Architettura dei Computer - Capitolo 1

Il processore (master) comunica con la memoria e l'I/O (slave) tramite il bus. I trasferimenti tra master e slave sono unidirezionali e il bus trasporta solo dati. Un dispositivo può essere master o slave a seconda della funzione in corso.

Un trasferimento da processore a memoria o I/O si chiama scrittura (Write), mentre da memoria o I/O a processore si chiama lettura (Read)

Le linee di controllo del bus (CBus) gestiscono i trasferimenti, specificando stato, direzione e tipo di operazione.

Il bit Wait indica se un trasferimento è in corso (0) o completato (1). I/O-Mem indica se il trasferimento coinvolge la memoria (0) o l'I/O (1). R/W indica se l'operazione è di scrittura (0) o di lettura (1).

Il numero di linee dell'ABus determina la capacità di indirizzamento della memoria, ovvero quante posizioni di memoria possono essere raggiunte.

Il numero di linee del DBus indica la quantità massima di dati che il processore può elaborare in un singolo trasferimento.

I dispositivi esterni (periferiche) si collegano al bus tramite circuiti specifici di controllo e pilotaggio chiamati interfaccia.

Il processore deve sospendere l'esecuzione del processo quando riceve un segnale specifico.

La trasmissione seriale asincrona utilizza bit di start e stop per sincronizzare trasmettitore e ricevitore. I dati vengono trasmessi in modo discontinuo.

La trasmissione seriale sincrona utilizza un clock per la sincronizzazione. I dati vengono trasmessi in modo continuo.

Nella trasmissione parallela, più bit di dati vengono trasmessi contemporaneamente su più linee.

Un'operazione di input comporta la lettura da parte della CPU dei dati da una periferica di ingresso.

Un'operazione di output comporta la scrittura da parte della CPU dei dati su una periferica di uscita.

La sezione I/O è un'area di memoria dedicata alla gestione delle periferiche. Ogni periferica ha un indirizzo specifico.

Le porte I/O sono registri speciali utilizzati per comunicare con le periferiche.

Il mapping in memoria permette alle periferiche di utilizzare la memoria generale del sistema. In pratica, la CPU e il sistema operativo usano gli indirizzi per comunicare con le periferiche.

Una tecnica di gestione delle periferiche che prevede l'interrogazione ciclica e sequenziale delle periferiche da parte della CPU.

Un'interfaccia hardware che consente alle periferiche di richiedere l'attenzione della CPU in qualsiasi momento, interrompendo l'esecuzione del programma corrente.

I flag di stato sono registri speciali associati alle periferiche che indicano lo stato corrente del dispositivo, ad esempio se è pronto a ricevere dati.

La tecnica del polling è meno efficiente dell'interrupt perché la CPU spreca tempo a interrogare le periferiche anche quando non hanno nulla da segnalare.

La tecnica dell'interrupt, sebbene più complessa, è più efficiente del polling perché consente alla CPU di concentrarsi su altri compiti fino a quando non è necessario gestire una periferica.

Il DMA (Direct Memory Access) è una tecnica che consente alle periferiche di trasferire dati direttamente alla memoria centrale senza coinvolgere la CPU.

Nella tecnica DMA, la CPU è in stato di attesa (WAIT) fino a quando il trasferimento dei dati non è completato.

Il DMA è utilizzato per trasferimenti di dati ad alta velocità, come quelli tra disco e memoria centrale.

Un insieme di istruzioni che la CPU può eseguire. Ogni istruzione è codificata come una sequenza di bit e rappresenta un'azione specifica.

Un registro speciale all'interno della CPU che contiene l'indirizzo della prossima istruzione da eseguire.

Un'istruzione di assembly che trasferisce il contenuto di una locazione di memoria in un registro.

Un linguaggio di programmazione che si avvicina al linguaggio macchina, utilizzando istruzioni brevi e mnemoniche.

Un processo che traduce il codice assembly in codice binario, comprensibile dalla CPU.

Un'unità di memoria che contiene un valore, rappresentato in binario, che occupa un'area specifica in memoria.

Un dispositivo che contiene dati in formato binario utilizzabili dalla CPU.

Un'unità di elaborazione che contiene i circuiti necessari per eseguire istruzioni e manipolare dati.

Un'architettura con un insieme di istruzioni complesso (ISA), che richiede una struttura complessa del microprocessore e utilizza microprogrammi. Le istruzioni sono lente da eseguire poiché i microprogrammi sono complessi e richiedono frequenti accessi alla memoria. I processori CISC utilizzano molti transistor per i microprogrammi e hanno meno spazio per i registri.

Un'architettura con un insieme di istruzioni ridotto (ISA), che semplifica la struttura del microprocessore e velocizza l'esecuzione delle istruzioni. Le istruzioni sono più semplici e veloci da eseguire, con meno accesso alla memoria e un utilizzo efficiente dei transistor.

Un'istruzione che indica al processore di arrestare l'esecuzione del programma corrente e passare il controllo al sistema operativo.

Il livello più basso di programmazione, specifico dell'architettura interna di un calcolatore. È un insieme di istruzioni comprensibili al processore.

Il processo di trasferimento del dato dal bus di indirizzi alla memoria, attivazione della cella di memoria selezionata e trasferimento del contenuto della cella al registro del processore tramite il bus dati.

Fase del ciclo di fetch-decode-execute in cui l'istruzione viene letta dalla memoria e posizionata nel registro di istruzioni.

Fase del ciclo di fetch-decode-execute in cui l'istruzione viene analizzata e decodificata per determinare l'operazione da eseguire.

Fase del ciclo di fetch-decode-execute in cui viene eseguita l'operazione specificata dall'istruzione.

I processori RISC (Reduced Instruction Set Computer) utilizzano un set ridotto di istruzioni, ma più semplici e veloci da eseguire. Questo design si traduce in cicli di clock più rapidi e consumi energetici minori, ideali per dispositivi mobili.

I processori RISC erano inizialmente penalizzati dalla complessità di tradurre i linguaggi di alto livello in istruzioni semplici. Questo richiedeva programmi più lunghi e occupava più spazio in memoria.

I processori RISC sono diventati molto popolari grazie all'aumento della velocità dei processori e all'utilizzo efficiente dell'energia. Esempi di processori RISC sono ARM per dispositivi mobili, MIPS per console di gioco e PowerPC utilizzati da Apple.

I processori CISC (Complex Instruction Set Computer) utilizzano un set di istruzioni più completo e complesso. Le istruzioni possono essere più complesse, ma possono richiedere più tempo per l'esecuzione.

Il successo di CISC è dovuto principalmente alla predominanza di Intel e AMD sul mercato. Molti software sono compatibili con l'architettura CISC, rendendo difficile competere per i processori RISC.

Le moderne architetture Intel sono un ibrido tra CISC e RISC. Le istruzioni più complesse vengono tradotte in istruzioni più semplici, sfruttando i vantaggi di entrambe le architetture.

L'ISA (Instruction Set Architecture) del processore 8086, il primo processore Intel con architettura X-86, era composta da istruzioni lunghe da 1 a 4 byte, a seconda degli operandi.

Il processore 8086, il primo processore con architettura X-86, era significativamente più lento e aveva meno memoria RAM rispetto ai moderni smartphone. La tecnologia è progredita enormemente nel tempo.