato
  
  

La CPU è in sostanza un insieme di circuiti elettronici che gestisce il sistema operativo, le applicazioni e coordina una varietà di operazioni informatiche. Viene indicata spesso come il “cervello del computer”, perché, proprio come il cervello coordina e controlla tutte le funzioni del corpo umano, la CPU gestisce e controlla tutte le operazioni all'interno di un computer.

CPU: a cosa serve e come funziona

Ora che abbiamo chiarito il significato dell'acronimo, entriamo nel dettaglio di cosa sia effettivamente una CPU e quali siano le sue funzioni principali all'interno di un sistema informatico.

Funzione principale della CPU

Immagina la CPU come il direttore d'orchestra di un computer: coordina tutti gli altri componenti e si assicura che tutto funzioni in armonia. La sua funzione principale è elaborare le informazioni che riceve dai programmi che usi quotidianamente.

Quando apri un'applicazione come Word, Chrome o un gioco, la CPU riceve una serie di "istruzioni" su cosa deve fare. È un po' come quando segui una ricetta: leggi gli ingredienti (recupera i dati), capisci cosa devi fare (decodifica le istruzioni) e poi prepari il piatto (esegui il comando).

La CPU è così veloce che può gestire contemporaneamente più programmi in multitasking. È come un cuoco esperto che riesce a preparare più piatti contemporaneamente senza confondersi. Mentre tu navighi su internet, ascolti musica e controlli le email, la CPU passa rapidamente da un compito all'altro, così velocemente che ti sembra che tutto accada nello stesso momento (oltre a operare in background, cioè su processi di cui non sei consapevole).

Come funziona la CPU (ciclo di base)

La CPU lavora seguendo sempre lo stesso schema, come un impiegato molto metodico che ripete la stessa sequenza di azioni migliaia di volte al secondo. Questo processo si chiama ciclo di istruzioni e si divide in tre passaggi:

• Fetch (Recupero): è come se andasse in archivio a recuperare un documento. La CPU va nella memoria del computer e preleva l'istruzione successiva da eseguire.
• Decode (Decodifica): una volta presa l'istruzione, la CPU deve "tradurla" in un linguaggio che può capire. È come se ricevesse una lettera in una lingua straniera e dovesse usare un dizionario per capire cosa c'è scritto.
• Execute (Esecuzione): infine la CPU esegue quello che le è stato chiesto di fare. Se l'istruzione era "somma 5+3", a questo punto restituisce il risultato: 8.
  
  

Questo ciclo si ripete in maniera estremamente rapida e continua, milioni di volte al secondo, permettendo al tuo computer di funzionare, senza che tu te ne renda conto.

CPU vs altri componenti

Spesso si fa confusione sul funzionamento dei diversi componenti del PC, soprattutto tra CPU e GPU (anche per via della somiglianza dei termini). Specifichiamo quindi le differenze con le altre componenti hardware principali.

Differenza tra CPU e RAM

Se la CPU è il "cervello" del computer, la RAM è come la scrivania di uno studente. Quando studi, tieni sulla scrivania solo i libri e i quaderni che ti servono in quel momento - così la RAM tiene a portata di mano solo i dati che la CPU deve elaborare subito.

In pratica, la RAM funziona come una memoria temporanea: quando apri un programma, questo viene caricato dal disco rigido (più lento) alla RAM (molto più veloce), dove la CPU può accedervi istantaneamente. Più RAM hai, più programmi puoi tenere aperti contemporaneamente senza rallentamenti. Quando spegni il computer, tutto quello che era nella RAM scompare - per questo si chiama memoria "volatile" (il suo acronimo è Random Access Memory).

Differenza tra CPU e GPU

La differenza tra CPU e GPU è come quella tra un operaio generico e uno specialista:

• La CPU può fare molte cose diverse (calcoli, gestire file, far funzionare programmi)
• La GPU è specializzata in un solo lavoro: gestisce tutte le componenti grafiche e può lavorare su migliaia di piccoli compiti contemporaneamente
  
  

GPU sta infatti per Graphics Processing Unit ed è un componente progettato specificatamente per l'accelerazione e il miglioramento della grafica computerizzata e delle immagini elaborate.

Per questo nei videogiochi è necessario avere una buona GPU.

Interazione con la scheda madre

La scheda madre (o motherboard) è la base su cui vengono montati tutti i componenti del computer: è come il "sistema nervoso" del PC che collega CPU, RAM, scheda grafica e tutti gli altri elementi, permettendo di comunicare tra di loro.

La CPU viene inserita in un alloggiamento specifico chiamato "socket" (l'alloggiamento fisico che la ospita) presente sulla scheda madre.

Componenti principali della CPU

Scendiamo ancora di più nel dettaglio. Per comprendere appieno come funziona una CPU, è importante conoscere i suoi componenti interni principali e il ruolo che ciascuno di essi svolge nell'elaborazione dei dati. La CPU è un circuito elettronico complesso che comprende:

Unità di controllo (CU)

In pratica è il "coordinatore" della CPU: gestisce l'elaborazione delle istruzioni e organizza il flusso di dati sia all'interno della CPU che verso gli altri componenti del computer. Tramite impulsi elettrici precisi, guida il sistema nell'esecuzione delle istruzioni dei programmi. Nonostante il nome, non controlla direttamente le singole applicazioni, ma si occupa di distribuire e coordinare i compiti tra le diverse parti della CPU,  come farebbe il manager di un’azienda che assegna lavori specifici ai lavoratori, a seconda delle loro competenze.

Unità logica aritmetica (ALU)

L'ALU (Arithmetic Logic Unit) gestisce tutte le operazioni aritmetiche e logiche. Le sue funzioni si basano su quattro tipi di operazioni: addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione.

Le operazioni logiche riguardano confronti e decisioni: ad esempio, verificare se un numero è maggiore di un altro, confrontare due parole per vedere se sono uguali, o controllare se una condizione è vera o falsa per decidere quale azione eseguire.

Registri

I registri sono come la "scrivania" della CPU: piccole aree di memoria ultrarapida dove vengono temporaneamente conservati i dati su cui il processore sta lavorando in quel preciso momento. Immagina di avere sulla scrivania solo i documenti che ti servono subito, senza dover ogni volta andare a cercarli nell'archivio: i registri funzionano allo stesso modo, garantendo alla CPU un accesso immediato alle informazioni più importanti.

Memoria Cache

La cache è come se fosse una sorta di assistente della CPU, che è in grado di “anticiparne” le necessità. Prima abbiamo detto che la CPU ricava dei dati dalla RAM, in realtà utilizza questa memoria intermedia, che conserva tutte le informazioni utilizzate più di frequente. La cache è integrata direttamente nel processore e riesce a fornire i dati in maniera molto veloce, rendendo tutto il sistema più fluido ed efficiente.

Unità di gestione della memoria

Questa componente si occupa della comunicazione tra CPU e memoria principale (RAM), coordinando il flusso di dati in ingresso e in uscita.

Gestisce anche la memoria cache interna al processore e, in molte architetture, supporta la memoria virtuale necessaria per ottimizzare l’uso delle risorse. In pratica, è il “controllore del traffico” che decide come e quando la CPU accede ai dati, evitando conflitti e rallentamenti.

Bus

I bus sono veri e propri “canali di comunicazione” che collegano la CPU agli altri componenti del computer.

Trasportano dati, istruzioni e segnali di controllo tra processore, memoria e periferiche. La loro ampiezza (misurata in bit) indica quanti dati possono essere trasferiti in parallelo: un bus più ampio permette scambi più veloci.

Registri

Ogni volta che la CPU deve eseguire un’istruzione, questa viene caricata in un registro speciale chiamato Instruction Register (registro d’istruzione).

Il Program Counter (o registro contatore) tiene invece traccia dell’indirizzo di memoria della prossima istruzione da eseguire, aggiornandosi automaticamente dopo ogni operazione.

Questi due componenti lavorano in sincronia con l’Unità di Controllo per garantire che le istruzioni vengano recuperate ed elaborate nell’ordine corretto.

Esiste poi un altro tipo di registro, detto registro di stato, che memorizza informazioni sullo stato corrente della CPU e sul risultato delle operazioni logiche e aritmetiche. Grazie a questi dati, la CPU può prendere decisioni e determinare il flusso successivo delle operazioni.

Clock

Tutti questi componenti sono strettamente integrati e lavorano in perfetta sincronia grazie al clock della CPU, che scandisce il ritmo di lavoro dell’intero processore. Senza questa coordinazione, l’elaborazione dei dati non sarebbe possibile con la velocità e la precisione che caratterizzano i moderni computer. Il clock, emettendo impulsi elettrici a intervalli regolari, ha proprio il compito di coordinare i vari componenti del computer. La velocità con cui questi impulsi vengono consegnati è chiamata velocità di clock, misurata in Hertz (Hz) o megahertz (MHz).

Tipi di CPU e caratteristiche

Non tutte le CPU sono uguali: esistono diverse tipologie progettate per specifiche esigenze d'uso, ognuna con caratteristiche tecniche che ne determinano le prestazioni e l'ambito di applicazione ideale.

CPU per desktop vs mobile vs server

CPU per desktop: I processori desktop sono progettati specificatamente per l'uso su computer fissi e si concentrano sulle esigenze tipiche dell'utente domestico o da ufficio, come gaming, navigazione internet e produttività. Questi processori non sono progettati per funzionare ininterrottamente con un carico di lavoro pesante, ma eccellono nelle attività quotidiane descritte.

CPU mobile: progettate per dispositivi mobili e laptop, queste CPU tendono a essere più lente delle loro controparti desktop o server (anche se in ogni caso dipende dal modello). D'altra parte, sono generalmente più compatte, così da poter essere meglio alloggiate in dispositivi più piccoli.

CPU server: i processori server sono i “giganti” del mondo delle CPU. Sono testati in simulazioni ad alte temperature e sottoposti a forte stress per assicurare che, qualunque cosa accada, il server possa continuare a funzionare in modo ottimale, ininterrottamente, 24 ore su 24, 7 giorni su 7.

Core della CPU: cosa sono e perché sono importanti

Processori single-core

I processori single-core contengono una sola unità di elaborazione. Questo significa che possono gestire un solo thread (cioè una singola sequenza di istruzioni) alla volta.

Sebbene in passato fossero lo standard, oggi risultano limitati: quando più programmi o processi sono attivati contemporaneamente, il processore deve alternarsi rapidamente tra l’uno e l’altro, con inevitabili rallentamenti.

Processori multi-core

I processori multi-core integrano due o più unità di elaborazione (core) all’interno dello stesso chip. Ogni core è in grado di lavorare in parallelo sugli stessi o su diversi compiti, migliorando sensibilmente le prestazioni complessive.

Oltre alle configurazioni più comuni come dual-core (due core) e quad-core (quattro core), oggi esistono processori esa-core (sei core), octa-core (otto core) e persino deca-core (dieci core) o oltre, pensati per elaborazioni molto intensive.

Multithreading

Il multithreading è la capacità di un sistema di suddividere un’attività in più thread eseguibili in parallelo. In un processore multi-core, ciò permette di distribuire diversi thread tra più core, sfruttando al meglio le risorse disponibili. È una tecnica che migliora la reattività del sistema e consente di mantenere fluide più operazioni contemporaneamente.

Multithreading simultaneo

Alcuni processori multi-core integrano tecnologie che permettono a ciascun core di gestire più thread contemporaneamente.

Il multithreading simultaneo consente a un singolo core fisico di comportarsi come due core “logici”, migliorando la capacità di gestire operazioni simultanee e sfruttando al meglio le risorse disponibili.

Avere molti core può rappresentare un vantaggio importante in applicazioni che procedono in parallelo, come il rendering video, la modellazione 3D, il calcolo scientifico o l’elaborazione di grandi dataset. Tuttavia, molti programmi di uso comune (navigazione web, scrittura, gestione email) sfruttano solo in parte i core disponibili. Per questo, in certi scenari, un processore con meno core ma prestazioni più elevate per ciascuna unità può risultare più veloce di uno dotato di molti elementi meno performanti.

Come scegliere la CPU più adatta alle proprie esigenze

Qual è la migliore CPU disponibile? Rispondere a questa domanda non è affatto semplice: confrontandoti con gli esperti del settore, scoprirai che ciascun componente ha i suoi pregi e difetti. Molto meglio chiedersi: qual è la CPU più giusta per le tue esigenze? In base all’uso che ne fai, troverai processori più o meno adatti (e più o meno costosi).

Ecco una guida “minima” per iniziare a ragionare sulla scelta più adatta a te.

Caratteristiche da tenere presenti

Frequenza (GHz): misurata in gigahertz (GHz) nelle CPU moderne, la velocità di clock indica quante operazioni il processore può eseguire ogni secondo. Una velocità di clock di 3.0 GHz significa che la CPU può gestire fino a tre miliardi di cicli al secondo. Tuttavia, una frequenza più alta non sempre si traduce in un funzionamento complessivo migliore: può succedere infatti che altri componenti limitino le prestazioni generali del computer.

Numero di core: come abbiamo accennato, ogni core aggiuntivo migliora significativamente le prestazioni della CPU e le sue capacità di multitasking. Più core permettono di gestire contemporaneamente più applicazioni senza rallentamenti. È da notare però che un “eccesso” di core potrebbe essere superfluo per determinati utenti, dal momento che non sempre i programmi utilizzati ne sfruttano appieno le potenzialità.

Thread e multithreading: come visto, i thread rappresentano le sequenze di istruzioni che la CPU può eseguire. Alcune CPU implementano tecniche di multithreading simultaneo per gestire più thread per ogni core fisico, migliorando l’efficienza in scenari multitasking.

Cache: una cache più grande permette alla CPU di accedere più velocemente alle informazioni utilizzate più di frequente, migliorando le prestazioni complessive del sistema.

TDP (Thermal Design Power): il TDP indica sia la quantità di calore che il processore produrrà sia il consumo energetico. Un TDP più basso significa minori costi energetici e necessità di raffreddamento meno impegnative, fattore importante soprattutto per laptop e sistemi compatti.

CPU per uso domestico

Se utilizzi il computer principalmente per navigare sul web, scrivere testi, gestire email o utilizzare i social media, una CPU di fascia bassa sarà più che sufficiente. Per queste attività bastano processori entry-level con 2-4 core e una velocità di clock superiore ai 2.0 GHz. Investire in processori più potenti per questo tipo di utilizzo rappresenterebbe uno spreco di risorse.

CPU per il gaming 

Il gaming richiede processori più performanti, soprattutto per titoli recenti. Per un’esperienza fluida sono consigliabili CPU di fascia media con almeno 4-6 core e buone prestazioni per singolo core. Se intendi anche trasmettere in streaming le tue sessioni di gaming, può essere utile puntare a CPU con 6-8 core e buon supporto multithreading. Ricorda però che, per il gaming, investire in una scheda grafica potente è spesso più determinante che acquistare la CPU più costosa.

CPU per il lavoro professionale

Le esigenze professionali variano molto a seconda del settore. Per lavori d’ufficio standard bastano processori di fascia media, mentre per attività creative come l’editing video, il rendering 3D o l’analisi di grandi database sono indicati processori di fascia alta con 6-8 core o più e un buon numero di thread.

È importante anche verificare che il processore supporti funzionalità avanzate specifiche per il tuo lavoro: ad esempio, set di istruzioni per calcoli complessi o virtualizzazione hardware per l’uso di macchine virtuali.

Chi ha inventato la CPU? Storia ed evoluzione

La CPU non è il frutto del lavoro di un singolo inventore, ma il risultato di decenni di innovazioni e contributi da parte di diverse menti brillanti che hanno saputo rivoluzionare il mondo dell'informatica.

Tra le figure più importanti della storia dell'informatica troviamo Grace Hopper (1906-1992), matematica americana e una delle prime programmatrici al mondo. Hopper lavora sui primi computer e crea il linguaggio di programmazione COBOL, guadagnandosi il soprannome di "Grandma COBOL". Il suo contributo è fondamentale per sviluppare i primi software e linguaggi di programmazione, permettendo alle CPU di ricevere ed eseguire istruzioni complesse, rendendo i computer più accessibili e utilizzabili.

Questi progressi del software aprono la strada alle innovazioni hardware, che prendono il via durante la Seconda Guerra Mondiale con l'ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), computer gigantesco creato da John Mauchly e J. Presper Eckert Jr. Una macchina che occupava uno spazio enorme, utilizzando oltre 17.000 componenti elettronici, chiamati tubi a vuoto, in grado di elaborare fino a 5.000 calcoli al secondo: una velocità prima impensabile.

Dopo la conclusione del conflitto arriva l'UNIVAC, versione migliorata e più compatta dell'ENIAC, che contiene quella che possiamo considerare la prima vera CPU della storia, anche se installata in un calcolatore dalle dimensioni ancora considerevoli (vista la necessità di impiegare i tubi a vuoto menzionati prima).

Un’altra svolta decisiva avviene negli anni '50 con l'invenzione dei transistor, componenti elettronici molto più piccoli e affidabili dei tubi a vuoto. Nel 1953 viene costruito il primo computer completamente basato su transistor, aprendo la strada a soluzioni più compatte ed efficienti.

Robert Noyce (1927-1990) rappresenta il ponte tra l'era dei primi computer e quella contemporanea. Affascinato dalle prime innovazioni sui componenti elettronici, perfeziona una tecnologia rivoluzionaria: il microchip in silicio. Nel 1968 fonda Intel e supervisiona la creazione dell'Intel 4004, il primo microprocessore commerciale, che darà il via alla rivoluzione informatica degli anni '70.

Per la prima volta nella storia, tutte le funzioni della CPU vengono concentrate in un singolo chip di dimensioni ridottissime, rendendo possibile la nascita dei personal computer e rivoluzionando per sempre il mondo dell'informatica.