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Old 23-12-2005, 10:43   #1
MaxArt
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[FAQ] Sezione Processori

Queste FAQ intendono soddisfare alcuni degli interrogativi basilari del mondo delle CPU. Esse sono rivolte sia ai principianti che agli utenti più informati come punto di riferimento.

L'origine di queste FAQ viene da un tentativo fatto nel giugno 2005 nel newsgroup it.comp.hardware.cpu, e mai portato a termine. Il mio invito è quello di completare di proprio pugno questo forse lungo elenco di domande con in contributto di tutti. Le FAQ verranno così (come spero) completate ed usate comunemente.

Discuteremo qui le risposte alle domande, comprese quelle che ho già inserito. Consigli, proposte, modifiche sono interventi comunque ben accetti. Per favore, giusto niente flame

Grazie dell'attenzione!


Le domande in corsivo non hanno ancora una risposta.

Disclaimer: si ricorda che né il redattore di queste FAQ, né gli autori degli articoli, né Hardware Upgrade si possono intendere responsabili per eventuali danni materiali o morali a cose o persone recati in seguito all'esecuzione delle pratiche citate nelle seguenti FAQ.
In parole povere, se dovete fare qualcosa, fatelo a vostro rischio e pericolo.




Sezione 1 - conoscenze generali.
1.1 Cos'è una CPU?
1.2 Cos'è la cache di una CPU?
__1.2.1 Che differenza c'è tra cache L1, L2, L3...?
__1.2.2 Quanta influenza ha la dimensione della cache della CPU?
1.3 Cosa significa che una CPU è a 8, 16, 32, 64 bit?
1.4 Cos'è un socket?
1.5 Cos'è il moltiplicatore?
1.6 Cos'è l'ISA?
1.7 Cos'è il core di una CPU?
1.8 Cos'è una pipeline?
__1.8.1 Cosa influenza la lunghezza della pipeline?
1.9 Cos'è la FPU?
1.10 Cos'è una CPU superscalare?
1.11 Cos'è una CPU super-pipelined?
1.12 Cos'è il branch prediction?
1.13 Cos'è l'In-Order/Out-of-Order Execution (IOE/OOE)?
1.14 Cos'è il Front Side Bus (FSB)?
1.15 Come viene costruita una CPU?
1.16 Cos'è il SMT? Ed il SMP?
1.17 Per quanto tempo può funzionare una CPU?


Sezione 2 - L'uso di una CPU.
2.1 Che processori esistono, attualmente?
2.2 Qual è il processore che fa per me?
2.3 Come si monta una CPU?
2.4 E' necessario usare il dissipatore?
__2.4.1 Com'è il dissipatore fornito in dotazione con la CPU?
2.5 Cos'è la pasta termica?
__2.5.1 Che differenza c'è tra le varie paste termiche?
__2.5.2 Come si pulisce una CPU dai residui di pasta termica?
2.6 Esistono altri metodi per raffreddare una CPU?
__2.6.1 Dissipazione a liquido
__2.6.2 Sistemi criogeni
__2.6.3 Ghiaccio secco (CO2) e azoto liquido (LN2)
2.7 A quale temperatura deve funzionare una CPU?
__2.7.1 Qual è la temperatura massima che può sopportare una CPU?
__2.7.2 Qual è la temperatura tipica di una CPU?
2.8 Quanto consuma una CPU?
2.9 Qual è la tensione operativa di una CPU?
2.10 Con cosa posso osservare la temperature della CPU?


Sezione 3 - le CPU più comuni.
3.1 Le CPU AMD
__3.1.1 Le varie CPU AMD
____3.1.1.1 AMD K5/K6/K6-2/K6-3
____3.1.1.2 AMD Athlon
____3.1.1.3 AMD Duron
____3.1.1.4 AMD Athlon XP/MP/XP-M
____3.1.1.5 AMD Athlon 64/64 FX
____3.1.1.6 AMD Sempron
____3.1.1.7 AMD Opteron
____3.1.1.8 AMD Turion 64
____3.1.1.9 AMD Athlon 64 X2
__3.1.2 Peculiarità delle CPU AMD
____3.1.2.1 Le istruzioni 3DNow
____3.1.2.2 La tecnologia PowerNow!
____3.1.2.3 Le estensioni AMD64
____3.1.2.4 La tecnologia Cool'n'Quiet
____3.1.2.5 Il No-Execute bit

____3.1.2.6 Il link Hypertransport
____3.1.2.7 Il controller di memoria integrato
3.2 Le CPU Intel
__3.2.1 Le varie CPU Intel
____3.2.2.1 Intel Pentium II/Celeron
____3.2.2.2 Intel Pentium III
____3.2.2.3 Intel Xeon
____3.2.2.4 Intel Pentium 4/4M
____3.2.2.5 Intel Celeron II
____3.2.2.6 Intel Pentium M/Celeron M
____3.2.2.7 Intel Pentium 4 Extreme Edition
____3.2.2.8 Intel Xeon DP/MP
____3.2.2.9 Intel Pentium D
__3.2.2 Peculiarità delle CPU Intel

____3.2.2.1 Le istruzioni SSE/SSE2/SSE3
____3.2.2.2 La tecnologia Speedstep
____3.2.2.3 L'architettura Netburst
____3.2.2.4 La tecnologia Hyperthreading (HT)
____3.2.2.5 Il bus quad-pumped
____3.2.2.6 La tecnologia EIST
____3.2.2.7 Le estensioni EM64T
3.3 Le CPU VIA
__3.3.1 VIA Eden
__3.3.2 VIA C3 Nehemiah
__3.3.3 VIA C7M
3.4 Perché il mio Athlon xxxx+ non va a xxxx MHz?
3.5 Cosa indica la sigla che segue il nome del mio Pentium?
3.6 Le CPU per sistemi embedded
__3.6.1 AMD Geode GX/NX
__3.6.2 Intel StrongARM/XScale
3.7 Come riconosco la mia CPU?
3.8 Le principali CPU per workstation
__3.8.1 IBM PowerPC 620
__3.8.2 Intel Itanium
__3.8.4 Sun UltraSPARC
3.9 CPU uscite dal mercato ma degne di nota
__3.9.1 IBM PowerPC G4/G5
__3.9.2 Transmeta Crusoe/Efficeon



Sezione 4 - problemi con le CPU.
4.1 La mia CPU scalda troppo! Come posso fare?
4.2 La ventola fa un rumore insopportabile.
4.3 Problema opposto: la ventola non si sente...
4.4 Il sistema è instabile: colpa della CPU?
4.5 Il sistema di punto in bianco si è spento: colpa della CPU?
4.6 Non riesco ad attivare il Cool'n'Quiet.
4.7 La mia CPU va a xxxx MHz quando dovrebbe andare a yyyy MHz.
4.8 Perché il sistema rallenta di continuo/ogni tanto?
4.9 Perché vedo l'occupazione della CPU al 50% anche se è a pieno carico?

4.10 La CPU mi è caduta! Si è rotta?
4.11 Perché il mio Athlon/Duron/Sempron non ha il coperchietto?
4.12 La mia CPU si è scheggiata: funzionerà?
4.13 La mia CPU ha dei piedini storti/rotti: si possono sistemare?
4.14 Ho preso una CPU nuova: il mio sistema l'accetterà?
4.15 La frequenza della mia CPU cala senza apparente motivo: perché?


Sezione 5 - Tweaking.
5.1 In cosa consiste l'overclock? E il downclock?
5.2 In cosa consiste l'overvolt? E il downvolt?
5.3 L'overclock è una pratica sicura? E l'overvolt?
__5.3.1 Cos'è il burn-in di una CPU?
__5.3.2 Cos'è il fenomeno dell'elettromigrazione?
5.4 Esiste una temperatura minima per le CPU?
5.5 E' possibile cambiare le caratteristiche della mia CPU?
__5.5.1 Da Duron ad Athlon XP: più cache L2
__5.5.2 Da Athlon XP ad Athlon MP: via col SMP
__5.5.3 Da Athlon XP ad Athlon XP-M: cambiare il moltiplicatore
__5.5.4 Da Athlon XP core Thorton a core Barton: ancora più cache L2
__5.5.5 Pentium 4 e moltiplicatore a 14.
5.6 Ci sono problemi a togliere il coperchietto d'alluminio?



Sezione 6 - la storia della CPU.
6.1 Le prime CPU
6.2 La CPU degli albori dell'era informatica
__6.2.1 Zilog Z80
__6.2.2 Morotola 68000
__6.2.3 Acorn Archimedes
6.3 La nascita del gigante Intel
6.4 Il ruolo di AMD e Cyrix
6.5 La scissione e l'introduzione del Pentium

6.6 Un grosso colpo ad Intel: AMD Athlon
6.7 Northwood e Hyperthreading: il ritorno del gigante
6.8 AMD Athlon 64 e la sfida all'innovazione
6.9 Il futuro delle CPU

Sezione 7 - Il processo costruttivo di una CPU.
7.1 Come nasce una CPU?
7.2 Quali sono le fasi di progettazione?
__7.2.1 Come si stabilisce la frequenza massima (Critical Path)?
7.3 Qual'è il materiale alla base di una CPU?
7.4 Che cos'è un wafer?
__7.4.1 Come si crea un wafer?
__7.4.2 Perché i wafer hanno diametri differenti?
__7.4.3 Che cosa succede al wafer una volta che la lavorazione è terminata?
7.5 Che cos'è un processo litografico?
7.6 Che vuol dire drogare il silicio?
7.7 Che cosa sono le maschere e come vengono realizzate?
7.8 Che cosa sono gli strati di interconnessione?
7.9 Le dimensioni dei transistor
7.10 Quanto dura la fase di produzione di una CPU?
7.11 Che problemi si possono incontrare nella produzione di una CPU?
__7.11.1 Che cosa sono le correnti di parassite?
__7.11.2 Quali soluzioni vengono adottate per risolvere i problemi delle correnti parassite?
7.12 Che cos'è il packaging?
__________________
HWU Rugby Group :'( - FAQ Processori - Aurea Sectio - CogitoWeb: idee varie sviluppando nel web

Ultima modifica di MaxArt : 03-02-2006 alle 13:40.
MaxArt è offline   Rispondi citando il messaggio o parte di esso
Old 23-12-2005, 10:44   #2
MaxArt
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Sezione 1 - conoscenze generali

1.1 Cos'è una CPU?

Il termine CPU è un acronimo che significa Central Processing Unit, ed è comunemente detta "processore" o "microprocessore". E' un circuito integrato di elevata complessità, il cui compito è quello di elaborare i dati in base alle istruzioni fornite. In sostanza, la CPU è il "cuore" di un computer moderno, attorno alla quale di solito si costruisce il resto del sistema.

Una CPU è composta da uno svariato numero di transistor su base silicea e interconnesioni metalliche, numero che varia tra le poche migliaia dei primi esemplari di CPU moderne, alle decine di milioni delle CPU attuali.

Ogni transistor può cambiare il suo "stato" un certo volte di numero al secondo, a seconda delle caratteristiche della CPU: questa è la cosiddetta frequenza (clock) della CPU, e come tutte le frequenze si misura in hertz (Hz) ed i suoi multipli esponenziali, quali il megahertz (MHz) ed il gigahertz (GHz). La frequenza di un CPU è dunque la misurazione della sua "velocità", anche se questo è un parametro di riferimento efficace solo a parità di architettura.



1.2 Cos'è la cache di una CPU?

La memoria cache, in generale, è una memoria ad accesso veloce utilizzata da svariati dispositivi, comprese le CPU. E' una memoria di dimensioni piuttosto piccole, ed il suo compito consiste nell'immagazzinare i dati che il dispositivo si prevede debba utilizzare nell'immediato futuro.

Per una CPU, la cache memorizza dati ed istruzioni per la successiva elaborazione da parte del processore. La velocità di risposta della cache è punto fondamentale nell'efficienza elaborativa del processore, e non sempre memorie cache più grandi si traducono in migliori prestazioni (anche se questo solitamente capita). Generalmente, i processori sono talmente più veloci nell'elaborazione rispetto agli altri dispositivi che accedervi per recuperare dati ne minerebbe drasticamente la velocità. Anche la memoria RAM è pressoché sempre troppo lenta per questi scopi.

L'avvenimento di un "cache miss", ossia del mancato rinvenimento dei dati o delle istruzioni nella cache, è qualcosa da scongiurare sia a livello di progettazione del processore, che dell'organizzazione del software.



1.2.1 Che differenza c'è tra cache L1, L2, L3...?

La cache di un processore è solitamente suddivisa in più livelli, detti appunto L1, L2 e così via. Le cache di livello più basso sono le più piccole di dimensioni (generalmente), le più veloci e quelle che vengono controllate per prime da parte del processore.

I processori mobile e desktop più comuni utilizzano solitamente due livelli di cache, mentre alcuni processori per server montano anche una cache di terzo livello.



1.2.2 Quanta influenza ha la dimensione della cache della CPU?

Solitamente, una cache più grande è sinonimo di migliori prestazioni. Bisogna vedere però sino a che punto questo è vero, rispondendo alla domanda di quanta cache si ha bisogno. La risposta è: dipende dall'applicazione.
Bisogna in sostanta vedere quanto il programma fa uso di un ristretto quantitativo di dati e istruzioni per volta, rispetto all'uso complessivo. Ci sono programmi che fanno un certo uso di dati, ben più grande di quanto possa stare nella cache, ma che viene affrontato poco per volta: bisogna vedere se questo "poco" riesce a stare nella cache. Altrimenti il processore è costretto a fare un uso - anche intensivo - della memoria RAM, con perdita di prestazioni anche del 10% e magari più a seconda dei casi.
C'è da ricordare anche che una cache più grande implica anche latenze più elevate: caso particolare è quello delle CPU Pentium 4 serie 6xx, con il doppio della cache L2 rispetto alla serie 5xx, ma del 17% più lenta. Ciò portava ad un detrimento delle prestazioni in qualche singolare caso.
Esempio puntuale di come la cache possa influenzare un'applicazione è quello del benchmark SuperPI. Il test classico è quello da 1M. Quanta cache serve per eseguirlo al meglio? Il complesso del programma e dei dati da elaborare sforano un megabyte, di conseguenza tutti i processori con tale limite di cache risultano penalizzati. Infatti, i punteggi migliori sono stati ottenuti con Pentium M Dothan e Pentium 4 6xx.

E' difficile dire esattamente quali programmi sfruttano di più la cache rispetto ad altri, anche perché ci possono essere differenze signficative tra programmi dello stesso genere (ad esempio, Doom 3 riceve maggiori benefici dalla cache rispetto a Far Cry) o addirittura in uno stesso programma a seconda delle operazioni (vedasi i filtri che si usano con Photoshop).

In generale, si può dire che solo i programmi realmente impegnativi per la CPU ricevono un guadagno da cache più grandi. In questa pagina e seguenti, Ilya Gavrichenkov di Xbit-Labs fa un'analisi dell'impatto della dimensione della cache in sistemi con medesima architettura (Athlon 64 su socket 754 e Sempron) e hardware di contorno.
http://www.xbitlabs.com/articles/cpu...on-2600_5.html



1.3 Cosa significa che una CPU è a 8, 16, 32, 64 bit?

E' difficile dare una risposta precisa. Più a grandi linee, è la lunghezza in bit dei suoi registri, cioè in sostanza dei dati di tipo intero che può elaborare. Dunque una CPU a 32 bit può elaborare interi di 32 bit, che possono assumere valori da 0 a 2^32-1 (2 elevato 32 meno 1, poco più di 4 miliardi), senza segno.

Tuttavia, la definizione può riferirsi anche ad altri aspetti di un processore, come l'ampiezza del bus di sistema, per cui definire una CPU a x bit anziché ad y non è una cosa così semplice come potrebbe sembrare.

Attualmente, la maggior parte delle CPU per utenza comune è a 32 bit, mentre stanno aumentando comunque le CPU a 64 bit, con la presenza sempre più consistente di processori AMD Athlon 64 e derivati, e Pentium 4/D/EE con estensioni EM64T. I primi processori a 32 bit a larga diffusione furono gli Intel 80386 (o "386", semplicemente) ed i Motorola 68000.



1.4 Cos'è un socket?

"Socket" è il termine inglese per l'italiano "zoccolo", e consiste (in elettronica) in una base per l'aggancio di microchip al resto del circuito stampato. Anche le CPU, in quanto microchip, sono comunemente installate in zoccoli posti sulla scheda madre. Il collegamento tra il microchip ed il resto del circuito avviene, attraverso il socket, tramite dei sottili piedini metallici detti "pin". Gli zoccoli consistono sostanzialmente in una base di plastica forata per due o più file di pin, e si differenzia in questo dagli "slot", che invece prevedono il collegamento con dei contatti metallici disposti su un'unica fila (in questo senso, negli slot il circuito collegato si sviluppa in verticale, mentre negli zoccoli rimane orizzontale). In passato, sono stato usati anche gli slot per collegare le CPU alla scheda madre.

I socket comunemente utilizzati per le CPU sono di tipo ZIF (Zero Insertion Force), che non prevedono di fare forza sul processore per poterlo incastrare nello zoccolo, ma è sufficiente poggiarlo. Questo, naturalmente, dev'essere fatto a socket "aperto", cioè con la leva di ritenzione sollevata. I socket ZIF sono in uso già dalla fine degli anni '80.

Nei tempi recenti, pur essendo i socket di forma approssimativamente quadrata, non è possibile commettere l'errore di inserire il processore nel verso sbagliato, in quanto non corrisponderebbero i buchi con i piedini del processore. Questo è valso anche quando si sono usati gli slot.

Durante la storia dei microprocessori, sono stati utilizzati diversi tipi di socket per collegare CPU e scheda madre. Essi venivano identificati con una sigla o più semplicemente con il numero di pin che avevano le rispettive CPU. Questi sono gli zoccoli più recenti:

Codice:
Nome           Pin  Processori 
Socket 7       321  AMD K5, K6; Cyrix 6x86; Intel Pentium/MMX 
SuperSocket 7  321  AMD K6/-2/-3 
Slot 1         242  Intel Pentium II/III, Celeron 
Slot 2         330  Intel Pentium II/III Xeon
Slot A         242  AMD Athlon 
Socket FC-PGA  370  Intel Pentium III, Celeron; VIA C3 
Socket A       462  AMD Athlon/4/XP/MP/XP-M, Duron, Sempron 
Socket 423     423  Intel Pentium 4 
Socket 478     478  Intel Pentium 4, Celeron II 
Socket 479     479  Intel Pentium M, Celeron M; VIA C7M 
Socket 604     604  Intel Xeon 
Socket T       775  Intel Pentium 4/Extreme Edition, Celeron, Pentium D 
Socket 754     754  AMD Athlon 64/64-M, Sempron/M, Turion 64 
Socket 939     939  AMD Athlon 64/64 FX/64 X2, Opteron serie 1xx 
Socket 940     940  AMD Opteron, Athlon 65 FX (51 e 53) 
Socket M2*     940  AMD Athlon 64/64 FX/64 X2, Sempron, Opteron 1xx 
Socket S1*     638  AMD Turion 64 
Socket F*      1207 AMD Opteron
*Socket di futura introduzione

Un discorso a parte merita il socket T LGA-775 usato dai processori Intel: esso non fa più affidamento ai piedini, ma a dei contatti metallici tra processore e scheda madre. A livello tecnico cambia poco; a livello pratico, se da una parte la delicatezza dei piedini è scomparsa, è comparsa la fragilità dei contatti stessi, per cui ci sono stati casi (specialmente nei primi tempi) di schede madre divenute inutilizzabili dopo poche volte che il processore è stato smontato e rimontato.
Si prevede che il socket F per le prossime CPU AMD Opteron utilizzerà un sistema LGA (Land Grid Array) al pari di quello delle CPU Intel.

Un altro sistema di aggancio dei processori è il cosiddetto Ball Grid Array (BGA), orientato però per sistemi embedded dove i processori vengono saldati sulla scheda madre.

Per un elenco completo e dettagliato dei socket, si faccia riferimento alla seguente tabella:
http://users.erols.com/chare/sockets.htm



1.5 Cos'è il moltiplicatore?

Si tratta di un meccanismo per cui una determinata frequenza di base viene moltiplicata per un certo valore, ottenendo una certa frequenza finale. Il concetto di moltiplicatore si affianca solitamente a quello del system clock di un processore: tale frequenza viene moltiplicata per il valore indicato dal moltiplicatore per ottenere la frequenza effettiva del processore. Ad esempio, per avere la frequenza di un Pentium 4 540 (che solitamente è a 3.2 GHz) si considera la frequenza del system clock, o di FSB, che è di 200 MHz, e la si moltiplica per il moltiplicatore impostato di 16x, ottenendo 3200 MHz.

I moltiplicatori in generale assumono valori interi, ma non sempre è stato così. Sino agli Athlon XP era possibile selezionare valori frazionari come 10.5x, ma sempre con 0.5 come valore decimale. Nella storia informatica, però, specie quella agli inizi degli anni 90, si sono visti moltiplicatori "esotici" come 1.75x e 2.66x (introdotti rispettivamente con l'AMD K5 e l'IDT Winchip).

Un tempo, impostare un moltiplicatore era una pratica scomoda che implicata dover mettere le mani su alcuni jumper della scheda madre, per poter regolare il Frequency ID (FID). Al giorno d'oggi, però, tali sistemi non si vedono più, rendendo possibile la modifica via BIOS o anche "a caldo" via software.

La variazione del moltiplicatore è una pratica solitamente associata all'overclock (o downclock) di un processore (vedere domanda 5.1: "In cosa consiste l'overclock? E il downclock?"), ed è pertanto qualcosa che i produttori di CPU normalmente deprecano. E' prassi comune negli ultimi tempi quella di limitare la possibilità di variazione del moltiplicatore, bloccandolo di fabbrica totalmente o parzialmente nello stesso processore.

Nei sistemi Athlon 64 e derivati esiste un moltiplicatore anche per il canale HyperTransport, che solitamente varia tra 3x e 5x. Pertanto, per ottenere la frequenza del canale, è necessario moltiplicare il system clock per il valore del moltiplicatore dell'HyperTransport.



1.6 Cos'è l'ISA?

1.7 Cos'è il core di una CPU?

Un core è un'unità fisica di elaborazione. Sino a tempi recenti, ad ogni processore corrispondeva un singolo core, mentre nell'ultimo periodo sta prendendo piede anche sul mercato consumer la distribuzione di processori con più core.

Prassi comune è quella di chiamare genericamente "core" il nome in codice di un certa revisione evolutiva di un processore. Ad esempio, si dice che la CPU Intel Pentium 4 530 ha core Prescott; e si dice anche che la CPU AMD Athlon X2 3800+ ha core Manchester, anche se in effetti i core in questione sono due.

La presenza di più core può avvenire in uno stesso die, cioè in uno stesso agglomerato di circuiti, come nelle CPU Intel Pentium D Smithfield e AMD Athlon 64 X2; oppure in due die distinti, come nelle CPU Intel Pentium D Presler e Intel Itanium Montecito.



1.8 Cos'è una pipeline?

Una pipeline si può efficacemente immaginare come una catena di montaggio, attraverso la quale le istruzioni vengono processate per essere eseguite. Ogni istruzione, cioè, viene scomposta in operazioni più semplici, eseguibili dai vari stadii della pipeline, e dunque percorre tutta la "catena di montaggio" fino alla sua completa esecuzione. Il vantaggio di tutto ciò è che una volta che un'istruzione abbandona uno stadio della pipeline, tale stadio può occuparsi dell'istruzione successiva, la quale dunque verrà completata dopo la precedente in un tempo sensibilmente inferiore a quello della sua completa esecuzione.

Supponiamo ad esempio di avere due istruzioni, ognuna delle quali necessita di 6 cicli di clock per essere completata, ed una pipeline a tre stadii. Ognuna delle istruzioni può essere scomposta quindi in tre parti, che supponiamo necessitare 2 cicli di clock ciascuna. Inizialmente, dunque, la prima istruzione passa per il primo stadio; dopo due cicli di clock, arriva nel secondo, e la seconda istruzione è nel primo stadio. Dopo sei cicli, la prima istruzione ha finito di essere eseguita, mentre la seconda è al terzo stadio. Dopo altri due cicli, anche la seconda istruzione è eseguita completamente. In totale, sono stati necessari solo 8 cicli di clock per completare due istruzioni da 6 cicli ciascuna.



1.8.1 Cosa influenza la lunghezza della pipeline?

Generalmente, una pipeline più lunga consente di scindere in parti più piccole un'istruzione e dunque di occupare meglio le risorse della CPU, oltre che a consentire di raggiungere frequenze di funzionamento più elevate per il processore.

D'altro canto, questa è solo una situazione ideale: in realtà, non tutte le operazioni sono indipendenti le une dalle altre. Può capitare, ad esempio, che un'istruzione necessiti del risultato che viene fornito dall'istruzione precedente per poter essere eseguita, come nel semplice caso:

A = C - 7
B = A + 2

La seconda istruzione, dunque, deve prima attendere che termini la prima istruzione, in quanto prima di poter essere eseguita gli è necessario conoscere il valore della variabile A. (Qualcuno potrebbe obiettare che la situazione si può facilmente risolvere scrivendo B = C - 5 al posto della seconda istruzione: è chiaramente compito di un buon programmatore accorgersi di questi particolari.)
Dunque, è possibile che nonostante tutto la pipeline debba terminare certe istruzioni prima di affrontarne altre da principio, e dunque che alcuni cicli di clock vengano sprecati. Come si può intuire, tanto più è lunga una pipeline, tanto più alta è la percentuale di cicli di clock che vengono sprecati. Trovare un buon bilanciamento tra frequenza del processore e sua efficienza operativa è alla base del progetto di ogni buona CPU.

Al giorni d'oggi, i processori in commercio hanno lunghezze della pipeline anche piuttosto differenti (i processori Intel Pentium 4 core Prescott hanno una pipeline a 31 stadii, gli AMD Athlon 64 a 12, per le istruzioni intere). In base al discorso in precedenza, non ci si stancherà mai di ripetere che la frequenza di un processore non è tutto! Cioè, non può considerarsi un parametro unico delle prestazioni di un processore: può esserlo solo a parità di architettura.



1.9 Cos'è la FPU?

FPU è l'acronimo di "Floating Point Unit", ed è un'unità di elaborazione per i calcoli in virgola mobile (floating point).

Un computer normalmente opera con informazioni "discrete", cioè con serie di segnali, interpretati come "0" e "1", che poi si traducono in numeri in base binaria. Viene dunque naturale che un computer operi al meglio con numeri interi, cosa che fa egregiamente.

Tuttavia, a volte si deve avere a che fare con quantità decimali, oppure molto grandi, specialmente se si parla di calcoli scientifici o simili. Chiaramente, un computer non è un elabolatore simbolico, per cui un valore come 0.33333... non viene visto come "un terzo", ma viene approssimato come una sequenza, relativamente breve, di "3".

Il modo in cui viene memorizzato un numero decimale prevede che venga individuata la "mantissa", costituita dalle prime cifre significative, e dall'esponente. Se consideriamo la massa in chilogrammi di un protone, ad esempio, essa è pari a 1.6726231*10^(-34) (1.67... per 10 elevato -34), per cui la mantissa è "16726231", mentre l'esponente è -34. L'esempio precendente di 1/3 ha come mantissa "33333333" (tanto più lunga quanto è la lunghezza in bit del numero in virgola mobile) con esponente -1. In questo modo, un processore può effettuare calcoli adeguatamente approssimati di numeri decimali, o molto grandi. E' questo, appunto, il sistema di memorizzazione in virgola mobile.

Questo sistema, però, è evidentemente molto complicato e rallenta molto i calcoli. Per questo motivo, le prime CPU demandavano il compito del calcolo di numeri decimali ad un'unità esterna alla CPU stessa, detta appunto FPU.
Quando essa non era presente, il programma doveva far ricorso ad un emulatore, con ulteriore rallentamento.

Il nome delle prime FPU abbinati ai processori Intel era un numero che finiva per 87, a differenza dei processori stessi che finivano per 86. Così, esistevano le FPU 8087, 80287 ed 80387. A partire dai 486, la FPU è stata integrata nel processore, e così è tutt'oggi.



1.10 Cos'è una CPU superscalare?

1.11 Cos'è una CPU super-pipelined?

1.12 Cos'è il branch prediction?

Il branch prediction consiste in un algoritmo per la previsione di quali istruzioni la CPU processerà nell'immediato futuro, al fine di precaricarle nella cache di livello più basso e consentire un loro più veloce caricamento quando saranno necessarie.
Ovviamente, se il set di istruzioni è sequenziale, la predizione è semplice. La bontà di un algoritmo di branch prediction si mostra in presenza di salti condizionali (branch) all'interno del codice.

Sostanzialmente, tali algoritmi si basano sulla memoria dei salti effettuati in precedenza. Tale metodo risulta efficace soprattutto nel caso di cicli condizionali.

L'importanza di un buon algoritmo di branch prediction risiede nel fatto che un "branch miss" implica lo svuotamento della pipeline, e conseguente perdita di cicli di clock (vedasi domanda 1.8.1: "Cosa influenza la lunghezza della pipeline?").



1.13 Cos'è l'In-Order/Out-of-Order Execution (IOE/OOE)?

Si tratta di tecniche adottate dai processori con pipeline a più stadii per l'esecuzione delle istruzioni.

L'IOE consiste nell'esecuzione delle istruzioni esattamente nell'ordine in cui compaiono nel programma: è chiaramente il metodo più semplice per eseguire i compiti.

Tuttavia, come già detto in precedenza (vedasi domanda 1.8.1: "Cosa influenza la lunghezza della pipeline?"), non tutte le istruzioni sono indipendenti le une dalle altre, per cui il sistema IOE risulta poco efficiente, in quanto può capitare che blocchi la pipeline fino alla completa esecuzione delle istruzioni precedenti, da cui dipendono le successive.

Con l'OOE s'intende quindi una tecnica per cui il processore si avvede delle istruzioni che risultano tra di loro indipendenti, e se necessario le esegue prima delle precedenti per rendere più efficiente l'esecuzione del programma. Ad esempio, supponiamo di avere le seguenti istruzioni:

A = C * 2
B = A + 15
D = E - 2

Nel caso di una IOE, il processore deve terminare di eseguire la prima istruzione prima di poter eseguire la seconda, e ciò sprecherebbe cicli di clock lasciando vuoti gli stadii della pipeline. Con una OOE, invece, si ha che la terza istruzione, essendo indipendente dalla prima, può essere eseguita prima della seconda istruzione, riempiendo così almeno parzialmente il buco nella pipeline lasciato dalla dipendenza della seconda istruzione dalla prima. In questo modo, l'esecuzione del programma risulta più efficiente.

Implementare un algoritmo di OOE in una CPU può essere complicato e richiedere una notevole quantità di transistor. Tuttavia, è un punto fondamentale per l'efficienza dei processori cosiddetti "general purpose", quali sono i processori dei comuni personal computer. Certi processori più specificamente orientati verso determinati compiti, invece, potrebbero presentare ancora esecuzioni in ordine delle istruzioni: è il caso, ad esempio, delle SPE del venturo processore Cell di IBM. In tal caso, parte dell'ottimizzazione dovrebbe essere svolta da un compilatore appositamente sviluppato per quella determinata architettura.



1.14 Cos'è il Front Side Bus (FSB)?

Il FSB è un sistema di collegamento, per la lettura e la scrittura, della CPU con il resto del sistema (memorie, periferiche, hard disk e così via), usato sulle CPU Intel, e AMD precedenti all'Athlon 64. E' un metodo molto semplice per collegare la CPU col "resto dell'universo", ma presenta qualche pecca che, soprattutto in tempi recenti, comincia a farsi sentire.

Il FSB è half duplex (o si scrivono o si leggono dati, ma non si possono fare le due cose contemporaneamente). Questo comporta che, ad esempio, se si scrive qualcosa non si può leggere, e tra una scrittura ed una lettura deve esserci una pausa (qualche ciclo di clock nel caso peggiore).

Inoltre sui FSB attuali i dati devono viaggiare sincronizzati, quindi bisogna che le lunghezze delle linee abbiano differenze tra una linea e l'altra sempre minori man mano che si cresce di frequenza, inoltre pure la lunghezza massima deve calare (un sacco di limitazioni).

Come se non bastasse, le CPU vanno a frequenze molto piu elevate dei FSB, quindi ogni ciclo "sprecato" attendendo qualcosa sul FSB vale molti cicli di clock della CPU ed il fatto che il FSB ne abbia parecchi e che ce ne siano altri nei passaggi intermedi su northbridge (per accedere alla RAM ed al bus AGP) non migliora le cose.

A tutto questo si aggiungono i problemi delle soluzioni dual core di Intel, nei quali anche lo scambio reciproprio di informazioni tra i due core avviene attraverso il FSB.



1.15 Come viene costruita una CPU?

1.16 Cos'è il SMT? Ed il SMP?

SMT e SMP sono due acronimi che significano rispettivamente Simple Multi-Threading e Simple Multi-Processing, e si riferiscono a differenti tecniche di esecuzione multipla di compiti (threads).

Il Simple Multi-Processing è semplicemente l'abbinamento di più unità di esecuzione in uno stesso sistema, per cui i threads vengono ripartiti tra esse da parte del sistema operativo.

Il Simple Multi-Threading è invece una tecnica che consiste nel far riconoscere al sistema operativo più unità di elaborazione quando invece ne è presente solo una (fisica), ed il sistema operativo agirà anche in questo caso ripartendo i thread tra le due unità di esecuzione logiche.
Un caso diffuso di tecnologia SMT è l'Hyperthreading delle CPU Intel Pentium 4 e derivati (vedasi domanda 3.2.2.4: "La tecnologia Hyperthreading").



1.17 Per quanto tempo può funzionare una CPU?

Dipende. Non è facile dare statistiche precise perché, per fortuna, i processori nella stragrande maggioranza dei casi diventano obsoleti e vengono aggiornati ben prima che non funzionino più per l'usura. Quindi, si può dire (molto approssimativamente) che la vita media di una CPU è nell'ordine di un paio di decenni, in relazione dall'intensità del suo utilizzo.

Fattori che influiscono in negativo sulla vita di una CPU sono il carico di lavoro medio cui viene sottoposto il processore; l'elevata temperatura; operazioni di overclock ed overvolt. Tutto questo può portare ad un incremento del fenomeno dell'elettromigrazione (vedasi domanda 5.3.2: "Cos'è il fenomeno dell'elettromigrazione?").
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Sezione 2 - L'uso di una CPU

2.1 Che processori esistono, attualmente?

Le principali compagnie produttrici di processori sono le statunitensi IBM, Intel e AMD, e la taiwanese VIA.

La IBM (International Business Machines) è un produttore storico di materiale informatico, ed è naturale che si cimenti anche in questo campo. Fondata addirittura nel 1888 (avete letto bene), ben prima dell'epoca dei transistor e dei computer moderni, la IBM tuttavia, soprattutto dopo la rinuncia di Apple ai processori Power, è fuori dal segmento principale del mercato, orientandosi piuttosto sui processori per server. In ogni caso, la IBM fornisce i processori della console Xbox 360, mentre in futuro si attende con interesse l'uscita del processore Cell, che verrà utilizzato anche sulle console Playstation 3.

La Intel (nome originale Integrated Electronics, fondata a Santa Clara, California, nel 1968) è invece il produttore storico di processori per la grande utenza. Attualmente produce i processori con architettura Netburst, cioè i Pentium 4, Celeron per desktop e sistemi mobili; Pentium D, Pentium Extreme Edition per sistemi desktop di fascia alta; e i processori Xeon per sistemi server. Inoltre, produce processori specifici per il segmento notebook, quali i Pentium M ed i Celeron M, e per il segmento embedded, cioè gli StrongARM e gli XScale. Infine, produce gli Itanium, processori professionali per workstation.

La Advanced Micro Devices, o AMD, (di Sunnyvale, California) è una compagnia nata nel 1969, un anno dopo la Intel, che attualmente produce i processori Athlon 64 e Sempron per i segmenti desktop e notebook; Turion 64 come processore specifico per il segmento notebook; Athlon 64 FX come processore di fascia alta per i desktop; i processori Opteron per i server. Sono tutti processori derivati dall'architettura K8, mentre AMD produce anche processori per sistemi embedded, i Geode serie GX ed NX, derivati rispettivamente dalle architetture NexGen 5x86 e AMD K7. Si nota chiaramente come la AMD cerchi di fare concorrenza alla Intel negli stessi segmenti di mercato.

La VIA si è lanciata di recente nella produzione di CPU, dopo decenni di esperienza nel mercato chipset. L'offerta, al confronto degli altri due giganti, è ridotta e principalmente orientata ai sistemi a basso consumo. Attualmente VIA produce CPU serie C3 e C7M.

Da poco uscita dal mercato delle CPU, la taiwanese Transmeta produceva processori dalle caratteristiche molto interessanti e dal consumo molto ridotto. Tuttavia, la scarsa capacità produttiva, e la mancanza di affermazione in segmenti già abbondantemente coperti da altri produttori, hanno fatto sì che Transmeta rinunciasse all'interessante progetto Crusoe.



2.2 Qual è il processore che fa per me?

Dipende, soprattutto dai compiti che si intendono svolgere, dal budget a disposizione, e dalle altre caratteristiche che devono comporre il sistema. La CPU è il cuore del computer, attorno al quale si deve pensare il resto della macchina, per cui è sempre bene avere in mente cosa se ne vuol fare di essa.


2.3 Come si monta una CPU?

2.4 E' necessario usare il dissipatore?

Per l'amore del cielo, SI! I processori più recenti consumano come minimo una manciata di watt, sino ad arrivare ad oltre un centinaio, e concentrati su una superficie di circa un centimentro quadrato, dello spessore di circa un millimetro. Supponendo che la CPU consumi 50 W, in base alla legge di Stefan-Boltzmann si deduce che la temperatura del processore raggiungerebbe (in assenza di dispositivi di dissipazione termica) i 1175 °C circa: decisamente troppi per il funzionamento dei transistor!



2.4.1 Com'è il dissipatore fornito in dotazione con la CPU?

Solitamente è appena sufficiente per dissipare il calore prodotto dalla CPU in condizion di utilizzo normale. Tradotto in termini pratici, non è granché, sia in termini di prestazioni termiche che di silenziosità, ma è adeguato per la maggior parte degli utilizzi.

Discorso leggermente diverso è quello che riguarda i processori per notebook: in questo caso, il dissipatore integrato nel portatile è strettamente limitato dallo chassis del portatile stesso, e ciò comporta prestazioni molto variabili a seconda del modello.



2.5 Cos'è la pasta termica?

E' una sostanza semicollosa il cui scopo è quello di migliorare lo scambio termico tra il processore ed il dissipatore. Infatti, quando quest'ultimo poggia sulla CPU, è probabile che si formino delle microscopiche bolle d'aria sulla superficie di contatto, che pregiudicano un buono scambio di calore.

Nonostante le varie composizioni, le paste termiche non sono buoni conduttori di calore e dunque vanno usate per il minimo indispensabile; tuttavia, scambiano calore decisamente meglio dell'aria.



2.5.1 Che differenza c'è tra le varie paste termiche?

2.5.2 Come si pulisce una CPU dai residui di pasta termica?

2.6 Esistono altri metodi per raffreddare una CPU?

2.6.1 Dissipazione a liquido

2.6.2 Sistemi criogeni

2.6.3 Ghiaccio secco (CO2) e azoto liquido (LN2)

2.7 A quale temperatura deve funzionare una CPU?

2.7.1 Qual è la temperatura massima che può sopportare una CPU?

2.7.2 Qual è la temperatura tipica di una CPU?

2.8 Quanto consuma una CPU?


2.9 Qual è la tensione operativa di una CPU?

Dipende dalla CPU. I processori per desktop più recenti hanno una tensione che si aggira intorno a 1.3-1.4 V. Le CPU mobile prevedono solitamente sistemi di risparmio energetico che variano la tensione della CPU, insieme alla frequenza, in base al carico di lavoro. Ultimamente anche le CPU desktop prevedono tecnologie simili (vedasi domanda 3.1.2.4: "La tecnologia Cool'n'Quiet" e domanda 3.2.2.6: "La tecnologia EIST").

Per ulteriori dettagli, si consulti il sito:
http://users.erols.com/chare/elec.htm



2.10 Con cosa posso osservare la temperature della CPU?

Ci sono diversi metodi. Il primo, messo a disposizione dalla scheda madre, consiste nell'accedere al BIOS ed osservare la temperatura con gli strumenti forniti. E' utile se si vuole conoscere la temperatura della CPU a computer appena acceso, rivelando eventuali problemi di mal posizionamento del dissipatore. Da notare che mentre si lavora col BIOS i sistemi di risparmio energetico della CPU non sono attivi.

L'altro metodo consiste nell'utilizzo di software particolari di diagnostica. Uno dei più comuni ed apprezzati è SpeedFan (di Alfredo Milani Comparetti, www.almico.com); altri sono Everest Home Edition (non più disponibile) e Mainboard Monitor; la Asus fornisce la sua utility Asus Probe, spesso accusata di essere poco affidabile. Si tratta tutti di programmi per Windows.

In generale, però, dev'essere la scheda madre a permettere l'osservazione di parametri come la temperatura della CPU (e la sua tensione, i timings della RAM e così via). Nei computer più vecchi, o in macchine "custom" (della HP, ad esempio), ed in alcuni portatili anche moderni (ad esempio, i Fujitsu-Siemens), tali funzionalità possono mancare.
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Sezione 3 - le CPU più comuni

3.1 Le CPU AMD

La prima CPU AMD vide la luce nel 1975, e fu un clone dell'Intel 8080. La AMD divenne nel 1982 ufficialmente per 20 anni una second-source di processori per Intel, aiutando la compagnia di Santa Clara in termini produttivi con l'immissione sul mercato di cloni di processori 80286, 80386 e 80486. Di fatto, AMD spesso non si limitò all'opera di copiatura, ma introdusse spesso delle migliorie di vario genere che, unitamente alla vendita a prezzi molto più aggressivi, scatenarono il risentimento di Intel, che nel 1991 citò AMD alla Corte Suprema.

La controversia si risolse nel 1995, quando un mutuo accordo tra Intel e AMD (i cui termini precise sono tenuti segreti) permise a quest'ultima di continuare a sfruttare il microcodice x86 creato da Intel. Nel frattempo, AMD aveva cessato di essere una second-source, e dovette progettarsi da zero i processori con cui far fronte ai Pentium che Intel introdusse nel 1993.



3.1.1 Le varie CPU AMD

Dal 1995, come in molti sanno, tutti i nomi in codice delle varie famiglie di processori AMD sono contraddistinte dalla lettera K, ma quello che non tutti conoscono è il significato che AMD ha attribuito a quella lettera.
Originariamente stava per Kriptonite, il minerale che avrebbe potuto annientare i poteri di Superman, successivamente il nome venne mutato in Kripton-5 o K5, per evitare noie giudiziarie con la D.C. Comics.
AMD con questo stratagemma voleva presentare al mondo i nuovi processori (i primi ad essere sviluppati in proprio “partendo da zero”) come se fossero il corrispondente della Kriptonite per Superman, ove in questo caso la parte di Superman l'avrebbe interpretata il gigante Intel.

Si può dire che la storia dei processori totalmente AMD parta dal 1995, quindi, quando venne introdotto sul mercato il K5.



3.1.1.1 AMD K5/K6/K6-2/K6-3

Il lavori al progetto K5 iniziarono nel 1992 nei laboratori di Austin, il team di sviluppo era inizialmente composto da due sole persone, alle quali se ne aggiunse una terza in seguito. Per la cronaca passarono diversi mesi prima che il numero di ingegneri impegnati nel progetto superasse quello degli avvocati presenti nelle aule.

Quello che ne uscì fuori dopo due anni di lavoro fu un qualcosa di veramente nuovo e creativo, un qualcosa che AMD presentò come la prima famiglia di CPU x86 compatibile completamente libera da tutte le proprietà intellettuali di Intel, microcodice compreso (nonostante Intel avesse comunque intentato una causa).

Il processore AMD K5 (prima noto come 5x86 e 5k86) venne introdotto con grande ritardo rispetto ai progetti iniziali (soprattutto per motivi di clock), nel marzo 1996, ma AMD del resto deteneva ancora consistenti quote nel mercato 486. Il K5 era un progetto ambizioso, un processore molto potente sul calcolo intero ma debole su quello in virgola mobile, molto più lento dell'Intel Pentium ma meglio del Cyrix 6x86 (che comunque raggiungeva frequenze maggiori). In breve questi sono i dettagli:

- Quinta generazione di processori x86 (compatibile)
- Architettura superscalare a 4 vie
- Pipeline: 5 stadi
- 5 unità di esecuzione: ALU, ALU/Shifter, FPU, Salto, Load/Store
- Frequenza: da 75 MHz a 133 MHz (previste versioni a 150 MHz)
- Tensione core: 3.52 V
- Transistor: 4.1 milioni
- Cache L1: 24 KB (8 KB dati + 16 KB istruzioni)
- FSB: 50 MHz, 60 MHz, 66 MHz
- Processo produttivo: 0.5 e 0.35 micron con 3 strati di metallizzazione

Il K5 era pin-to-pin compatibile con il pentium P54C di Intel, per cui montava senza problemi sulle schede madri socket 5 e socket 7.

Il K6 sembra, dal nome, l'evoluzione del K5 ma così in realtà non fu. Nell'autunno 1995 AMD acquisì la NexGen ed il suo avveniristico progetto Nx586, che portò alla realizzazione di un processore CISC con un meccanismo di traduzione delle istruzioni in RISC. Tale tecnica viene usata ormai in tutti i processori x86 sul mercato.

Il processore AMD K6 venne introdotto nel marzo 1997, e rimase ancora compatibile con il socket 7, al pari dei Pentium di Intel. In più, acquisì le istruzioni MMX introdotte da Intel proprio col Pentium. AMD decise di rinunciare a nominare i propri processori col Performance Rating (PR), per identificarli nuovamente con la propria frequenza. Questi i dettagli dei K6:

- Sesta generazione di processori x86 (compatibile)
- Architettura superscalare a 4 vie
- Pipeline: 5/6 stadi
- 7 unità di esecuzione: ALU, ALU/Shifter, FPU, MMX, Branch, Load, Store
- Frequenza: da 166 MHz a 300 MHz
- Tensione core: 2.2 V, 2.9 V, 3.3 V
- Transistor: 8.8 milioni
- Cache L1: 64 KB (32 KB dati + 32 KB istruzioni)
- FSB: 66 MHz
- Processo produttivo: 0.35 e 0.25 micron

Evoluzione diretta del K6 fu invece il K6-2, introdotto nel maggio 1998. Fu un processore ancora una volta compatibile col socket 7, che in seguito venne modificato per tenere le nuove frequenze di bus a 100 MHz (e venne chiamato Super Socket 7). Dopo Intel con le MMX, anche AMD introdusse delle istruzioni SIMD proprietarie, le 3DNow.

- Pipeline: 8 stadi
- 7 unità di esecuzione: ALU, ALU/Shifter, FPU, MMX/3DNow, Branch, Load, Store
- Frequenza: da 200 MHz a 533 MHz
- Tensione core: 2.4 V, 2.2 V, 2.0 V
- Transistor: 9.3 milioni
- Cache L1: 64 KB (32 KB dati + 32 KB istruzioni)
- FSB: 66 MHz, 100 MHz (talvolta 95 e 97 MHz)
- Processo produttivo: 0.25 micron

Il K6-III fu l'ultimo processore di sesta generazione di AMD, e l'ultimo ad utilizzare il socket 7 seppur nella versione a 100 MHz di bus. Venne introdotta nel die la cache L2 full-speed da 256 KB, ed espanso il set di istruzioni 3DNow. Il primo K6-III fu immesso nel mercato nel febbraio 1999. Dal K6-III più che dal K6-2 derivò il K6-2+ per sistemi notebook, con 128 KB di cache L2 integrata nel die.

- Pipeline: 8 stadi
- 7 unità di esecuzione: ALU, ALU/Shifter, FPU, MMX/3DNow, Branch, Load, Store
- Frequenza: da 400 MHz a 575 MHz
- Tensione core: 2.4 V, 2.2 V, 2.0 V
- Transistor: 21.4 milioni
- Cache L1: 64 KB (32 KB dati + 32 KB istruzioni)
- Cache L2: 256 KB
- FSB: 100 MHz
- Processo produttivo: 0.25 micron

I processori K6-III e derivati vennero prodotti sino a tutto il 2000. C'è da dire che sino all'introduzione del K7 Athlon AMD ha riscosso un discreto successo nel mercato value, con processori performanti ed a prezzi abbordabili, posizionandosi a metà strada tra i Pentium ed i Celeron, costando più o meno quanto questi ultimi.

In tutti questi anni, i processori AMD hanno sempre mostrato grande potenza di calcolo sugli interi (maggiore rispetto ad un pari frequenza di fascia alta di Intel) ma debole sul calcolo a virgola mobile.



3.1.1.2 AMD Athlon

La grande evoluzione per AMD ci fu nel giugno 1999 con il lancio del K7 "Athlon", che a differenza dei progetti precedenti andò prepotentemente ad affermarsi nella fascia alta del mercato, competendo direttamente con i Pentium III di Intel.

Dopo tre anni rispetto ad Intel anche AMD abbandona il socket 7 e si converte ad un aggancio a slot, chiamato slot A: tuttavia, è una scelta che verrà presto abbandonata da entrambi i produttori.

Con l'Athlon, cambia drasticamente l'architettura dei sistemi Athlon. Si fa uso del bus EV6, progetto derivato del team di sviluppo Alpha che tanto ha contribuito al design dell'Athlon. Il bus diventa a 200 MHz double pumped. La cache L2 raddoppia in dimensioni e torna esterna al processore, operante a 1/3, 2/5 o 1/2 della frequenza del processore (a seconda del modello). Anche la cache L1 raddoppia, sia per i dati che per le istruzioni (a tutt'oggi i processori AMD hanno un tale quantitativo di cache L1).

Il processo produttivo, inizialmente a 0.25 micron con il core Argon, scenderà a 0.18 micron con i core Pluto e Orion. Grandi miglioramenti nella FPU, divenuta più performante di quella dei processori Intel (che però in certi casi si avvalgono del supporto delle istruzioni SSE, molto più sfruttate nel mondo software). Questi primi Athlon furono ottimi processori da overclock, e grazie a questa capacità di salire in frequenza nell'aprile 2000 AMD raggiunse per prima il traguardo di un gigahertz nel mondo delle CPU. Da notare la particolarità delle operazioni di overclock, che non potevano ancora dipendere molto dalla variazione del bus quanto dal moltiplicatore, che poteva essere variato tramite l'uso di un'apposita schedina da applicare alla basetta del processore.

Ulteriore evoluzione ci fu in seguito con il core Thunderbird. Pochi esemplari furono prodotti su slot A, ma contemporaneamente venne introdotto di nuovo un aggancio su zoccolo (il socket A), come Intel aveva fatto già da qualche tempo col socket FC-PGA 370. La cache L2 viene dimezzata ma torna ad essere full-speed integrata nel die del processore. Sparisce anche la placchetta protettiva dal package della CPU.

In seguito il bus verrà innalzato a 266 MHz (133 MHz double pumped) con il modello Athlon 'C', mettendo definitivamente in crisi la concorrenza Intel.

- Core: Argon (K7); Pluto, Orion (K75)
- Pipeline: 10 stadi interi, 15 stadi virgola mobile
- Frequenza: 500-700 MHz (K7), 750-1000 (K75)
- Tensione core: 1.6 V (K7), 1.6-1.8 V (K75)
- Transistor: 22 milioni
- Cache L1: 128 KB (64 KB dati + 64 KB istruzioni)
- Cache L2: 512 KB
- FSB: 200 MHz (100 MHz double pumped)
- Processo produttivo: 0.25 micron (K7), 0.18 micron (K75)

- Core: Thunderbird
- Pipeline: 10 stadi interi, 15 stadi virgola mobile
- Frequenza: 650-1000 MHz (slot A), 650-1400 MHz (socket A)
- Tensione core: 1.7-1.75 V
- Transistor: 37 milioni
- Cache L1: 128 KB (64 KB dati + 64 KB istruzioni)
- Cache L2: 256 KB (full speed)
- FSB: 200-266 MHz (100-133 MHz double pumped)
- Processo produttivo: 0.18 micron



3.1.1.3 AMD Duron

3.1.1.4 AMD Athlon XP/MP/XP-M

3.1.1.5 AMD Athlon 64/64 FX

3.1.1.6 AMD Sempron

3.1.1.7 AMD Opteron

3.1.1.8 AMD Turion 64

3.1.1.9 AMD Athlon 64 X2

3.1.2 Peculiarità delle CPU AMD

3.1.2.1 Le istruzioni 3DNow

3.1.2.2 La tecnologia PowerNow!

3.1.2.3 Le estensioni AMD64

3.1.2.4 La tecnologia Cool'n'Quiet

3.1.2.5 Il No-Execute bit


3.1.2.6 Il link Hypertransport

Si tratta di una tecnologia di collegamento punto a punto. Il FSB, usato sulle CPU Intel e su quelle AMD di generazione precedenti al K8, porta qualche scompenso quando si ha a che fare con grandi quantitativi di dati da trasferire (vedasi domanda 1.14)

Mentre Intel ha continuato a spingere sull'FSB, AMD ha deciso di tagliare i ponti con il passato in modo da eliminare alla radice i problemi di crescita di prestazioni causati dal FSB.

In primo luogo le CPU AMD K8 (Athlon64, Sempron ed Opteron) hanno un interfaccia diretta con i moduli di RAM (collegamento diretta tra CPU e RAM, nessun FSB di mezzo): in questo modo una lettura/scrittura con la RAM è "lenta" lo strettamente necessario e non ci sono né il FSB e neppure il northbridge ad aggiungere altri ritardi tra CPU e RAM.

Per connettere *tutto il resto* invece si usa un altro tipo di collegamento: il bus HyperTransport, che in realta è un collegamento punto a punto, ovvero tra due dispositivi e basta. Se si vogliono collegare piu cose bisogna usare piu collegamenti HT in parallelo oppure "a catena".

Il vantaggio del bus HT e' che è un collegamento *seriale* i dati viaggiano a pacchetti su linee differenziali (due collegamenti per linea per trasmettere un singolo bit, il vantaggio e' che usando un segnale differenziale si possono usare voltaggi piu bassi e frequenze piu elevate su distanze piu lunghe).

Ma a differenza di altri link seriali, nel bus HT e' previsto un metodo standard di "disassemblaggio/riassemblaggio" dei pacchetti che permette di usare piu linee seriali "mettendole insieme". Un blocco di dati che viaggia su un bus HT ad N bit (N linee seriali differenziali) viene spezzettato in N pacchetti piu piccoli inviati uno per linea (e viaggiando "fuori sincronia sulle linee") che poi all'altro capo vengono "riassemblati" nel blocco originale (ci pensa l'hardware a tener conto delle differenze di sincronia in arrivo). In questo modo un link HT ad N bit puo avere linee di lunghezza "elevata" e "non omogenea" (in lunghezza) e ruscire pure lavorare a frequenze impossibili per un FSB con linee simili.

Oltre a questo, lo stesso meccanismo funziona sia con bus HT a 2, che a 4, che ad 8, che a 16 bit (ci pensa sempre l'hardware a spezzettare/riassemblare) quindi se per certi tipi di applicazioni non serve molta banda e si vogliono risparmiare delle linee, si possono usare connessioni "meno ampie" senza dover fare modifiche al software.

Come se non bastasse, le linee del bus HT sono unidirezionali ovvero se c'e' un bus HT ad N bit tra il chip A ed il chip B ci sono N linee "orientate" da A a B (A scrive e B legge su esse) ed altre N linee "orientate" da B ad A (B scrive ed A legge da esse). Questo significa che un bus HT ad N bit e' *full duplex* (in ogni istante puo esserci un pacchetto che viaggia in un verso ed uno che viaggia in verso opposto).

Visto che le periferiche su bus AGP, PCI, ecc, ecc. sono *tante* ma sono pure piu *lente* della CPU, il fatto che il bus HT sia full duplex torna molto utile (mentre scrivi qualcosa ad una periferiche, puoi ricevere la risposta da un altra tenendole entrambe al lavoro e fornendo alla CPU molta piu roba da fare invece di "costringerla" ad attendere una risposta da roba piu lenta).

Un altro vantaggio del bus HT e' che puoi avere fino a due pacchetti in transito (uno in un senso e l'altro in quello opposto) *per ogni collegamento*. Quindi se si hanno tre dispositivi A, B, C collegati a catena con bus HT, si possono avere sino a 4 pacchetti in transito. Se invece si utilizza un collegamento FSB tra A e B e poi link dedicato tra B e C, hai al massimo 2 pacchetti in transito.

Questo significa che usando l'HT le linee vengono utilizzate in modo molto piu efficiente, con meno tempi morti e con più elementi "che lavorano" invece di girare i pollici in attesa che arrivi qualcosa.

Oltre a questo i link HT possono essere usati per collegare tra loro le CPU su sistemi multiprocessore o multicore (senza bisogno di chip "specializzati" o di dover condividere il FSB come fanno le attuali CPU Intel).

La tecnologia HyperTransport è stata sviluppata da un apposito consorzio, alla cui presidenza c'è stato, dalla fondazione sino al 2004, il "nostro" Gabriele Sartori, un tempo attivo anche su it.comp.hardware.cpu.
Lorenzo Micheletto



3.1.2.7 Il controller di memoria integrato

3.2 Le CPU Intel

3.2.1 Le varie CPU Intel

3.2.2.1 Intel Pentium II/Celeron

3.2.2.2 Intel Pentium III

3.2.2.3 Intel Xeon

3.2.2.4 Intel Pentium 4/4M

3.2.2.5 Intel Celeron II

3.2.2.6 Intel Pentium M/Celeron M

3.2.2.7 Intel Pentium 4 Extreme Edition

3.2.2.8 Intel Xeon DP/MP

3.2.2.9 Intel Pentium D

3.2.2 Peculiarità delle CPU Intel

3.2.2.1 Le istruzioni SSE/SSE2/SSE3

3.2.2.2 La tecnologia Speedstep

3.2.2.3 L'architettura Netburst

3.2.2.4 La tecnologia Hyperthreading (HT)

3.2.2.5 Il bus quad-pumped

3.2.2.6 La tecnologia EIST

3.2.2.7 Le estensioni EM64T

3.3 Le CPU VIA

3.3.1 VIA Eden

3.3.2 VIA C3 Nehemiah

3.3.3 VIA C7M

3.4 Perché il mio Athlon xxxx+ non va a xxxx MHz?

3.5 Cosa indica la sigla che segue il nome del mio Pentium?

3.6 Le CPU per sistemi embedded

3.6.1 AMD Geode GX/NX

3.6.2 Intel StrongARM/XScale

3.7 Come riconosco la mia CPU?

3.8 Le principali CPU per workstation

3.8.1 IBM PowerPC 620

3.8.2 Intel Itanium

3.8.4 Sun UltraSPARC

3.9 CPU uscite dal mercato ma degne di nota

3.9.1 IBM PowerPC G4/G5

3.9.2 Transmeta Crusoe/Efficeon
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Old 23-12-2005, 10:46   #5
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Sezione 4 - problemi con le CPU

4.1 La mia CPU scalda troppo! Come posso fare?

Con gli ultimi processori, è bene evitare di superare i 55 °C. In ogni caso, i produttori di CPU forniscono una temperatura orientativa oltre la quale è bene che i processori non operino se non per qualche istante, detta Maximum Case Temperature. Si possono trovare tali valori in questo sito:
http://users.erols.com/chare/elec.htm
E' sempre bene, va detto, tenersi almeno una decina di gradi al di sotto di tali valori. Se le temperature della CPU raggiungono valori ragguardevoli, è il caso di correre ai ripari. Le cause, esclusi danni fisici al processore o al suo core, possono essere tre:
1) problemi alla ventola;
2) dissipatore inadeguato/sporco;
3) problemi di accoppiamento processore-dissipatore.

1) Se il problema è comparso di punto in bianco, quasi sicuramente è un problema alla ventola. Questo componente è in funzione per tutto il tempo di utilizzo del PC, in un ambiente che nella maggior parte dei casi non è dei più puliti. Infatti se apriamo un case sicuramente troviamo quintali di polvere. Essa si deposita o sulle pale della ventola, sbilanciandole e rallentandole, oppure all'interno dei cuscinetti, mescolandosi ed impastandosi al grasso presente, bloccando o rallentando notevolmente il flusso di aria prodotto.
Se non si riesce a sistemare il tutto, il metodo più veloce per risolvere l'inconveniente è sostituire la ventola, costa una decina di euro. purtroppo non è sempre facile trovarne una sostitutiva, in quanto nella maggior parte dei casi le ventole vengono vendute già montate sul dissipatore.

2) Se il problema si è sempre manifestato potrebbe anche essere dovuto al dissipatore non adeguato. Infatti quelli venduti assieme alla cpu nelle confezioni "boxed" non hanno dimensioni e struttura sufficiente a dissipare il calore prodotto in caso di utilizzo intensivo del processore. In questo caso l'unica soluzione possibile è quella di sostituirlo con uno più efficiente. Però prima controllate che non sia semplicemente pieno di polvere, che ostruisce il passaggio dell'aria.

3) Potrebbe anche trattarsi dell'accoppiamento processore/dissipatore non perfetto. Infatti se i due componenti non sono perfettamente combacianti il traferimento termico non è ottimale e quindi la cpu si riscalda molto facilmente e rapidamente. L'accoppiamento tra processore e dissipatore si può ottenere o tramite pad termici (quei quadratini rosa o grigi che solitamente si trovano attaccati al dissipatore) oppure tramite pasta termoconduttiva, ovvero una pasta, solitamente a base di siliconi, rame o argento) che, posta sulle due superfici di contatto, "livella" le microasperità presenti e fa combaciare esattamente le superfici stesse, permettendo un ottimo scambio termico. Bisogna prestare attenzione in fase di applicazione, onde evitare di metterne troppa e ottenere l'effetto contrario (vedasi domanda 2.5: "Cos'è la pasta termica?").



4.2 La ventola fa un rumore insopportabile.

Ci sono dissipatori che funzionano nativamente con ventole che girano a frequenze elevate, sino a 5000 giri al minuto. Per quanto siano ben costruite, sono rumorose e c'è poco da fare. I dissipatori in commercio negli ultimi tempi hanno un occhio di riguardo anche per il rumore generato, per cui si adattano alla temperatura del processore e presentano ventole grandi a basso regime di rotazione. La sostituzione del dissipatore (o, se possibile, della sola ventola), è la cosa da fare nel caso non ci siano danni o impedimenti al funzionamento. Supponiamo ora dunque che ci siano.

La causa principale del rumore della ventola è la polvere che si deposita sulle pale o sui cuscinettti a sfera. Se il problema è sulle pale è sufficiente rimuovere il dissipatore dal processore e provvedere a pulirlo bene prima tramite aria compressa e poi rimuovere le "incrostazioni" di polvere dalle pale e dal corpo della ventola. Nella maggior parte dei casi si risolve in tal modo. Se invece il rumore continua e la ventola presenta difficoltà ed essere mossa a mano (facendola girare rallenta subito) si può provare a sollevare l'adesivo che copre il foro del perno della girante, e, dopo aver ripulito la zona, introdurre una goccia di olio per macchine da cucire. Se neppure così si risolve il problema è proprio il caso di cambiare ventola.



4.3 Problema opposto: la ventola non si sente...

Questo potrebbe non essere un problema. Non lo è solitamente nel caso di sistemi notebook, ad esempio, per cui la ventola può essere effettivamente ferma. Nei sistemi desktop più comuni una ventola ferma è invece insolita, mentre una ventola in moto ma molto silenzioso potrebbe voler dire poco. Se la ventola gira, muove aria ma non fa rumore... ritenetevi soddisfatti e fortunati!

I processori di ultima generazione hanno sistemi di sicurezza per cui l'improvvisa interruzione del flusso d'aria non è più causa di morte del processore in pochi secondi come sino a qualche anno fa (e meno male). Oggigiorno, ci si può arrischiare anche a staccare il dissipatore mentre il computer è in funzione. Nel caso di processori più vecchi (sino a Pentium III per Intel e Athlon XP per AMD), è meglio che spegnere subito il pc e controllare se effettivamente gira, perché tali processori senza ventola attiva possono rovinarsi in modo irreparabile in breve tempo, a seconda anche dei sistemi di protezione della scheda madre.

Controllare che il cavo della ventola sia collegato correttamente; se non funziona provare a collegare la ventola ad un'altra presa presente sulla mainboard; se neppure lì funziona, provate con una ventola nuova le prese, non è troppo raro che "muoiano" i 12 V di alimentazione delle ventole. Se così fosse esistono degli adattatori, che potete anche costruirvi voi con un minimo di manualità, che permettono di collegare una ventola ad un connettore molex (quelli delle periferiche).

In ogni caso, è sempre opportuno tenere d'occhio le temperature del processore e del chipset della scheda madre (vedere domanda 2.10: "Con cosa posso osservare la temperature della CPU?").



4.4 Il sistema è instabile: colpa della CPU?

4.5 Il sistema di punto in bianco si è spento: colpa della CPU?

4.6 Non riesco ad attivare il Cool'n'Quiet.

4.7 La mia CPU va a xxxx MHz quando dovrebbe andare a yyyy MHz.

4.8 Perché il sistema rallenta di continuo/ogni tanto?

4.9 Perché vedo l'occupazione della CPU al 50% anche se è a pieno carico?

4.10 La CPU mi è caduta! Si è rotta?


Non è possibile avere la sfera di cristallo per dire se una cpu cadendo si è rotta, però alcune semplici osservazioni possono essere utili.

I piedini: se si sono piegati/rotti dei piedini, di sicuro qualche problema ci sarà. A questo proposito guardate il punto 4.13.

Una seconda cosa da guardare è il core, se questo non è coperto dal coperchietto: se è intero e non presenta scheggiature potreste essere fortunati; altrimenti, riferirsi alla domanda 4.12. Se il processore invece ha il coperchietto di protezione, è molto improbabile che abbia subito danni al core. Non ci sono altre zone particolarmente sensibili di rottura in seguito ad una caduta, per cui è ben difficile che si rompano.



4.11 Perché il mio Athlon/Duron/Sempron non ha il coperchietto?

Forse perché non è previsto che ce l'abbia. Solo in tempi più recenti le CPU prodotte sono tutte protette da un coperchietto metallico, mentre in passato il die del processore rimaneva nudo alla vista.

Tutte le CPU Intel desktop e server dal Pentium 4 in poi sono dotate di coperchietto di protezione. Caso particolare è quello delle CPU AMD, che ai tempi del K6-2 e K6-3 vendeva CPU con il coperchietto, per poi toglierlo (forse per motivi economici) ai tempi dell'Athlon, e poi del Duron e del Sempron, su socket A, e quindi reintrodurlo di nuovo con le CPU Athlon 64 e derivate.

Tutti i processori notebook, sia Intel che AMD, sono venduti senza coperchietto di protezione, per migliorare spazi e scambio termico col dissipatore del computer.



4.12 La mia CPU si è scheggiata: funzionerà?

Se il die della CPU ha angoli scheggiati, grossi graffi, è rotto in due, le possibilità che funzioni sono piuttosto basse. Stessa cosa dicasi per le piste presenti: se sono interrotte visibilmente di sicuro la CPU è da buttare. Solo una prova e un benchmark può in ogni caso confermare se la CPU è funzionante oppure no. E' comunque piuttosto raro che una CPU si rompa solo parzialmente: solitamente, o va o non va. Ci sono stati comunque alcuni casi in cui una leggera scheggiatura non aveva compromesso il funzionamento del processore, ma lo scambio termico col dissipatore, per cui la temperatura raggiungeva valori molto alti e la CPU presentava comportamenti bizzarri.

Attenzione: può essere pericoloso per l'integrità della mainboard una prova con un processore rovinato!!
Un danno alla scheda madre è un'eventualità poco comune ma che può capitare.



4.13 La mia CPU ha dei piedini storti/rotti: si possono sistemare?

Se i piedini sono solo storti, probabilmente potete ancora recuperare il processore, basta non essere bruschi. I piedini sono relativamente resistenti e possono essere riportati dritti senza troppi inconvenienti, dovete solo fare attenzione a muoverli con movimenti dolci e senza intaccare quelli vicini. L'oggetto migliore per una soluzione "casalinga" rimane una scheda telefonica rigida, tipo carta di credito o simili, almeno nei casi di processori non recentissimi. Si infla la carta nella fila di piedini e si rialliano poco alla volta, prima in un senso poi nell'altro, sempre facendo attenzione a non sforzare.

Con processori recenti invece è leggermente più difficile in quanti i pin sono molto più vicini, non si riesce quasi mai a raddrizzarli "tutti in una volta", ma conviene farlo uno ad uno con qualcosa di piccolo, ad esempio uno stuzzicadenti.

Nel caso invece di piedini rotti, con le CPU moderne nel 99% dei casi non c'è nulla da fare. Ai tempi dei primi Pentium si potevano riattaccare con un saldatore di precisione e una mano ferma, ma con i processori attuali è molto difficile, se non quasi impossibile. Se ve la sentite, potete portare il processore dall'orefice e chiedergli di saldarvi il piedino con dell'argento.

Attenzione: può essere pericoloso per l'integrità della mainboard una prova con un processore rovinato!!
Un danno alla scheda madre è un'eventualità poco comune ma che può capitare.


4.14 Ho preso una CPU nuova: il mio sistema l'accetterà?

Prima di tutto, bisogna verificare se il socket è lo stesso! Eventualmente riferirsi alla domanda 1.4, "Cos'è un socket?". In secondo luogo, bisogna sapere se il chipset della scheda madre è in grado di supportare tale CPU. Con i processori AMD, sia della famiglia K7 che K8, il problema non è enorme, perché qualunque processore della famiglia K7 su socket A può essere montato su una qualsiasi scheda madre K7, funzionando al limite a frequenze più basse. Il problema invece è del tutto eliminato con i processori della famiglia K8.

Caso più difficile è quello dei processori Intel, per cui è possibile che non effettuino neppure il boot a seconda del supporto che offre il chipset. Certamente, più recente è il chipset, maggiore è la compatibilità.

Terza considerazine da fare riguarda il supporto del BIOS: può capitare infatti che nonostante il chipset riesca a supportare il processore, esso non venga riconosciuto perché è di una revision introdotta dopo l'acquisto della scheda madre. In questo caso, è probabile che il sistema parta ma che sia necessario aggiornare il BIOS per sfruttare al meglio le caratteristiche del processore.

Come quarto punto, ci sono delle considerazioni di tipo elettrico: la scheda madre deve essere in grado di fornire tensioni e corrente adeguate per l'alimentazione del processore, pena instabilità del sistema. I processori Intel con architettura Netburst di recente hanno molto sofferto questo aspetto.

Infine, il sistema operativo potrebbe fare delle bizze, per cui è necessario comunque reinstallarlo. Ad esempio, Windows 2000 dev'essere reinstallato per poter sfruttare l'Hyperthreading passando da una CPU Celeron ad una Pentium 4 o dual core.



4.15 La frequenza della mia CPU cala senza apparente motivo: perché?
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Sezione 5 - Tweaking

5.1 In cosa consiste l'overclock? E il downclock?

5.2 In cosa consiste l'overvolt? E il downvolt?

5.3 L'overclock è una pratica sicura? E l'overvolt?

5.3.1 Cos'è il burn-in di una CPU?

5.3.2 Cos'è il fenomeno dell'elettromigrazione?

5.4 Esiste una temperatura minima per le CPU?

5.5 E' possibile cambiare le caratteristiche della mia CPU?

5.5.1 Da Duron ad Athlon XP: più cache L2

5.5.2 Da Athlon XP ad Athlon MP: via col SMP

5.5.3 Da Athlon XP ad Athlon XP-M: cambiare il moltiplicatore

5.5.4 Da Athlon XP core Thorton a core Barton: ancora più cache L2

5.5.5 Pentium 4 e moltiplicatore a 14.

5.6 Ci sono problemi a togliere il coperchietto d'alluminio?
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Sezione 6 - la storia della CPU

6.1 Le prime CPU

6.2 La CPU degli albori dell'era informatica

6.2.1 Zilog Z80

6.2.2 Morotola 68000

6.2.3 Acorn Archimedes

6.3 La nascita del gigante Intel

6.4 Il ruolo di AMD e Cyrix

6.5 La scissione e l'introduzione del Pentium

6.6 Un grosso colpo ad Intel: AMD Athlon


Nell'estate 1999 AMD, che sino a quel momento era relegata al ruolo di secondo piano di fornitore di processori per sistemi a basso costo (con quote dell'ordine del 5% del mercato totale), lancia sul mercato l'Athlon, il risultato del lungo lavoro culminato con l'architettura K7.

Il processore si poneva prepotentemente nel segmento medio-alto delle CPU, contrastando direttamente il dominatore Pentium III, con risultati eccellenti e a prezzi inferiori alla concorrenza. Il mercato fu quasi spiazzato: per la prima volta dopo tanti anni, Intel veniva battuta anche sul campo della performance pura, oltre che su quello del rapporto prezzo/prestazioni, e questa volta con un progetto interamente sviluppato al di fuori di Santa Clara.

Ma i fatti erano incontestabili: gli Athlon avevano performance migliori, a prezzi leggermente inferiori, ed erano un gioiellino da overclock (alcuni esemplari hanno sfiorato incrementi di clock del 90%!). La sfida al mercato delle CPU, che rischiava di sparire con l'addio di IBM/Cyrix, si era riaperta prepotentemente. AMD aveva in previsione di raggiungere nuovamente il 30% del mercato entro due anni.

E pareva avesse le carte in regola: nell'aprile del 2000, AMD fu il primo produttore di CPU ad immettere nel mercato un processore della frequenza di 1000 MHz, raggiungengo così con qualche giorno d'anticipo rispetto ad Intel la fatidica soglia del gigahertz.

Ma le cose non andarono esattamente così. La ridimensionata capacità produttiva di AMD era addirittura surclassata dalla scarsa disponibilità di chipset per i suoi processori, per i quali dovette sopperire in parte AMD stessa con l'introduzione del chipset 750 (Irongate). Il principale partner produttore di chipset, la taiwanese VIA, introdusse i primi chipset KX133, che però si dimostrarono di scarsa stabilità.

AMD in seguito raggiunse quote di mercato dell'ordine del 15% con la successiva introduzione degli Athlon core Thunderbird e del socket A: un ottimo risultato, ma ben lontano dalle ottimistiche stime iniziali.

Intel, invece? Pur potendosi avvalere dell'eccellente chipset BX440 e del successivo i810, doveva fare i conti con un processo produttivo ormai alla frutta, ed un progetto vecchio che non teneva il passo con i nuovi Athlon con bus a 133 MHz. Il tentativo di introduzione sul mercato del Pentium III core Coppermine alla frequenza di 1133 MHz si rivelò una grossa figuraccia: il processore fu ritirato dal mercato perché instabile anche alle frequenze e tensioni di fabbrica.

Gli Athlon invece avevano già raggiunto la soglia di 1.2 GHz, mentre AMD aveva lanciato da poco la linea di processori Duron, derivati dagli Athlon ed orientati al mercato value dei processori in diretta concorrenza con i Celeron di Intel. Si può dire che in questo caso il divario con la controparte di Santa Clara era ancora più netto in favore di AMD.

Intel, pur essendo ancora di gran lunga il leader del mercato (grazie al suo settore marketing ed alle superiori capacità produttive) corse in fretta ai ripari, introducendo prematuramente sul mercato il suo nuovo progetto: il Pentium 4 core Willamette, con l'architettura Netburst.

Tale processore, studiato appositamente per salire in frequenza, fu lanciato sul mercato nel novembre 2000 alle frequenze di 1.4 e 1.5 GHz, lasciando però grandemente perplesso il mondo degli appassionati del settore. Il processore, pur vantando frequenze elevate, peccava di una bassa efficienza, tanto che pure la versione ad 1.7 GHz di clock veniva in diversi compiti facilmente surclassato dagli Athlon top di gamma ed addirittura dagli ultimi modelli di Pentium III, senza contare il prezzo notevolmente inferiore di queste CPU.

Inoltre, c'erano altre dettagli da considerare: così come vennero lanciate, le piattaforme Pentium 4 richiedevano l'uso di memorie RIMM della RamBus. Questa mossa fu vista dagli analisti come un tentativo di Intel di imporre sul mercato, con la sua forza produttiva egemonica, delle memorie di cui deteneva parecchi diritti, contro le nascenti memorie DDR, molto promettenti ed a basso costo.

Le memorie RIMM furono invero già adottate da Intel sin dai Pentium III, ma l'introduzione lasciò un brutto ricordo per via delle pecche del chipset i820 (Camino) che le doveva gestire (in sostanza, pur essendo previsti non era possibile installare più di due banchi di memoria). Tali memorie offrivano prestazioni eccellenti in termini di bandwidth (e cattive come latenze) ed il loro costo, al tempo, era altissimo: quattro volte tanto le classiche memorie SDRAM, e due volte quello delle DDR.

L'obiettivo di Intel era quello di far abbassare progressivamente il costo delle memorie RIMM, ma alla fine dovette cedere all'evidenza che tali memorie non sarebbero mai state competitive quanto a prezzo per l'utenza comune, e quindi dovette ripiegare sull'uso delle classiche SDRAM, e più tardi delle DDR (già da tempo adottate da AMD).

Il terzo punto che giocava contro l'adozione dei Pentium 4 era la brevissima longevità del socket originale, il 423, che venne abbandonato già dopo un anno a favore del nuovo socket 478. AMD, invece, continuava ad usare il socket A a 462, e non aveva alcuna intenzione di cambiare.

Anzi, per AMD arrivarono i tempi migliori, con l'introduzione nel 2001 dell'Athlon XP core Palomino, che portarono con sé la piccola sorpresa del Model Number, vale a dire una sigla atta a contraddistinguere i suoi prodotti in base alle prestazioni. In sostanza, si trattava di un artificio a livello di marketing per non far sfigurare le CPU AMD, caratterizzate da un "bassa" frequenza in relazione alle CPU Intel Pentium 4. Per gran parte degli utenti, del resto, maggior frequenza era ancora sinonimo di maggiori prestazioni...

AMD raggiunse nuovi massimi nelle quote di mercato, con circa il 18%, grazie anche alla FAB30 di Dresda ormai a regime, ma col tempo cominciò a mostrare dei limiti coi suoi processori, che altra innovazione non portavano se non quella di alzare la frequenza tramite moltiplicatore. Intel, invece, preparava il suo ritorno ai vertici.



6.7 Northwood e Hyperthreading: il ritorno del gigante

Nel maggio 2002 Intel introdusse nel mercato il nuovo core Northwood per i suoi processori Pentium 4. Nuovo processo produttivo a 130 nm, frequenza di bus quad pumped a 533 MHz, cache L2 raddoppiata: queste dovevano essere le carte vincenti del Northwood, che ancora però ne riservava una per il futuro. Tuttavia, il nuovo core permise ad Intel di raggiungere frequenze superiori ancora fuori dalla portata di AMD con i suoi Athlon XP (che non potevano vantare pari model number), e di riguadagnare quote di mercato.

AMD in seguito introdusse a sua volta il processo a 130 nm con il core Thoroughbred, ma Intel nel novembre 2002 svelò un'altra carta: col processore Pentium 4 a 3.06 GHz venne abilitata la tecnologia Hyperthreading, sino a quel momento tenuta disattivata nei processori desktop ma già usata nelle CPU per workstation Xeon. AMD, al tempo, era ferma al bus a 133 MHz ed all'Athlon XP 2600+.

L'ultimo colpo al progetto Athlon fu portato dall'innalzamento del bus quad pumped delle CPU Pentium 4 a ben 800 MHz, e dall'adozione dell'Hyperthreading anche nei processori di fascia più bassa (sin dai 2.4 GHz). Tali processori erano ottimamente performanti e facilmente overcloccabili, per cui il verdetto era chiaro: Intel aveva senza alcun dubbio riguadagnato la supremazia nelle prestazioni.

Per quanto il mercato attorno ad AMD si fosse ormai smosso, con l'ingresso nel mercato dei chipset di NVidia (di Santa Clara come Intel), grosso competitor nel mercato delle schede video, la situazione per la compagnia di Sunnyvale era stagnante: il core Barton, con i suoi 512 KB di cache L2, non consentiva di superare il muro dei 2200 MHz, mentre il bus portato prima a 166, poi a 200 MHz comunque non permetteva di affermare che un Athlon XP 3200+ fosse potente quanto un Pentium 4 a 3.2 GHz. Anche i consumi erano elevati.

I processori AMD ormai performavano meglio della controparte Intel in pochissimi campi (calcolo scientifico e compilazione software soprattutto), con un sostanziale pareggio nel settore videoludico, mentre erano chiaramente perdenti in tanti altri settori. Pur offrendo processori ad un prezzo assai competitivo (anche il 40% meno costosi della controparte Intel), ormai era giunto il momento di cambiare radicalmente architettura. Solo nel mercato value AMD poteva vantare risultati di prestigio, con i Duron e gli Athlon di fascia bassa che battevano facilmente dei Celeron dalle prestazioni ridicole e dai consumi elevati.



6.8 AMD Athlon 64 e la sfida all'innovazione

Nel 2003, AMD non si fece cogliere impreparata con l'appuntamento con l'innovazione. Il progetto K8 era giunto alla maturazione: nell'aprile 2003 venne lanciato sul mercato server l'Opteron. Il notevole numero di innovazioni introdotte fecero del nuovo nato della casa di Sunnyvale un vero campione di prestazioni, confermando subito l'attenzione degli appassionati del settore già molto alta sin da allora. Migliore efficienza, migliori consumi (grazie all'uso della tecnica SOI), miglior sicurezza erano i punti fondamentali del nuovo progetto, e furono centrati in pieno.

Per vedere però l'introduzione della nuova architettura in ambito desktop si dovette attendere il settembre 2003, con il lancio dell'Athlon 64 (anche in versione FX). Il processore Athlon 64 3200+, lanciato su socket 754 ed operante ancora su singolo canale di memoria (Opteron ed Athlon 64 FX erano double channel) mostrava comunque ottime performance, pareggiando ed addirittura superando le prestazioni dei Pentium 4 in campi prima di allora di esclusivo appannaggio Intel.

Il rovescio della medaglia fu però duplice: da una parte, era ben noto che il socket 754 sarebbe stato presto abbandonato dai processori top di gamma AMD nel corso del 2004, per il nuovo socket 939, che avrebbe significato un doppio canale RAM anche per i desktop AMD; dall'altra parte, era ormai chiaro che AMD non aveva più intenzione di svendere i suoi processori per restare sul mercato, ed ora gli Athlon 64 costavano all'incirca quanto le CPU di Intel a parità di frequenza/modello.

Ma AMD aveva tutte le ragioni per agire così: in fondo, era suo dovere risanare un'economia da diversi semestri in rosso, e ripagare la fiducia degli investitori. Del resto, il progetto K8 era appena agli esordi, e poteva maturare ancora tantissimo. Inoltre, la presenza del controller di memoria integrato nel processore faceva sì che schede madri e chipset fossero di più semplice produzione, e tutte all'incirca di pari prestazioni, risolvendo alla base gran parte del problema cronico di AMD non avere una sezione chipset che garantisse gli standard per le sue piattaforme.

Il gigante di Santa Clara, invece, era ancora fermo al progetto Pentium 4 e all'architettura Netburst. Un'idea nuova venne lanciata nel mercato portatili con l'introduzione del Pentium M core Banias, frutto dello sviluppo dell'equipe israeliana, e di tutta la piattaforma Centrino. Tale processore, del tutto diverso dal Pentium 4 e molto più simile al Pentium III, capace di abbinare ottime prestazioni e bassissimi consumi, sarebbe diventato in breve il dominatore del mercato notebook, ma Intel non permise mai la sua introduzione nel segmento desktop, per motivi sia di marketing che di capacità produttiva.

Nel segmento desktop, dunque, venne lanciato negli ultimi giorni del 2003 il Pentium 4 core Prescott, per sopperire all'incapacità dei Northwood di salire in frequenza stabilmente oltre i 3.2 GHz. Tuttavia, ben presto si rivelò un altro passo falso di Intel: nonostante il processo produttivo a 90 nm i consumi divennero ancora più elevati; nonostante 1 MB di cache L2, la lunga pipeline a 31 stadi fece sì che il Prescott risultasse leggermente meno performante a parità di frequenza del Northwood in parecchi campi; e nonostante la pipeline più lunga, per quanto detto, i Prescott non riuscivano a raggiungere facilmente frequenze oltre i 3.6 GHz.

Un'altra mossa importante di AMD, invece, consiste nell'introduzione delle estensioni a 64 bit anche nel mercato desktop. La sfida, purtroppo, non è stata generalmente colta, dal momento che la Microsoft (che già aveva sviluppato versioni di Windows a 64 bit per Intel Itanium) non ha rilasciato la sua versione definitiva a 64 bit di Windows XP Pro per estensioni a 64 bit che nell'aprile 2005, dopo due anni dall'introduzione degli Opteron sul mercato. Sino a quel momento, solo Linux ha garantito fin da principio il supporto a tale tecnologia, ed anche oggi la diffusione del software a 64 bit si può dire minima.

Risulta comunque evidente la scarsa volontà di Microsoft di rilasciare una versione speciale del suo sistema operativo per la sola AMD. Ma fu altrettanto evidente che Microsoft non aveva alcuna intenzione di svilupparne una seconda versione per le estensioni a 64 bit proprietarie che Intel stava per immettere sul mercato. Questo segnò un passo fondamentale nella storia dei processori: per la prima volta, fu Intel a copiare da AMD e non viceversa, con l'adozione delle estensioni EM64T nei processori Pentium 4, agli inizi del 2005 (già a metà 2004 con gli Xeon core Nocona).

Per riprendere la storia dell'hardware, nella prima parte dell'anno 2004, Intel introduce il socket T LGA-775, che desta ulteriore perplessità tra gli utenti per via dell'eliminazione dei pin dal package dei processori, e dell'iniziale fragilità di tale sistema di aggancio. Un altra piccola noia per Intel, insieme a quella dei consumi, che il nuovo socket non risolve. Il problema è aggravato dal fatto che i processori Intel, sino a quel momento, non avevano tecnologie per la variazione dinamica della frequenza, a differenza dei processori Athlon 64 e derivati, che già consumavano meno e godevano pure della tecnologia Cool'n'Quiet.
In seguito anche Intel si adatterà al tipo di soluzioni AMD, per quanto riguarda il risparmio energetico, ed anche per l'adozione del cosiddetto No Execute Bit, un indicatore della memoria che impedisce l'esecuzione di codice malevolo nelle aree di memoria riservate ai dati.

Nell'estate 2004 AMD introduce finalmente il socket 939, e nel settembre lancia sul mercato, con 9 mesi di ritardo rispetto ad Intel, il processo produttivo a 90 nm con il core Winchester. In molti hanno tradotto questo ritardo in una maggior cura nella progettazione del die shrink, che alla fine si è tradotto, a differenza di quanto avvenuto coi Prescott, in un'effettiva (e netta) riduzione dei consumi. In seguito, il processo produttivo di AMD, grazie anche alla partnership con IBM, migliorerà ulteriormente con l'utilizzo del Dual Stress Lines (DSL), usato per la prima volta con gli Athlon 64 FX-55.

AMD in tutto questo periodo ha riguadagnato lentamente ma costantemente quote di mercato, riportandosi sui massimi dei tempi dell'Athlon XP, segno della bontà del progetto K8, particolarmente apprezzato soprattutto nel segmento server. Anche nel mercato notebook, fortemente dominato dai Pentium M core Dothan, AMD è rientrata come protagonista con l'introduzione del processore Turion 64, espressamente indicato per sistemi notebook. Tale processore è sostanzialmente un Athlon 64, ma con consumi ridotti sino a 25 e 35 watt. Certo manca un marchio da contrapporre a quello Intel di Centrino, ma tutto ciò è bastato per suscitare l'interesse dei produttori e farli guardare con interesse al futuro.

La nuova sfida tecnologica, con l'avvicinarsi dei limiti fisici per la salita in frequenza dei processori (Intel è ancora ferma a 3.8 GHz, AMD a 2.8 GHz) è rappresentata dall'introduzione dei processori dual core.
Mentre l'architettura K8 è nata in previsione proprio di tale tipo di evoluzione, quella dei Pentium 4 no. Eppure è stata proprio Intel, nell'aprile 2005, ad introdurre i suoi Pentium D core Smithfield, seguita subito da un paper launch di AMD dei suoi Athlon 64 X2. Il mercato fu spiazzato da questa mossa, perché mentre Intel ha lanciato i suoi processori dual core nel segmento medio-basso del mercato desktop, relegando il solo Pentium Extreme Edition 840 in quello alto, AMD ha preferito orientare i suoi processori dual core in un segmento ben più alto, dai 450 dollari in su.

In ogni caso, quando un confronto a parità di prezzo è stato possibile, si è rivelato quanto buono il progetto K8 fosse in previsione dell'architettura dual core: gli Athlon 64 X2 scalavano ottimamente col numero di core, e si comportavano in maniera eccellente nel multitasking, riallineando le prestazioni dei suoi processori con la controparte Intel, che sino a quel momento avevano sempre goduto della tecnologia Hyperthreading e si erano sempre avvantaggiati anche in maniera sensibile nei programmi multithreaded. Ancora una volta AMD ha saputo vincere la sfida tecnologica, relegando i processori Intel ad essere più performanti solo in una risicata porzione di applicativi e di budget.

Nel dicembre 2005 Intel ha lanciato i suoi primi processori a 65 nm, i Pentium D dual core Presler: questa volta c'è stato un effettivo calo dei consumi, ma siamo ancora ben lontani dai risultati di AMD. Nel gennaio 2006, al CES di Las Vegas Intel ha lanciato infine le sue CPU per portatili dual core, i Pentium M core Yonah.

Al di fuori del mercato x86 dei processori, è avvenuta una svolta che si può dire epocale: il 7 giugno 2005 Apple, partner storica dei processori IBM PowerPC e grande bandiera del fronte anti-x86, ha deciso di passare dalla parte del "nemico" e di adottare processori Intel per le successive generazioni dei suoi computer. Da tempo Apple era insoddisfatta dei progressi tecnologici che IBM le dava, e già da qualche semestre era in preparazione un porting del suo sistema operativo MacOS per piattaforme x86. L'11 gennaio 2006 Apple ha lanciato i primi sistemi iMac e MacBook Pro con piattaforma Intel Centrino Duo.

Un ultimo fatto merita considerazione, pur non essendo legato direttamente all'hardware quanto al grigio mondo dei tribunali. Nel corso del 2004 e del 2005, AMD ha denunciato Intel in varie parti del mondo per varie attività tese ad ottenere il monopolio, con atteggiamenti compiacenti con i partner e minacciosi con chi voleva vendere sistemi equipaggiati con CPU della concorrenza. Molti per questa mossa hanno criticato AMD, che invece avrebbe potuto impegnare nella ricerca le risorse spese nei tribunali, ma i risultati da qualche parte hanno cominciato a fare capolino: in diversi casi Intel è stata condannata, ed alcuni partner storici del gigante di Santa Clara hanno ripreso interesse per i processori AMD. Si attende ancora un serio lancio di sistemi AMD da parte di Dell, anche se sempre più voci parlano di un cambiamento in tal senso.

Queste sono le quote di mercato dei due produttori di CPU nel mercato desktop negli ultimi tempi:

Codice:
         AMD   Intel
Q4 2003  14.7% 83.7%
Q1 2004  15.0% 83.5%
Q2 2004  15.5% 82.5%
Q3 2004  15.8% 81.9%
Q4 2004  16.6% 82.2%
Q1 2005  17.6% 81.0%
Q2 2005  16.9% 81.7%
Q3 2005  17.8% 80.8%
Q4 2005  21.4% 77.0% (?)


6.9 Il futuro delle CPU

Grande attesa c'è attorno alle nuove piattaforme AMD, nate attorno al socket M2 per i desktop, S1 per i notebook ed F per i server. L'adozione delle memorie DDR2-667, ormai mature, garantiranno così una più ampia banda passante; il bus a 333 MHz porterà un'ulteriore efficienza per ciclo di clock dei processori; il processo produttivo a 65 nm presumibilmente farà diminuire i consumi. Finalmente, inoltre, sarà unificata la piattaforma per processori di segmento value e medio-alto.

Ancora maggior attesa c'è invece per l'introduzione dei Pentium core Merom da parte di Intel: si tratta di un vero e proprio cambio architetturale, che si prevede capace di diminuire drasticamente i consumi dei processori di casa Intel. Il mondo attende ancora delle prove sul campo.

AMD invece deve ancora ribattere alle nuove proposte Intel. Nel corso del 2006 introdurrà le CPU Turion 64 dual core, la piattaforma notebook Yamato, quella multimediale Live! (da contrapporre a quella Intel VIIV), la tecnologia di virtualizzazione Pacifica (superset di quella Vanderpool di Intel). Il nuovo progetto di processori AMD, il K9, è previsto per la fine del 2007.
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Old 23-12-2005, 10:48   #8
MaxArt
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Sezione 7 - Il processo costruttivo di una CPU.

7.1 Come nasce una CPU?

7.2 Quali sono le fasi di progettazione?

7.2.1 Come si stabilisce la frequenza massima (Critical Path)?

7.3 Qual'è il materiale alla base di una CPU?

7.4 Che cos'è un wafer?

7.4.1 Come si crea un wafer?

7.4.2 Perché i wafer hanno diametri differenti?

7.4.3 Che cosa succede al wafer una volta che la lavorazione è terminata?

7.5 Che cos'è un processo litografico?

7.6 Che vuol dire drogare il silicio?

7.7 Che cosa sono le maschere e come vengono realizzate?

7.8 Che cosa sono gli strati di interconnessione?

7.9 Le dimensioni dei transistor

7.10 Quanto dura la fase di produzione di una CPU?

7.11 Che problemi si possono incontrare nella produzione di una CPU?

7.11.1 Che cosa sono le correnti di parassite?

7.11.2 Quali soluzioni vengono adottate per risolvere i problemi delle correnti parassite?

7.12 Che cos'è il packaging? Che tipi esistono?
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Old 23-12-2005, 10:49   #9
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Old 25-12-2005, 15:57   #10
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Old 25-12-2005, 17:34   #11
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Old 29-12-2005, 11:35   #12
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Ottima idea, certo che ti aspetta un bel po di lavoro
Mi aspetta? Ohé, dove fuggi, guarda che devi collaborare anche tu!
Non riesco a rispondere in dettaglio a tutte le domande, ed anzi credo di aver già detto qualche cavolata.
Voglio giusto intavolare una discussione affinché tutte queste domande abbiano una risposta. Dunque, il contributo di tutti è ben accetto, anche per una modifica alla struttura delle FAQ, o aggiunta di domande e così via.
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Old 29-12-2005, 20:17   #13
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Old 01-01-2006, 15:21   #14
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Altre tre rispostine! Che ne pensate?

1.8 Cos'è una pipeline?

Una pipeline si può efficacemente immaginare come una catena di montaggio, attraverso la quale le istruzioni vengono processate per essere eseguite. Ogni istruzione, cioè, viene scomposta in operazioni più semplici, eseguibili dai vari stadii della pipeline, e dunque percorre tutta la "catena di montaggio" fino alla sua completa esecuzione. Il vantaggio di tutto ciò è che una volta che un'istruzione abbandona uno stadio della pipeline, tale stadio può occuparsi dell'istruzione successiva, la quale dunque verrà completata dopo la precedente in un tempo sensibilmente inferiore a quello della sua completa esecuzione.

Supponiamo ad esempio di avere due istruzioni, ognuna delle quali necessita di 6 cicli di clock per essere completata, ed una pipeline a tre stadii. Ognuna delle istruzioni può essere scomposta quindi in tre parti, che supponiamo necessitare 2 cicli di clock ciascuna. Inizialmente, dunque, la prima istruzione passa per il primo stadio; dopo due cicli di clock, arriva nel secondo, e la seconda istruzione è nel primo stadio. Dopo sei cicli, la prima istruzione ha finito, mentre la seconda è al terzo stadio. Dopo altri due cicli, anche la seconda istruzione è eseguita completamente. In totale, sono stati necessari solo 8 cicli di clock per completare due istruzioni da 6 cicli ciascuna.



1.8.1 Cosa influenza la lunghezza della pipeline?

Generalmente, una pipeline più lunga consente di scindere in parti più piccole un'istruzione e dunque di occupare meglio le risorse della CPU, oltre che a consentire di raggiungere frequenze di funzionamento più elevate per il processore.

D'altro canto, questa è solo una situazione ideale: in realtà, non tutte le operazioni sono indipendenti le une dalle altre. Può capitare, ad esempio, che un'istruzione necessiti del risultato che viene fornito dall'istruzione precedente per poter essere eseguita, come nel semplice caso:

A = C - 7
B = A + 2

La seconda istruzione, dunque, deve prima attendere che termini la prima istruzione, in quanto gli è necessario conoscere il valore della variabile A prima di poter essere eseguita. (Qualcuno potrebbe obiettare che la situazione si può facilmente risolvere scrivendo B = C - 5 al posto della seconda istruzione: è chiaramente compito di un buon programmatore accorgersi di questi particolari.)
unque, è possibile che nonostante tutto la pipeline debba terminare certe istruzioni prima di affrontarne altre da principio, e dunque che alcuni cicli di clock vengano sprecati. Come si può intuire, tanto più è lunga una pipeline, tanto più alta è la percentuale di cicli di clock che vengono sprecati. Trovare un buon bilanciamento tra frequenza del processore e sua efficienza operativa è alla base del progetto di ogni buona CPU.

Al giorni d'oggi, i processori in commercio hanno lunghezze della pipeline anche piuttosto differenti (i processori Intel Pentium 4 core Prescott hanno una pipeline a 31 stadii, gli AMD Athlon 64 a 12, per le istruzioni intere). In base al discorso in precedenza, non ci si stancherà mai di ripetere che la frequenza di un processore non è tutto! Cioè, non può considerarsi un parametro unico delle prestazioni di un processore: può esserlo solo a parità di architettura.



1.13 Cos'è l'In-Order/Out-of-Order Execution (IOE/OOE)?

Si tratta di tecniche adottate dai processori con pipeline a più stadii per l'esecuzione delle istruzioni.

L'IOE consiste nell'esecuzione delle istruzioni esattamente nell'ordine in cui compaiono nel programma: è chiaramente il metodo più semplice per eseguire i compiti.

Tuttavia, come già detto in precedenza (vedasi domanda 1.8.1: "Cosa influenza la lunghezza della pipeline?"), non tutte le istruzioni sono indipendenti le une dalle altre, per cui il sistema IOE risulta poco efficiente, in quanto può capitare che blocchi la pipeline fino alla completa esecuzione delle istruzioni precedenti, da cui dipendono le successive.

Con l'OOE s'intende quindi una tecnica per cui il processore si avvede delle istruzioni che risultano tra di loro indipendenti, e se necessario le esegue prima delle precedenti per rendere più efficiente l'esecuzione del programma. Ad esempio, supponiamo di avere le seguenti istruzioni:

A = C * 2
B = A + 15
D = E - 2

Nel caso di una IOE, il processore deve terminare di eseguire la prima istruzione prima di poter eseguire la seconda, e ciò sprecherebbe cicli di clock lasciando vuoti gli stadii della pipeline. Con una OOE, invece, si ha che la terza istruzione, essendo indipendente dalla prima, può essere eseguita prima della seconda istruzione, riempiendo così il buco nella pipeline lasciato dalla dipendenza della seconda istruzione dalla prima. In questo modo, l'esecuzione del programma risulta più efficiente.

Implementare un algoritmo di OOE in una CPU può essere complicato e richiedere una notevole quantità di transistor. Tuttavia, è un punto fondamentale per l'efficienza dei processori cosiddetti "general purpose", quali sono i processori dei comuni personal computer. Certi processori più specificamente orientati verso determinati compiti, invece, potrebbero presentare ancora esecuzioni in ordine delle istruzioni: è il caso, ad esempio, delle SPE del venturo processore Cell di IBM. In tal caso, parte dell'ottimizzazione dovrebbe essere svolta da un compilatore appositamente sviluppato per quella determinata architettura.
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Old 02-01-2006, 14:46   #15
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Sezione 4 - problemi con le CPU


4.1 La mia CPU scalda troppo! Come posso fare?

4.2 La ventola fa un rumore insopportabile.

4.3 Problema opposto: la ventola non si sente...

4.10 La CPU mi è caduta! Si è rotta?

4.13 La mia CPU ha dei piedini storti: si possono sistemare?

Provo a dare qualche risposta.. il thread è interessante..... un po' di tempo lo posso anche dedicare!

4.1 Se le temperature della CPU raggiungono valori ragguardevoli, è il caso di correre ai ripari. Le cause, esclusi danni fisici al processore o al suo core, possono essere tre:

1) problemi alla ventola

2) dissipatore inadeguato/sporco

3) Problemi di accoppiamento processore-dissipatore

1) Se il problema è comparso di punto in bianco, quasi sicuramente è un problema alla ventola. Questo componente è in funzione per tutto il tempo di utilizzo del pc, in un ambiente che nella maggior parte dei casi non è dei più puliti. Infatti se apriamo un case sicuramente troviamo quintali di polvere. Essa si deposita o sulle pale della ventola, sbilanciandole e rallentandole, oppure all'jnterno dei cuscinetti, mescolandosi ed impastandosi al grasso presente, bloccando o rallentando notevolmente il flusso di aria prodotto.
Il metodo più veloce per risolvere l'inconveniente è sostituire la ventola, costa una decina di euro. purtroppo non è sempre facile trovarne una sostitutiva, in quanto vengono vendute già montate sul dissipatore.

2) Se il problema si è sempre manifestato potrebbe anche essere dovuto al dissipatore non adeguato. Infatti quelli venduti assieme alla cpu nelle confezioni "boxed" non hanno dimensioni e struttura sufficiente a dissipare il calore prodotto in caso di utilizzo intensivo del processore. In questo caso l'unica soluzione possibile è quella di sostituirlo con uno più efficiente. Però prima controllate che non sia semplicemente pieno di polvere, che ostruisce il passaggio dell'aria.

3) Potrebbe anche trattarsi dell'accoppiamento processore/dissipatore non perfetto. Infatti se i due componenti non sono perfettamente combacianti il traferimento termico non è ottimale e quindi la cpu si riscalda molto facilmente e rapidamente. L'accoppiamento tra processore e dissipatore si può ottenere o tramite pad termici (quei quadratini rosa o grigi che solitamente si trovano attaccati al dissipatore) oppure tramite pasta termoconduttiva, ovvero una pasta, solitamente a base di siliconi, rame o argento) che, posta sulle due superfici di contatto, "livella" le microasperità presenti e fa combaciare esattamente le superfici stesse, permettendo un ottimo scambio termico. Bisogna prestare attenzione in fase di applicazione, onde evitare di metterne troppa e ottenere l'effetto contrario.

4.2 La causa principale del rumore della ventola è la polvere che si deposita sulle pale o sui cuscinettti a spera. Se il problema è sulle pale è sufficiente rimuovere il dissipatore dal processore e provvedere a pulirlo bene prima tramite aria compressa e poi rimuovere le "incrostazioni" di polvere dalle pale e dal corpo della ventola. Nella maggior parte dei casi si risolve in tal modo. Se invece il rumore continua e la ventola presenta difficoltà ed essere mossa a mano (facendola girare rallenta subito) si può provare a sollevare l'adesivo che copre il foro del perno della girante, e, dopo aver ripulito la zona, introdurre una goccia di olio per macchine da cucire. Se neppure così ri risolve è proprio il caso di cambiare ventola!!

4.3 La ventola non si sente? allora è meglio che spegnere subito il pc e controllare se effettivamente gira! un processore attuale senza ventola attiva si rovina in modo irreparabile in breve tempo! Controllare che il cavo sia collegato correttamente, se non funziona provate a collegare la ventola ad un'altra presa presente sulla mainboard, se neppure lì funziona, provate con una ventola nuova le prese, non è troppo raro che "muoiano" i 12 V di alimentazione delle ventole. Se così fosse esistono degli adattatori, che potete anche costruirvi voi con un minimo di manualità, che permettono di collegare una ventola ad un connettore molex (quelli delle periferiche)

Se invece la ventola gira, muove aria ma non fa rumore... ritenetevi soddisfatti e fortunati!!

4.10 non è possibile avere la sfera di cristallo per dire se una cpu cadendo si è rotta, però alcune semplici osservazioni possono essere utili:

i piedini: se si sono piegati/rotti dei piedini.... di sicuro qualche problema ci sarà! se sono solo piegati.. guardate il punto 4.13, se sono rotti.... con le cpu moderne nel 99% dei casi non c'è nulla da fare; ai tempi dei pentium "I" si potevano con un buon saldatore e una mano ferma, riattaccare (ne ho riattaccati moltissimi in vita mia)... con i processori attuali è moolto difficile, oserei dire quasi impossibile

Ora guardate il core; se è intero e non presenta scheggiature potreste essere fortunati, se invece ha angoli scheggiati, grossi graffi, è rotto in due, le possibilità che funzionino si abbassano notevolmente, stessa cosa dicasi per le piste presenti, se sono interrotte visibilmente di sicuro la cpu è da buttare. Solo una prova e un benchmark può in ogni caso confermare se la cpu è funzionante oppure no. ricordatevi però che può essere pericoloso per la mainboard una prova con un processore rovinato!!

4.13 Avete piegato i piedini! Ahi Ahi Ahi, calma e sangue freddo! potete ancora recuperare il processore! basta non essere bruschi. I piedini sono relativamente resistenti e possono essere riportati dritti senza troppi inconvenienti! dovete solo fare attenzione a muoverli con movimenti dolci e senza intaccare i vicini. la cosa migliore "casalinga" rimane una scheda telefonica rigida, tipo carta di credito o simili, almeno nei casi di processori non recentissimi, si infla la carta nella fila di piedini e si rialliano poco alla volta, prima in un senso poi nell'altro, sempre facendo attenzione a non sforzare. con processori recenti invece è leggermente più difficile in quanti i pin sono molto ma molto vicini, non si riesce quasi mai a raddrizzarli "tutti in una volta", ma conviene farlo uno ad uno con qualcosa di piccolo, ad esempio uno stuzzicadente. Con molta pazienza ce la si fa a sistemare il processore, sempre ovviamente che non si siano rotti o che non si rompano raddrizzandoli!








Ecco qualche risposta, tra le più "semplici" e veloci da dare.. ora vado a lavoro, stasera magari ne faccio qualche altra!

ciao

Michele
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(°_°) FELICEMENTE COGLIONE- da oggi anche INDEGNO DI ESSERE ITALIANO!
(> <) "Questo è un ribaltamento della realtà"
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Old 03-01-2006, 13:51   #16
MaxArt
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Grazie del contributo, Michele, e mi raccomando non fermarti qui

Quote:
Originariamente inviato da PHCV
4.1 Se le temperature della CPU raggiungono valori ragguardevoli, è il caso di correre ai ripari.
Qui potremmo anche fornire indicativamente quali sono le temperature ragguardevoli del caso.

Con gli ultimi processori, è bene evitare di superare i 55 °C. In ogni caso, i produttori di CPU forniscono una temperatura orientativa oltre la quale è bene che i processori non operino se non per qualche istante, detta Maximum Case Temperature. Si possono trovare tali valori in questo sito:
http://users.erols.com/chare/elec.htm
E' sempre bene, va detto, tenersi almeno una decina di gradi al di sotto di tali valori.


Quote:
Bisogna prestare attenzione in fase di applicazione, onde evitare di metterne troppa e ottenere l'effetto contrario.
Bene. Qui metterei un riferimento alla domanda 2.5.

Quote:
4.2 La causa principale del rumore della ventola è la polvere che si deposita sulle pale o sui cuscinettti a spera.
Sì, spera che durino un altro po'!
Vabbé, ignoriamo gli errori di digitazione

Quote:
4.3 La ventola non si sente? allora è meglio che spegnere subito il pc e controllare se effettivamente gira! un processore attuale senza ventola attiva si rovina in modo irreparabile in breve tempo!
Qui bisognerebbe specificare che i più recenti processori hanno comunque sistemi di sicurezza per cui l'improvvisa interruzione del flusso d'aria non è più causa di morte del processore in pochi secondi come sino a qualche anno fa (e meno male). Oggigiorno, ci si può arrischiare anche a staccare il dissipatore mentre il computer è in funzione.

Quote:
Se invece la ventola gira, muove aria ma non fa rumore... ritenetevi soddisfatti e fortunati!!
In ogni caso, controllare le temperature!

Quote:
Ora guardate il core
Eh, con i processori desktop di oggi questo non è più possibile, se non rimuovendo il coperchietto. Del resto, se la CPU ha il coperchietto, è improbabile che si sia scheggiato il core!

Quote:
Solo una prova e un benchmark può in ogni caso confermare se la cpu è funzionante oppure no.
E', direi, piuttosto raro che una CPU si rompa solo parzialmente. Solitamente, o va o non va. Ci sono stati comunque alcuni casi in cui una leggera scheggiatura non aveva compromesso il funzionamento del processore, ma lo scambio termico col dissipatore, per cui la temperatura raggiungeva valori molto alti e la CPU sclerava!

Quote:
ricordatevi però che può essere pericoloso per la mainboard una prova con un processore rovinato!!
Ottimo punto! Mi fa venire in mente che dovrei mettere un disclaimer per cui nessuno si assume la responsabilità delle azioni intraprese da qualcuno in seguito ai consigli forniti nella FAQ.

Quote:
dovete solo fare attenzione a muoverli con movimenti dolci e senza intaccare i vicini.
Non ci posso far niente, il mio vicino vuole sempre vedermi mentre faccio queste operazioni! Ma con un po' di acido muriatico riesco a mandarlo via!
Ok, basta scemenze...

Quote:
Con processori recenti invece è leggermente più difficile in quanti i pin sono molto ma molto vicini
E pure più sottili.
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Old 03-01-2006, 20:21   #17
PHCV
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Quote:
Originariamente inviato da MaxArt
E pure più sottili.

Voglio vederti a piegare i piedini di un LGA :asd
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Old 11-01-2006, 16:59   #18
ShadowX84
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Ciao MaxArt, come mi hai richiesto nel PVT ho provato a buttare giù una lista approssimativa relativa alle domande che ci si potrebbero porre sulle fasi di realizzazione di una CPU, è una lista tutt'altro che definitiva, fammi sapere se può essere di interesse per qualcuno, ed eventualmente come modificarla o aggiornarla.
Eventualmente, nel limite delle mie conoscenze, se deciderai di aggiungerla nella tua FAQ posso provare a rispondere io stesso ad alcune di quelle domande

Sezione 7 - Come viene costruita una CPU?
7.1 Come nasce una CPU?
7.2 Quali sono le fasi di progettazione?
---7.2.1 Come si stabilisce la frequenza massima (Critical Path)?
7.3 Qual'è il materiale alla base di una CPU?
7.4 Come si crea un wafer?
---7.4.1 Perché i wafer hanno diametri differenti?
7.5 Che cos'è un processo litografico?
7.6 Che vuol dire drogare il silicio?
7.7 Che cosa sono le maschere?
---7.7.1 Come vengono realizzate?
7.8 Che cosa sono gli strati di interconnessione?
7.9 Le dimensioni dei transistor
7.10 Quanto dura la fase di produzione di una CPU?
7.11 Che problemi si possono incontrare nella produzione di una CPU?
---7.11.1 Che cosa sono le correnti di parassite?
7.12 Quali soluzioni vengono adottate per risolvere i problemi delle correnti parassite?
7.13 Che cosa succede al wafer una volta che la lavorazione è terminata?
7.14 Che cos'è il packaging?

Fammi sapere, e se hai dei dubbi devi solo chiedere.
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...Fatti non foste a viver come bruti ma per seguir virtute e canoscenza...
...Excusatio non petita, accusatio manifesta...
Bruno Boschi
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Old 11-01-2006, 21:58   #19
MaxArt
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Ho inserito delle risposte alle domande 6.6, 6.7, 6.8 e 6.9. Ho messo anche le risposte di PHCV, integrandole un po', alle domande 4.1, 4.2, 4.3, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13 e 4.14. Piccole correzioni alla risposta 2.1.
Dateci un'occhiata

Allora, ShadowX84, hai messo giù un bel po' di domande! In effetti sono tutte interessanti, per alcuni versi.
Io unirei le domande 7.7 e 7.7.1 in un'unica; trasformerei la 7.12 in 7.11.2 ed inserirei la risposta alla 7.13 nel punto in cui il wafer viene utilizzato. Inserirei però la domanda: "Che cos'è un wafer? Ha qualcosa a che fare con la Loaker?" , magari alla domanda 7.4. Che ne dici?

Nel frattempo, chi può butti giù qualche risposta

Edit: nella risposta 6.8 ho messo pure un riferimento alla giornata di oggi con il sistema Apple
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Ultima modifica di MaxArt : 11-01-2006 alle 22:15.
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Old 12-01-2006, 10:33   #20
ShadowX84
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Originariamente inviato da MaxArt
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Allora, ShadowX84, hai messo giù un bel po' di domande! In effetti sono tutte interessanti, per alcuni versi.
Io unirei le domande 7.7 e 7.7.1 in un'unica; trasformerei la 7.12 in 7.11.2 ed inserirei la risposta alla 7.13 nel punto in cui il wafer viene utilizzato. Inserirei però la domanda: "Che cos'è un wafer? Ha qualcosa a che fare con la Loaker?" , magari alla domanda 7.4. Che ne dici?
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Ti propongo la versione rivista e corretta dell'ipotetica "Sezione 7"

Sezione 7 - Come viene costruita una CPU?
7.1 Come nasce una CPU?
7.2 Quali sono le fasi di progettazione?
---7.2.1 Come si stabilisce la frequenza massima (Critical Path)?
7.3 Qual'è il materiale alla base di una CPU?
7.4 Che cos'è un wafer?
---7.4.1 Come si crea un wafer?
---7.4.2 Perché i wafer hanno diametri differenti?
7.5 Che cos'è un processo litografico?
7.6 Che vuol dire drogare il silicio?
7.7 Che cosa sono le maschere e come vengono realizzate?
7.8 Che cosa sono gli strati di interconnessione?
7.9 Le dimensioni dei transistor
7.10 Quanto dura la fase di produzione di una CPU?
7.11 Che problemi si possono incontrare nella produzione di una CPU?
---7.11.1 Che cosa sono le correnti di parassite?
---7.11.2 Quali soluzioni vengono adottate per risolvere i problemi delle correnti parassite?
7.12 Che cosa succede al wafer una volta che la lavorazione è terminata?
7.13 Che cos'è il packaging?

Non ho ben capito che cosa intendi dire nel pezzo che ti ho messo in grassetto.

Se mi vengono in mente altre domande non mancherò di postarle, mi farebbe piacere avere anche consigli in merito



P.s.: prima che mi dimentichi, se ti interessa (e se riesco a ritrovare il materiale) posso scrivere un bel pò di roba sul K5 dell'AMD, sia a livello di architettura che informazioni sull'evento del lancio di allora oppure la particolare (e simpaticissima) storia della lettera "K" che contraddistingue le famiglie di processori AMD da ormai quasi 10 anni!

Fammi sapere.
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...Fatti non foste a viver come bruti ma per seguir virtute e canoscenza...
...Excusatio non petita, accusatio manifesta...
Bruno Boschi
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