Caratteristiche del processore del computer

Ecco le caratteristiche importanti dei processori:

La caratteristica principale che definisce un processore è il suo produttore (AMD o Intel) e il suo modello. Sebbene i modelli concorrenti delle due aziende abbiano caratteristiche e prestazioni simili, non è possibile installare un processore AMD in una scheda madre compatibile con Intel o viceversa.

Un'altra caratteristica che definisce un processore è la presa (socket) per cui è progettato. Se, ad esempio, stai sostituendo il processore in una scheda madre con socket 478, devi scegliere un processore sostitutivo progettato per adattarsi a quella presa. La Tabella 5-1 descrive i problemi di aggiornabilità in base alla presa del processore.

Tabella 5-1: Aggiornabilità in base al tipo di presa del processore

La velocità di clock di un processore, specificata in megahertz (MHz) o gigahertz (GHz), ne determina le prestazioni, ma le velocità di clock non sono confrontabili tra diverse linee di processori. Ad esempio, un Pentium 4 con core Prescott da 3,2 GHz è circa il 6,7% più veloce di un Pentium 4 con core Prescott da 3,0 GHz, come suggerirebbero le relative velocità di clock. Tuttavia, un processore Celeron da 3,0 GHz è più lento di un Pentium 4 da 2,8 GHz, principalmente perché il Celeron ha una cache L2 più piccola e utilizza una velocità del bus host inferiore. Allo stesso modo, quando il Pentium 4 fu introdotto a 1,3 GHz, le sue prestazioni erano in realtà inferiori a quelle del processore Pentium III da 1 GHz che intendeva sostituire. Ciò era dovuto al fatto che l'architettura Pentium 4 è meno efficiente a parità di clock rispetto alla precedente architettura Pentium III.

La velocità di clock è inutile per confrontare processori AMD e Intel. I processori AMD funzionano a velocità di clock molto inferiori rispetto ai processori Intel, ma svolgono circa il 50% di lavoro in più per ciclo di clock. In linea di massima, un AMD Athlon 64 a 2,0 GHz ha all'incirca le stesse prestazioni complessive di un Intel Pentium 4 a 3,0 GHz.

'''NUMERI DI MODELLO VERSUS VELOCITÀ DI CLOCK'''

Poiché AMD è sempre in svantaggio nella velocità di clock rispetto a Intel, AMD utilizza numeri di modello anziché velocità di clock per designare i propri processori. Ad esempio, un processore AMD Athlon 64 che funziona a 2,0 GHz può avere il numero di modello 3000+, il che indica che il processore ha all'incirca le stesse prestazioni di un modello Intel da 3,0 GHz. (AMD nega con forza che i propri numeri di modello intendano essere confrontati con le velocità di clock di Intel, ma gli osservatori esperti ignorano tali smentite.)

Intel in passato utilizzava designazioni letterali per differenziare i processori che funzionavano alla stessa velocità, ma con una diversa velocità del bus host, core o altre caratteristiche. Ad esempio, i processori Pentium 4 con core Northwood da 2,8 GHz furono prodotti in tre varianti: il Pentium 4/2.8 utilizzava un FSB a 400 MHz, il Pentium 4/2.8B un FSB a 533 MHz e il Pentium 4/2.8C un FSB a 800 MHz. Quando Intel introdusse un Pentium 4 da 2,8 GHz basato sul nuovo core Prescott, lo designò come Pentium 4/2.8E.

È interessante notare che anche Intel ha abbandonato la velocità di clock come designatore. Ad eccezione di alcuni modelli più vecchi, tutti i processori Intel sono ora designati anche per numero di modello. A differenza di AMD, i cui numeri di modello mantengono un vago accenno alla velocità di clock, i numeri di modello Intel sono completamente dissociati dalle velocità di clock. Ad esempio, il Pentium 4 540 designa un particolare modello di processore che funziona a 3,2 GHz. I modelli di quel processore che funzionano a 3,4, 3,6 e 3,8 GHz sono designati rispettivamente 550, 560 e 570.

La velocità del bus host, chiamata anche velocità del front-side bus (FSB) o semplicemente FSB, specifica la velocità di trasferimento dati tra il processore e il chipset. Una velocità del bus host più elevata contribuisce a migliori prestazioni del processore, anche per processori che funzionano alla stessa velocità di clock. AMD e Intel implementano il percorso tra memoria e cache in modo diverso, ma essenzialmente l'FSB è un numero che riflette la quantità massima possibile di trasferimenti di blocchi di dati al secondo. Data una frequenza di clock effettiva del bus host di 100 MHz, se i dati possono essere trasferiti quattro volte per ciclo di clock (quindi "quad-pumped"), la velocità FSB effettiva è di 400 MHz.

Ad esempio, Intel ha prodotto processori Pentium 4 che utilizzano velocità del bus host di 400, 533, 800 o 1066 MHz. Un Pentium 4 da 2,8 GHz con una velocità del bus host di 800 MHz è marginalmente più veloce di un Pentium 4/2.8 con una velocità del bus host di 533 MHz, che a sua volta è marginalmente più veloce di un Pentium 4/2.8 con una velocità del bus host di 400 MHz. Una misura che Intel utilizza per differenziare i propri processori Celeron a basso costo è una velocità del bus host ridotta rispetto agli attuali modelli Pentium 4. I modelli Celeron utilizzano velocità del bus host di 400 e 533 MHz.

Tutti i processori AMD con Socket 754 e Socket 939 utilizzano una velocità del bus host di 800 MHz. (In realtà, come Intel, AMD fa funzionare il bus host a 200 MHz, ma lo porta a un valore effettivo di 800 MHz tramite tecnologia quad-pumped.) I processori Sempron con Socket A utilizzano un bus host a 166 MHz, raddoppiato a una velocità del bus host effettiva di 333 MHz.

I processori utilizzano due tipi di memoria cache per migliorare le prestazioni, bufferizzando i trasferimenti tra il processore e la memoria principale, che è relativamente lenta. La dimensione della cache di primo livello (cache L1) è una caratteristica dell'architettura del processore che non può essere modificata senza riprogettare il processore. La cache di secondo livello (cache L2), tuttavia, è esterna al core del processore, il che significa che i produttori possono produrre lo stesso processore con diverse dimensioni di cache L2. Ad esempio, vari modelli di processori Pentium 4 sono disponibili con 512 KB, 1 MB o 2 MB di cache L2 e vari modelli AMD Sempron sono disponibili con 128 KB, 256 KB o 512 KB di cache L2.

Per alcune applicazioni, in particolare quelle che operano su piccoli set di dati, una cache L2 più grande aumenta notevolmente le prestazioni del processore, specialmente per i modelli Intel. (I processori AMD hanno un controller di memoria integrato che, in una certa misura, maschera i vantaggi di una cache L2 più grande.) Per le applicazioni che operano su grandi set di dati, una cache L2 più grande offre solo un beneficio marginale.

'''Prescott, la triste eccezione'''

È stato uno shock per tutti, non da ultimo per Intel, scoprire che, quando ha migrato i suoi processori Pentium 4 dal vecchio core Northwood a 130 nm al più recente core Prescott a 90 nm, il consumo energetico e la produzione di calore sono saliti alle stelle. Ciò è accaduto perché Prescott non era una semplice riduzione del die di Northwood. Al contrario, Intel ha completamente riprogettato il core Northwood, aggiungendo caratteristiche come SSE3 e apportando enormi modifiche all'architettura di base. (All'epoca, pensavamo che quelle modifiche fossero sufficienti per meritare la denominazione di processore Pentium 5, cosa che Intel non fece.) Sfortunatamente, quei drastici cambiamenti nell'architettura hanno provocato aumenti altrettanto drastici nel consumo energetico e nella produzione di calore, vanificando il vantaggio atteso dalla riduzione delle dimensioni del processo.

La dimensione del processo, chiamata anche dimensione di fabbricazione (fab), è specificata in nanometri (nm) e definisce le dimensioni dei più piccoli elementi individuali sul die di un processore. AMD e Intel tentano continuamente di ridurre la dimensione del processo (operazione chiamata riduzione del die) per ottenere più processori da ogni wafer di silicio, riducendo così i costi di produzione di ogni singolo processore. I processori Pentium II e i primi Athlon utilizzavano un processo a 350 o 250 nm. I Pentium III e alcuni processori Athlon utilizzavano un processo a 180 nm. I recenti processori AMD e Intel utilizzano un processo a 130 o 90 nm e i processori futuri utilizzeranno un processo a 65 nm.

La dimensione del processo è importante perché, a parità di altre condizioni, un processore che utilizza una dimensione di processo inferiore può funzionare più velocemente, utilizzare una tensione inferiore, consumare meno energia e produrre meno calore. I processori disponibili in un dato momento utilizzano spesso diverse dimensioni di fabbricazione. Ad esempio, a un certo punto Intel ha venduto processori Pentium 4 che utilizzavano le dimensioni di processo a 180, 130 e 90 nm, e AMD ha venduto simultaneamente processori Athlon che utilizzavano dimensioni di fabbricazione a 250, 180 e 130 nm. Quando scegli un processore per un aggiornamento, dai la preferenza a un processore con una dimensione di fabbricazione inferiore.

Diversi modelli di processore supportano diversi set di caratteristiche, alcune delle quali potrebbero esserti utili e altre di nessun interesse. Ecco cinque caratteristiche potenzialmente importanti disponibili su alcuni, ma non tutti, i processori attuali. Tutte queste caratteristiche sono supportate dalle versioni recenti di Windows e Linux:

SSE3 (Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3), sviluppate da Intel e ora disponibili sulla maggior parte dei processori Intel e su alcuni processori AMD, è un set di istruzioni esteso progettato per accelerare l'elaborazione di determinati tipi di dati comunemente riscontrati nell'elaborazione video e in altre applicazioni multimediali. Un'applicazione che supporta le SSE3 può funzionare dal 10% o 15% fino al 100% più velocemente su un processore che supporta le SSE3 rispetto a uno che non le supporta.

Fino a poco tempo fa, tutti i processori per PC operavano con percorsi dati interni a 32 bit. Nel 2004, AMD ha introdotto il supporto a 64 bit con i suoi processori Athlon 64. Ufficialmente, AMD chiama questa caratteristica x86-64, ma la maggior parte delle persone la chiama AMD64. Fondamentalmente, i processori AMD64 sono retrocompatibili con i software a 32 bit ed eseguono tali software in modo efficiente tanto quanto i software a 64 bit. Intel, che aveva sostenuto la propria architettura a 64 bit, la quale aveva solo una limitata compatibilità a 32 bit, è stata costretta a introdurre la propria versione di x86-64, che chiama EM64T (Extended Memory 64-bit Technology). Per ora, il supporto a 64 bit è poco importante per la maggior parte delle persone. Microsoft offre una versione a 64 bit di Windows XP e la maggior parte delle distribuzioni Linux supporta i processori a 64 bit, ma finché le applicazioni a 64 bit non diventeranno più comuni, c'è scarso vantaggio reale nell'utilizzare un processore a 64 bit su un computer desktop. Ciò potrebbe cambiare quando Microsoft (finalmente) rilascerà Windows Vista, che sfrutterà il supporto a 64 bit e probabilmente genererà molte applicazioni a 64 bit.

Con l'Athlon 64, AMD ha introdotto la tecnologia NX (No eXecute) e Intel ha seguito a breve distanza con la sua tecnologia XDB (eXecute Disable Bit). NX e XDB servono allo stesso scopo, consentendo al processore di determinare quali intervalli di indirizzi di memoria sono eseguibili e quali non eseguibili. Se un codice, come un exploit di buffer-overflow, tenta di essere eseguito in uno spazio di memoria non eseguibile, il processore restituisce un errore al sistema operativo. NX e XDB hanno un grande potenziale per ridurre i danni causati da virus, worm, Trojan ed exploit simili, ma richiedono un sistema operativo che supporti l'esecuzione protetta, come Windows XP con Service Pack 2.

AMD e Intel offrono entrambe una tecnologia di riduzione del consumo energetico in alcuni dei loro modelli di processore. In entrambi i casi, la tecnologia utilizzata nei processori mobile è stata migrata ai processori desktop, il cui consumo energetico e la cui produzione di calore sono diventati problematici. Essenzialmente, queste tecnologie funzionano riducendo la velocità del processore (e quindi il consumo energetico e la produzione di calore) quando il processore è inattivo o poco utilizzato. Intel si riferisce alla sua tecnologia di riduzione del consumo energetico come EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology). La versione AMD si chiama Cool'n'Quiet. Entrambe possono apportare riduzioni minori ma utili al consumo energetico, alla produzione di calore e al livello di rumore del sistema.

Entro il 2005, sia AMD che Intel stavano raggiungendo i limiti pratici di ciò che era possibile con un singolo core del processore. La soluzione ovvia era quella di inserire due core di processore in un unico pacchetto di processore. Ancora una volta, AMD ha fatto da apripista con la sua elegante serie di processori Athlon 64 X2, che presentano due core Athlon 64 strettamente integrati su un unico chip. Ancora una volta costretta a rincorrere, Intel ha stretto i denti e ha assemblato un processore dual-core che chiama Pentium D. La soluzione progettata da AMD presenta diversi vantaggi, tra cui alte prestazioni e compatibilità con quasi tutte le vecchie schede madre con Socket 939. La soluzione frettolosa di Intel, che consisteva essenzialmente nell'incollare due core Pentium 4 su un unico chip senza integrarli, ha portato a due compromessi. In primo luogo, i processori dual-core Intel non sono retrocompatibili con le schede madre precedenti e quindi richiedono un nuovo chipset e una nuova serie di schede madre. In secondo luogo, poiché Intel ha più o meno semplicemente incollato due dei suoi core esistenti su un unico pacchetto di processore, il consumo energetico e la produzione di calore sono estremamente elevati, il che significa che Intel ha dovuto ridurre la velocità di clock dei processori Pentium D rispetto ai più veloci modelli Pentium 4 single-core.

Detto questo, l'Athlon 64 X2 non è affatto un vincitore scontato, perché Intel è stata abbastanza intelligente da prezzare il Pentium D in modo attraente. I processori Athlon X2 meno costosi sono venduti a più del doppio del prezzo dei processori Pentium D meno costosi. Sebbene i prezzi scenderanno senza dubbio, non ci aspettiamo che il differenziale di prezzo cambi molto. Intel ha capacità produttiva da vendere, mentre AMD è piuttosto limitata nella sua capacità di produrre processori, quindi è probabile che i processori dual-core AMD avranno un prezzo premium per il prossimo futuro. Sfortunatamente, ciò significa che i processori dual-core non sono un'opzione di aggiornamento ragionevole per la maggior parte delle persone. I processori dual-core Intel hanno un prezzo ragionevole ma richiedono la sostituzione della scheda madre. I processori dual-core AMD possono utilizzare una scheda madre con Socket 939 esistente, ma i processori stessi sono troppo costosi per essere candidati validi per la maggior parte di chi desidera aggiornare.

'''HYPER-THREADING VERSUS DUAL CORE'''

Alcuni processori Intel supportano la ''Hyper-Threading Technology (HTT)'', che consente a tali processori di eseguire due thread di programma simultaneamente. I programmi progettati per utilizzare l'HTT possono funzionare dal 10% al 30% più velocemente su un processore abilitato all'HTT rispetto a un modello simile non HTT. (È anche vero che alcuni programmi funzionano più lentamente con l'HTT abilitato rispetto a quando è disabilitato.) Non confondere l'HTT con il dual-core. Un processore HTT ha un core che a volte può eseguire più thread; un processore dual-core ha due core, che possono sempre eseguire più thread.

Il core del processore definisce l'architettura di base del processore. Un processore venduto con un determinato nome può utilizzare uno dei vari core disponibili. Ad esempio, i primi processori Intel Pentium 4 utilizzavano il core Willamette. Varianti successive del Pentium 4 hanno utilizzato il core Northwood, core Prescott, core Gallatin, core Prestonia e il core Prescott 2M. Allo stesso modo, vari modelli di Athlon 64 sono stati prodotti utilizzando il core Clawhammer, core Sledgehammer, core Newcastle, core Winchester, core Venice, core San Diego, core Manchester e il core Toledo.

L'utilizzo di un nome di core è un modo rapido e conveniente per specificare brevemente numerose caratteristiche del processore. Ad esempio, il core Clawhammer utilizza il processo a 130 nm, una cache L2 da 1.024 KB e supporta le caratteristiche NX e X86-64, ma non le SSE3 o il funzionamento dual-core. Al contrario, il core Manchester utilizza il processo a 90 nm, una cache L2 da 512 KB e supporta le caratteristiche SSE3, X86-64, NX e dual-core.

Puoi pensare al nome del core del processore come simile a un numero di versione principale di un programma software. Proprio come le aziende di software rilasciano frequentemente piccoli aggiornamenti senza modificare il numero di versione principale, AMD e Intel apportano frequentemente piccoli aggiornamenti ai propri core senza modificare il nome del core. Questi piccoli cambiamenti sono chiamati stepping dei core. È importante comprendere le basi dei nomi dei core, perché il core utilizzato da un processore può determinarne la retrocompatibilità con la tua scheda madre. Gli stepping sono solitamente meno significativi, sebbene valga la pena prestarvi attenzione. Ad esempio, un particolare core può essere disponibile negli stepping B2 e C0. Il successivo stepping C0 potrebbe includere correzioni di bug, funzionare a temperature più basse o fornire altri benefici rispetto allo stepping precedente. Lo stepping del core è fondamentale anche se installi un secondo processore su una scheda madre a doppio processore. (Ovvero, una scheda madre con due prese per processore, al contrario di un processore dual-core su una scheda madre con una singola presa.) Mai, mai mischiare core o stepping su una scheda madre a doppio processore: quella è la strada verso la follia (o forse solo verso il disastro).

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