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Questions and Answers
Qual è il formato dell'etichetta per un blocco caricato in cache?
Qual è il formato dell'etichetta per un blocco caricato in cache?
Qual è la caratteristica fondamentale della cache riguardo al tempo di accesso?
Qual è la caratteristica fondamentale della cache riguardo al tempo di accesso?
Cosa succede se tutti i confronti tra l'indirizzo della RAM e le etichette nella cache danno esito negativo?
Cosa succede se tutti i confronti tra l'indirizzo della RAM e le etichette nella cache danno esito negativo?
Quanti bit dell'indirizzo della RAM vengono confrontati con le etichette nella cache?
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Quale delle seguenti tecnologie è più recententemente in aumento per le memorie di massa?
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Quando si carica dalla RAM alla cache, cosa viene caricato insieme alla parola cercata?
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In che modo avviene l'accesso ai blocchi di cache quando un esito di confronto è positivo?
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Quali sono le due principali tecnologie per le memorie di massa menzionate?
Quali sono le due principali tecnologie per le memorie di massa menzionate?
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Qual è la principale differenza tra finitezza e terminazione di un algoritmo?
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Quale delle seguenti è una caratteristica delle variabili in un linguaggio di programmazione tipizzato?
Quale delle seguenti è una caratteristica delle variabili in un linguaggio di programmazione tipizzato?
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Quale operatore è utilizzato per la negazione logica in Algebra di Boole?
Quale operatore è utilizzato per la negazione logica in Algebra di Boole?
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Quale delle seguenti espressioni rappresenta un'istruzione di assegnamento?
Quale delle seguenti espressioni rappresenta un'istruzione di assegnamento?
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Qual è il risultato dell'espressione logica A and B se A è 1 e B è 0?
Qual è il risultato dell'espressione logica A and B se A è 1 e B è 0?
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Cosa rappresenta il blocco di fine in uno schema a blocchi?
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Qual è la funzione dell'unità di controllo della CPU?
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Quale operazione logica è rappresentata dalla capacità di assorbimento in Algebra di Boole?
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Qual è il risultato dell'operazione 'A or B' quando A è 0 e B è 1?
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Come vengono definiti i variabili che possono essere utilizzate solo in certe porzioni di codice?
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Quale di queste espressioni è un esempio di espressione relazionale?
Quale di queste espressioni è un esempio di espressione relazionale?
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Cosa indica una variabile di tipo 'float' in un linguaggio di programmazione?
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Quale dei seguenti non è un operatore aritmetico-logico?
Quale dei seguenti non è un operatore aritmetico-logico?
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Quale tra le seguenti non è una tipologia di operazione prevista per le istruzioni di elaborazione?
Quale tra le seguenti non è una tipologia di operazione prevista per le istruzioni di elaborazione?
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Qual è una caratteristica principale delle memorie flash rispetto alle memorie elettroniche tradizionali?
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Qual è il tempo di accesso medio delle memorie RAM rispetto alla memoria cache?
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Cosa implica il principio di località spaziale?
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Quale tipo di memoria ha la maggiore capacità e un tempo di accesso più lento?
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Qual è la funzione principale della memoria cache in un sistema di memoria?
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Cosa succede quando la cache è piena e un nuovo blocco deve essere inserito?
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Qual è una caratteristica delle memorie SSD rispetto agli hard disk?
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Qual è la capacità tipica di una cache rispetto alla RAM?
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Quale delle seguenti affermazioni sul tempo di accesso delle memorie è vera?
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Quale delle seguenti è una limitazione delle memorie flash?
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Per quali motivi è importante prevedere il comportamento dei programmi in un sistema di memoria?
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Cosa caratterizza il tempo di accesso sequenziale rispetto a quello casuale per le memorie flash?
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Qual è il minimo tempo di accesso per i registri?
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Qual è il ruolo principale dei blocchi nella memoria cache?
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Qual è la principale differenza tra l'accesso ai dati sui nastri magnetici e sui dischi magnetici?
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Quale dei seguenti termini si riferisce alla capacità di un disco di ruotare e posizionare un settore sotto la testina?
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Qual è la funzione principale del codice operativo in un'istruzione?
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Quale tipo di operandi fornisce il valore del dato direttamente nell'istruzione?
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Cosa viene utilizzato per verificare la correttezza della registrazione di un byte nei nastri magnetici?
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In un indirizzamento indiretto, quale componente dell'IR contiene un riferimento a un indirizzo di memoria?
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Qual è l'unità minima di trasferimento tra disco e RAM nei dischi magnetici?
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Quale tecnologia è stata principalmente sostituita dalle memorie flash?
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Qual è la caratteristica principale dell'indirizzamento relativo?
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Che cosa accade durante la fase di FETCH di un'istruzione?
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Qual è la capacità di un DVD a doppio strato?
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Qual è la funzione principale di un programma assemblatore?
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La formattazione di un disco è necessaria per:
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Quali elementi distingue il linguaggio assembly dal linguaggio macchina?
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Quale affermazione è corretta riguardo alla densità di memorizzazione sui dischi magnetici?
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Qual è il componente principale di un hard disk?
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Qual è la differenza principale tra indirizzamento relativo e relativo con auto incremento?
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Quale tipo di indirizzamento utilizza una referenza a un registro per trovare l'indirizzo di un dato in memoria?
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Che cosa determina il tempo totale di accesso ai dati su un disco?
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Quali sono i due tipi di tabelle utilizzati nel processo di assemblaggio?
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Qual è la caratteristica principale dei dischi ottici rispetto ai dischi magnetici?
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Un'operazione di somma viene inviata all'unità di controllo tramite quale processo?
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Quale tecnologia di accesso è utilizzata dai nastri magnetici?
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Qual è il vantaggio principale dei dischi magnetici rispetto ai nastri magnetici?
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Qual è il limite principale della memorizzazione di un indirizzo in un campo dell'IR?
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Cosa determina il numero di passi e di operazioni nel processo di esecuzione delle istruzioni?
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Qual è l'effetto dell'auto incremento sull'indirizzamento relativo?
Qual è l'effetto dell'auto incremento sull'indirizzamento relativo?
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Study Notes
Finitezza e Terminazione
- Non confondere finitezza (si riferisce alle istruzioni dell'algoritmo) e terminazione (si riferisce alla quantità di passi del processo).
Algoritmi
- Un algoritmo è una sequenza di istruzioni contenenti variabili.
- Le istruzioni possono essere di tre tipologie: elaborazione, input/output, controllo.
- Le variabili hanno specifiche caratteristiche, tra cui: nome, locazione di memoria, tipo, valore assegnato, variabilità, struttura, origine, visibilità del codice e visibilità nel flusso di esecuzione.
Istruzioni di Assegnamento/Elaborazione
- La notazione xy indica l'assegnamento di un valore alla variabile x.
- Un'operazione può essere eseguita sul lato destro della freccia (es. y+1).
Istruzioni Aritmetico-Logiche
- Le espressioni aritmetiche coinvolgono operatori come somma (+), sottrazione (-), moltiplicazione (*), divisione intera (/) e resto (%).
- Le espressioni relazionali coinvolgono operatori di confronto come uguaglianza (==), diversità (!=), minoranza (<) tra numeri.
- Le espressioni logiche e predicati logici utilizzano operatori come congiunzione (AND), disgiunzione (OR) e negazione (NOT).
Algebra di Boole
- Gli operatori logici possono essere unari (negazione) o binari (tutti gli altri).
- Gli operatori logici hanno specifiche proprietà: identità, elemento nullo, idempotenza, inverso, commutativa, associativa, distributiva, teorema di assorbimento, teorema di De Morgan.
Schemi a Blocchi
- Gli schemi a blocchi rappresentano graficamente gli algoritmi.
- I blocchi elementari sono: inizio, input/output, fine, elaborazione, selezione a 2 vie, sottoprogramma.
- I blocchi sono collegati da archi.
Memorie
- La memoria centrale è suddivisa in parole (blocchi di memoria fisica).
- Il tempo di accesso alla memoria dipende dalla tecnologia utilizzata.
- Il sovraccarico di lavoro per la CPU è mitigato da dispositivi come DMA (data memory access).
CPU
- La CPU è composta da unità di controllo e data path.
- L'unità di controllo comanda tutti i dispositivi del calcolatore.
- Il data path include ALU (unità aritmetico-logica) e registri.
Ciclo di Istruzione
- Il ciclo di istruzione prevede le fasi di fetch, decode ed execution.
- L'istruzione viene prelevata dalla memoria (fetch), decodificata (decode) ed eseguita (execution).
- Le istruzioni sono organizzate in campi: codice operativo, operandi sorgente e destinazione.
- I tipi di operandi sono: immediato, a registro, a memoria.
Indirizzamento in Memoria
- L'indirizzamento in memoria permette di localizzare dati in memoria.
- I tipi di indirizzamento sono: diretto, indiretto, relativo, relativo con auto incremento o auto decremento.
Linguaggio Assembly
- Il linguaggio assembly rappresenta simbolicamente il linguaggio macchina (binario).
- Il programma assemblatore traduce da linguaggio assembly in linguaggio macchina.
- Il linguaggio assembly è più leggibile rispetto al linguaggio macchina.
- Il linguaggio assembly utilizza nomi simbolici per codici di operazioni, indirizzi di registri, variabili ed etichette.
Memorie Flash
- Le memorie flash sono memorie elettroniche riscrivibili e non volatili che sono state sviluppate negli anni '80.
- Il loro costo è diminuito significativamente nel tempo, portando alla loro diffusione in dispositivi come tablet e lettori MP3.
- Le memorie flash possono essere utilizzate sia come memorie di massa relativamente piccole ma veloci, sia come memorie centrali relativamente lente ma adatte per esigenze di prestazioni limitate.
- rispetto alle memorie elettroniche tradizionali, le memorie flash offrono il vantaggio di combinare la riscrivibilità con la non volatilità, ma hanno tempi di accesso, soprattutto di scrittura, più lenti.
- Il tempo di lettura per le memorie flash varia tra circa 100 nanosecondi per gli accessi sequenziali e alcuni microsecondi per gli accessi casuali.
Gerarchia delle Memorie
- La memoria interna include registri, memoria cache e memoria centrale (RAM). Questa tipologia di memoria ha un'interazione intensa con la CPU. Caratteristiche: capacità inferiore, tempo di accesso minore, frequenza di accesso maggiore.
- I dischi magnetici come hard disk, CD e DVD sono considerati memoria esterna online. Caratteristiche: capacità medie, tempo di accesso medio, frequenza di accesso medio.
- I dischi ottici come CD-ROM, CD-RW, DVD e nastri sono considerati memoria offline. Caratteristiche: capacità elevate, tempo di accesso alto, frequenza di accesso minore (esterne).
Collocazione Fisica delle Memorie
- Registri, cache di livello I, cache di livello II e chip sono elementi chiave all'interno di un calcolatore per la gestione della memoria.
Caratteristiche dei Livelli di Gerarchia di Memoria
- Registri: capacità 1 KB, tempo di accesso 1 ns (ordine del ciclo di clock).
- Cache: capacità 1-10 MB, tempo di accesso 10 ns, velocità di trasferimento 100 GB/s.
- RAM: capacità 1-10 GB, tempo di accesso 100 ns, velocità di trasferimento 10 GB/s.
- SSD: capacità 100-1000 GB, tempo di accesso 100 microsecondi, velocità di trasferimento < 1 GB/s.
- Hard Disk: capacità 100-1000 GB, tempo di accesso 10 ms, velocità di trasferimento 0.1 GB/s.
- Nastri, CD: capacità GB per unità (senza limite di capienza), tempo di accesso 100 ms, velocità di trasferimento 0.01 GB/s.
- Obiettivo delle memorie centrali: velocità (memorie volatili).
- Obiettivo delle memorie di massa: capienza (memorie non volatili).
Principio di Località e Cache
- La memoria cache è meno capiente della RAM (mille volte più piccola).
- Per migliorare le prestazioni, la cache controlla se un dato è presente al suo interno prima di accedere alla RAM.
- Il principio di località spaziale afferma che un programma spesso accede ad elementi con indirizzi vicini a quello dell'elemento corrente.
- Il principio di località temporale afferma che un programma spesso accede allo stesso elemento in un breve intervallo di tempo.
- Quando la CPU richiede un'istruzione o un dato non presente nella cache, vengono prelevati dalla RAM e trasferiti nella cache insieme alle celle adiacenti.
- Se la cache è già piena, un nuovo blocco sostituisce un blocco vecchio, solitamente quello meno utilizzato di recente, seguendo una politica di sostituzione LRU (least recently used).
- La combinazione di cache e RAM offre il vantaggio della capacità elevata e dei bassi costi della RAM e dell'alta velocità della cache.
Memoria Cache (Informazioni Aggiuntive ed Esempi)
- La memoria cache è suddivisa in blocchi di parole consecutive, ciascuno con una propria etichetta associata.
- L'etichetta identifica un blocco di parole nella memoria centrale, mentre l'offset identifica la posizione specifica di una parola all'interno del blocco.
- L'accesso alla cache avviene in base agli indirizzi della memoria RAM.
- I confronti tra l'indirizzo della RAM e le etichette dei blocchi in cache vengono eseguiti in parallelo.
- Se un confronto è positivo, il dato è già presente nella cache e l'accesso è rapido.
- Se tutti i confronti sono negativi, il dato non è presente nella cache e viene prelevato dalla RAM.
- I caricamenti dalla RAM alla cache non limitano la parola cercata, ma includono anche le celle adiacenti.
- La velocità degli accessi alla cache è costante grazie all'esecuzione parallela dei confronti e all'accesso diretto alla parola desiderata all'interno del blocco.
Dispositivi per le Memorie di Massa
- Le memorie di massa devono essere non volatili e avere una grande capacità.
- Le tecnologie principali per le memorie di massa sono quella magnetica e quella ottica, con le memorie flash che stanno diventando sempre più diffuse.
Dischi e Nastri Magnetici
- I dispositivi di memorizzazione magnetici utilizzano uno strato sottile di materiale magnetico per memorizzare dati, codificati in base allo stato di magnetizzazione.
- Le testine di lettura/scrittura rilevano e modificano lo stato di magnetizzazione della superficie.
- I nastri magnetici erano i primi dispositivi di memoria di massa, ma sono stati sostituiti da altre tecnologie.
- L'accesso alle informazioni su un nastro è sequenziale, il che significa che per leggere un dato specifico è necessario scorrere attraverso i dati precedenti.
- I dischi magnetici memorizzano dati su dischi circolari, suddivisi in tracce concentriche, settori e blocchi di dati.
- Ogni settore contiene un blocco di dati, che rappresenta l'unità minima di trasferimento tra il disco e la RAM.
- La densità di memorizzazione è maggiore verso il centro del disco rispetto alla periferia.
- La formattazione organizza la superficie del disco in tracce e settori, identificando la posizione specifica di ogni settore.
- Il tempo di accesso a un dato sul disco magnetico è composto da tempo di ricerca (seek time), tempo di rotazione (latency time) e tempo di trasferimento effettivo.
- Gli hard disk moderni sono più veloci e hanno una capacità maggiore rispetto ai modelli precedenti.
- I floppy disk erano un formato comune negli anni scorsi ma sono stati sostituiti dalle memorie flash.
Dischi Ottici
- I dischi ottici, come CD e DVD, sono un'alternativa ai dischi magnetici.
- Hanno una capacità più elevata rispetto ai dischi magnetici, con i CD che offrono circa 600 MB e i DVD fino a 17 GB.
- I dischi ottici sono stati ampiamente utilizzati per memorizzare grandi quantità di dati, come enciclopedie, legislazioni e sistemi operativi.
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Questo quiz esamina i concetti chiave degli algoritmi, come finitezza e terminazione, insieme alle diverse tipologie di istruzioni. Si approfondiscono in particolare le istruzioni di assegnamento ed elaborazione, nonché le operazioni aritmetico-logiche. Testa la tua comprensione di queste basi dell'informatica.