Architettura del calcolatore PDF

Informatica (Fisica - Informatica – Statistica) Corso di Laurea Magistrale a Ciclo Unico Medicina Veterinaria A.A. 2024/2025 Dr. Luigi Vesce [email protected] (Coordinatore del Corso Integrato: Prof. Nicola Toschi)...

Informatica (Fisica - Informatica – Statistica) Corso di Laurea Magistrale a Ciclo Unico Medicina Veterinaria A.A. 2024/2025 Dr. Luigi Vesce [email protected] (Coordinatore del Corso Integrato: Prof. Nicola Toschi)  Informatica Architettura del calcolatore Dr. Luigi Vesce [email protected]  Architettura del calcolatore Informatica – Luigi Vesce  Architettura del set di istruzioni Informatica – Luigi Vesce  Set di istruzioni Informatica – Luigi Vesce  Organizzazione del calcolatore Informatica – Luigi Vesce  Architettura del calcolatore Organizzazione interna del calcolatore Guscio che racchiude gli elementi base per l’esecuzione di programmi E’ l’interfaccia di più basso livello visibile ai programmatori (anche se, per la sua complessità, viene utilizzata solo da programmatori esperti) Esistono interfacce di programmazione di più alto livello (ovvero più semplici) che utilizzano comunque il computer come motore di esecuzione di istruzioni Informatica – Luigi Vesce  Architettura del calcolatore – Von Neumann Informatica – Luigi Vesce  Schema I cinque sottosistemi principali: Unità di Controllo e Unità Aritmetico/Logica (ALU) racchiuse nella CPU (Central Processing Unit), Memoria, Unità di Input e Unità di Output Informatica – Luigi Vesce  Schema - interconnessione Informatica – Luigi Vesce  La scheda madre Informatica – Luigi Vesce  La scheda madre Informatica – Luigi Vesce  Unità centrale di elaborazione Informatica – Luigi Vesce  Unità centrale di elaborazione Informatica – Luigi Vesce  Memoria La memoria contiene il programma in esecuzione e i dati su cui il programma stesso opera Caratteristiche della memoria: locazioni discrete. Ogni locazione è pari a 1 byte indirizzi. Ogni locazione di memoria ha un indirizzo (un numero intero a partire da 0) contenuto. Le locazioni di memoria memorizzano valori (sequenze di bit) capacità finita. Le locazioni di memoria hanno una capacità finita — i programmatori devono tenere presente che la quantità di dati che è possibile avere in memoria è limitata Informatica – Luigi Vesce  Locazioni di memoria Generalmente un diagramma della memoria di un computer rappresenta le locazioni discrete come piccoli rettangoli L’indirizzo delle locazioni è indicato sopra il rettangolo. I valori delle locazioni sono riportati nel rettangolo corrispondente. Informatica – Luigi Vesce  Locazioni di memoria Ogni locazione contiene 1 byte che memorizza un carattere ASCII o un numero compreso tra 0 e 255 Per rappresentare dati più complessi i programmatori utilizzano una sequenza di locazioni di memoria adiacenti, ignorando il fatto che hanno differenti indirizzi i blocchi di 4 byte sono usati frequentemente come singola unità e sono chiamati in tal caso "parole di memoria" Informatica – Luigi Vesce  La RAM (Random Access Memory) "ad accesso casuale" (random Access Memory) significa che il computer può accedere a qualsiasi locazione di memoria direttamente con una sola operazione e quindi impiegando lo stesso tempo Spesso è misurata in megabyte (MB) o gigabyte (GB) Avere tanta memoria consente di non avere problemi di spazio per i programmi e i dati Informatica – Luigi Vesce  Unità di input e output Sono le piste e i circuiti attraverso cui l’informazione entra ed esce dal computer Le periferiche: si collegano alle porte di input/output del computer. Non sono considerate parti vere e proprie del computer, ma terminali specializzati che codificano/decodificano l’informazione scambiata tra computer e mondo fisico. In generale l’unità di input trasferisce dati dalla periferica alla memoria, quella di output dalla memoria alla periferica L’hard disk e, in generale, tutte le memorie di massa più veloci (es. USB drive), sono periferiche di input/output privilegiate, che estende la memoria principale del computer (più capiente ma più lenta) Informatica – Luigi Vesce  Le periferiche La tastiera trasforma la pressione sui tasti in un dato in formato binario Il monitor rappresenta l’informazione contenuta nella memoria del computer visualizzandola su uno schermo a colori USB drive e hard disk sono utilizzati sia come input che come output. Sono dispositivi di memorizzazione in cui il computer può archiviare permanentemente informazioni per poi recuperarle al momento del bisogno Informatica – Luigi Vesce  Il monitor Informatica – Luigi Vesce  Un driver per ogni periferica Le periferiche forniscono solo un servizio base di «traduzione» da fenomeno fisico a segnale binario Ogni ulteriore informazione è demandata al computer che deve aggiungere ogni comportamento «intelligente» Ad es., quando il computer riceve la segnalazione che l’utente ha premuto contemporaneamente shift e q converte l’input nella lettera maiuscola Q. Il programma che opera la conversione è chiamato driver. Ogni periferica necessita di un driver apposito per funzionare Informatica – Luigi Vesce  La CPU Informatica – Luigi Vesce  Collegamento a BUS Semplicità un’unica linea di connessione significa costi ridotti di produzione Estendibilità aggiunta di nuovi dispositivi molto semplice Standardizzazione stesse regole per la comunicazione fra dispositivi diversi Lentezza utilizzo in «mutua esclusione» del bus (un dispositivo alla volta) Limitata capacità al crescere del numero di dispositivi collegati Sovraccarico del processore (CPU) perché funge da master sul controllo del bus Informatica – Luigi Vesce  CPU e memoria Central Processing Unit (CPU) + Memoria Compito della CPU: Eseguire i comandi contenuti nella memoria Informatica – Luigi Vesce  Architettura di Von Neumann Informatica – Luigi Vesce  Architettura di Von Neumann Informatica – Luigi Vesce  Il ciclo macchina Informatica – Luigi Vesce  Unità ALU Informatica – Luigi Vesce  Unità ALU Informatica – Luigi Vesce  Principio del programma memorizzato Informatica – Luigi Vesce  Il program counter Informatica – Luigi Vesce  Istruzione di salto Informatica – Luigi Vesce  Esempio istruzione Informatica – Luigi Vesce  Esempio istruzione – fetch istruzione Informatica – Luigi Vesce  Esempio istruzione – decodifica istruzione L’istruzione viene esaminata L’ALU è configurata con l’operazione da eseguire Calcolo degli indirizzi degli operandi sorgente e destinazione Informatica – Luigi Vesce  Esempio istruzione – fetch dati Trasferimento operandi dalla memoria alla ALU Informatica – Luigi Vesce  Esempio istruzione Informatica – Luigi Vesce  Esempio istruzione Informatica – Luigi Vesce