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Questions and Answers
Qual è una delle limitazioni principali delle locazioni di memoria?
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Come sono rappresentate tipicamente le locazioni di memoria in un diagramma?
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Quanti byte contiene di solito una locazione di memoria standard?
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Come vengono chiamati i blocchi di 4 byte utilizzati frequentemente come singola unità?
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Cosa significa 'accesso casuale' (random access) nella RAM?
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In cosa si misurano spesso le dimensioni della RAM?
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Qual è la funzione principale delle unità di input?
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Quale tra queste periferiche è considerata sia di input che di output?
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Qual è il principale scopo dell'architettura del calcolatore?
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Quale dei seguenti componenti non fa parte dei cinque sottosistemi principali di un'architettura di calcolatore secondo il modello di Von Neumann?
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Cosa contiene la memoria in un'architettura di computer?
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Come sono organizzate le locazioni della memoria principale?
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Cosa identifica l'indirizzo di una locazione di memoria?
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Quale affermazione descrive meglio la capacità della memoria in un computer?
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Quale componente del computer è responsabile dell'archiviazione permanente delle informazioni?
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Qual è la funzione principale di un driver di periferica?
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Qual è il ruolo della scheda madre in un calcolatore?
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Quale svantaggio è associato all'utilizzo di un bus singolo per la comunicazione tra dispositivi nel computer?
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Qual è il ruolo principale della CPU (Central Processing Unit)?
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In un'architettura di Von Neumann, quale è il compito principale della CPU?
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Cos'è il ciclo macchina in informatica?
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Qual è la funzione principale dell'unità ALU all'interno della CPU?
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Cosa indica il program counter (PC)?
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Dopo aver recuperato un'istruzione, qual è il passo successivo nel ciclo macchina prima di recuperare i dati?
Dopo aver recuperato un'istruzione, qual è il passo successivo nel ciclo macchina prima di recuperare i dati?
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Study Notes
Informatica (Fisica - Informatica - Statistica)
- Corso di Laurea Magistrale a Ciclo Unico in Medicina Veterinaria
- Anno Accademico 2024/2025
- Docente: Dr. Luigi Vesce ([email protected])
- Coordinatore del Corso Integrato: Prof. Nicola Toschi
Architettura del Calcolatore
-
L'architettura del set di istruzioni di un calcolatore:
- Descrive le caratteristiche del sistema, influenzando l'esecuzione dei programmi.
- È la parte del sistema visibile al programmatore (inclusa quella dei compilatori).
-
Organizzazione del calcolatore:
- Descrive le unità operazionali e le loro connessioni a livello elevato.
- Realizza le specifiche dell'architettura del set di istruzioni.
-
Hardware:
- Definisce le specifiche del calcolatore, inclusi dettagli sul livello logico-digitale e la tecnologia di packaging.
Architettura del set di istruzioni
-
Insieme delle istruzioni:
- Elenco delle istruzioni eseguibili da un calcolatore.
-
Numero di bit per i tipi di dati:
- Quanti bit sono usati per rappresentare diversi tipi di dati.
-
Tecniche di indirizzamento della memoria:
- Metodi per indirizzare la memoria del computer.
Set di istruzioni
- L'insieme di istruzioni elementari di una CPU
- I computer possono eseguire circa 100 istruzioni diverse.
- Circa 20 tipi di operazioni distinte (Addizione, sottrazione, ecc).
- Processori RISC (Reduced Instruction Set Computer) e CISC (Complex Instruction Set Computer).
- Le operazioni sono molto elementari.
- Tutto ciò che viene richiesto al computer deve essere ricondotto a queste operazioni elementari.
Organizzazione del calcolatore
- L'organizzazione di un calcolatore riguarda:
- Le capacità e le prestazioni delle unità principali del sistema (registri, ALU...).
- I segnali di controllo tra le diverse unità.
- Il modo di interconnessione tra le unità funzionali.
- L'organizzazione del sottosistema di memorizzazione.
- Il termine "architettura di un calcolatore" include questi tre aspetti:
- L'architettura del set di istruzioni.
- L'organizzazione del calcolatore.
- L'hardware.
Architettura del calcolatore - Von Neumann (1946)
- Un calcolatore deve:
- Memorizzare i dati su cui operare.
- Memorizzare sequenze di istruzioni.
- Eseguire le istruzioni sui dati.
- Controllare il flusso di esecuzione.
- Comunicare con gli utenti e con altri dispositivi.
Schema dei sottosistemi principali
- Cinque sottosistemi principali: Unità di Controllo, Unità Aritmetico-Logica (ALU), Memoria, Unità di Input, Unità di Output.
Schema - interconnessione
- Il processore, l'unità di controllo, l'unità di elaborazione dati, la memoria, le interfacce di I/O e il BUS (dati, indirizzi, controllo).
La scheda madre (motherboard)
- La base della struttura è la scheda madre stessa
- Assicura la connessione tra le varie componenti (processore, memoria, dispositivi di I/O)
- L'alimentazione a tutte le componenti.
- Il controllo dello stato della macchina.
- Il bus, costituito da piste sul circuito stampato, può implementare funzionalità come controller di hard disk e floppy disk, schede audio/video.
La CPU (Central Processing Unit)
- Formato da ALU (Arithmetic Logic Unit) e Unità di Controllo.
La Memoria
- Contiene il programma in esecuzione e i dati su cui il programma opera.
- Le locazioni di memoria sono discrete e hanno un indirizzo univoco.
- Ogni locazione di memoria ha una capacità finita (1 byte).
- I dati sono memorizzati come sequenze di bit.
- RAM (Random Access Memory):
- Accesso casuale alle locazioni di memoria.
- Misurata in MB o GB.
Unità di input e output
- Le periferiche sono i dispositivi che permettono l'input e l'output dei dati dal/al computer.
- Possono essere considerate terminali specializzati che codificano/decodificano l'informazione scambiata tra il computer e il mondo esterno.
- Le periferiche di input trasmettono dati dalla periferica alla memoria.
- Le periferiche di output trasmettono dati dalla memoria alla periferica.
Le periferiche
- La tastiera trasforma la pressione dei tasti in dati binari.
- Il monitor visualizza l'informazione contenuta nella memoria del computer su uno schermo a colori.
- I dispositivi di memorizzazione di massa (come USB drive e hard disk) sono periferiche di input/output privilegiate che estendono la memoria principale del computer.
Il monitor
- Tipologie di monitor: LCD (Liquid Crystal Display) basato sulla polarizzazione della luce.
- Tipi di Display: a Matrice Attiva (pixel sono controllati da una matrice di selezione) e a colori.
Un driver per ogni periferica
- Le periferiche forniscono solo un servizio base di traduzione da fenomeno fisico a segnale binario.
- Il computer deve aggiungere comportamenti intelligenti attraverso i drivers.
- Ad esempio, la conversione da input all'utente in output come lettera maiuscola.
La CPU
- Interconnessa con altre componenti (motherboard, memorie di massa (HDD, Floppy, CD-ROM, USB) e periferiche (es. tastiera, mouse, monitor, stampante)
Collegamento a BUS
- Semplicità del collegamento con un unico bus.
- Estendibilità, aggiunta di nuovi dispositivi agevole.
- Standardizzazione (stesse regole di comunicazione).
- Lentezza (utilizzo alternato per la comunicazione).
- Limitata capacità di collegamento.
- CPU come master.
CPU e memoria
- Architettura di Von Neumann, dove CPU e memoria condividono lo stesso bus.
Architettura di Von Neumann
- Blocchi principali: ALU (Arithmetic Logic Unit), ACC (Accumulatore), PC (Program Counter), IR (Instruction Register), DR (Data Register), AR (Address Register) e CONTROLLO.
- ALU: Esegue calcoli.
- ACC: Immagazzina i dati temporaneamente.
- PC: Tiene traccia dell'istruzione corrente.
- IR: Contiene l'istruzione corrente.
- DR: Memorizza i dati in ingresso/uscita.
- AR: Memorizza gli indirizzi da comunicare alla memoria.
- Alcuni registri: PC, IR, DR, AR.
Il ciclo macchina
- Fetch istruzioni
- Decodifica istruzioni
- Fetch dati
- Esecuzione istruzioni
- Restituzione risultato
Unità ALU
- Implementazione del ciclo macchina tramite hardware.
- Esegue operazioni aritmetiche e logiche, come l'aggiunta, la moltiplicazione e il confronto.
- Esempio: ADD 2000, 2080, 4000 (somma in locazione 4000 i valori in 2000 e 2080).
Principio del programma memorizzato
- Le istruzioni sono immagazzinate nella memoria in sequenza.
- JUMP
: Consente il salto ad un indirizzo arbitrario. - Istruzioni condizionali: Consente di prendere decisioni sulla base di un risultato precedente.
Il program counter (PC)
- Memorizza l'indirizzo dell'istruzione successiva.
- È incrementato di 4 byte per passare all'istruzione successiva.
Istruzione di salto
- L'istruzione può includere l'indirizzo dell'istruzione successiva.
- Il PC viene sovrascritto nel passo di esecuzione istruzione.
- Il successivo fetch, effettua il riferimento all'indirizzo aggiornato.
Esempio istruzione
- Il computer esegue i comandi tradotti nel linguaggio macchina.
- Stato della CPU prima del fetch di una istruzione ADD: ALU, Unità di Controllo, Memoria, Input, Output
Esempio istruzione - Fetch Istruzione
- L'istruzione corrente è spostata dalla memoria all'unità di controllo.
Esempio istruzione - Decodifica Istruzione
- L'istruzione è esaminata,
- L'ALU è configurata con l'operazione corretta.
- Vengono calcolati gli indirizzi degli operandi sorgente e destinazione.
Esempio istruzione - Fetch Dati
- Gli operandi sono trasferiti dalla memoria all'ALU.
Esempio istruzione - Esecuzione Istruzione
- L'ALU esegue l'operazione sull'istruzione.
- Il risultato è calcolato.
Esempio istruzione - Restituzione Risultato
- Il risultato è restituito nella locazione di memoria specificata dall'indirizzo di destinazione.
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Description
Questo quiz esplora l'architettura del calcolatore, compreso l'insieme delle istruzioni e l'organizzazione hardware. È progettato per gli studenti del Corso di Laurea Magistrale in Medicina Veterinaria per l'anno accademico 2024/2025. Testa la comprensione delle caratteristiche fondamentali del sistema e delle sue specifiche.
