Architettura del computer AA2023-21 PDF

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Machine Translated by Google Architettura del computer AA2023-21 ver:a M M cellula Alan Mathison Turing OBE FRS (23 giugno 1912-7 giugno 1954) è stato un matematico, Testa informatico, logico, crittoanalista, filosofo e biologo teorico inglese ANDARE La “Bomba” nel 1944 Testa+ALU nastro 1 Machine Translated by Google https://it.wikipedia.org/wiki/The_Imitation_Game 2 Machine Translated by Google La macchina Jacquard (1804) era comandata da una "catena di carte"; un certo numero di schede perforate allacciate insieme in modo continuo sequenza. Questo utilizzo di schede perforate sostituibili per controllare una sequenza di operazioni è considerato un passo importante nella storia dell'hardware informatico. https://it.wikipedia.org/wiki/Telaio_Jacquard 3 Machine Translated by Google John von Neumann (1903 –1957) era un ungherese Matematico, fisico, informatico, ingegnere americano L'architettura di von Neumann Unità Aritmetica e Logica Ingresso Produzione Principale Attrezzatura Memoria Unità di controllo del programma 7 EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) è stato uno dei primi computer elettronici. A differenza del suo predecessore, l'ENIAC, era binario anziché decimale ed era progettato per essere un computer a programma memorizzato (1940-1949) 4 Machine Translated by Google Architettura di von Neumann contro Turing Rappresentazione binaria per dati e programmi Memoria principale contenente dati (T) e programmi (vN) Unità di controllo che interpreta le istruzioni dalla memoria ed esegue (vN) Il flusso di controllo normale è sequenziale (T) ma può essere modificato (vN) Dispositivo specializzato (ALU) per operare su dati ma anche su programma (vN) Memoria accessibile tramite indirizzo (vN) Apparecchiature di ingresso e uscita gestite dal controllo unità (vN) 9 Ciò implica che il flusso di istruzioni da perfettamente sequenziale (Turing) può diventare più complesso. La macchina di Von Neumann può anche eseguire salti con variazione dell'indirizzo di memoria con la cella (comando) in esecuzione. Macchina di Von Neumann con RA Nastro macchina di Turing indirizzo A Istruzion sono dati La macchina von Neumann Somma #3 e #4 Sommando due dati già caricati soddisfa pienamente Böhm 6 Vai alla cella 12 e Jacopini 12 5 Machine Translated by Google Struttura - Livello Superiore Periferiche Computer Centrale Principale in lavorazione Memoria Unità Computer Sistemi Interconnessione Ingresso Produzione Linee di comunicazione 11 Struttura: la CPU processore Aritmetica e Computer Registri I/O Unità Logica Sistema processore Autobus CPU interna Memoria Interconnessione Controllo Unità 12 6 Machine Translated by Google Struttura - L'Unità di Controllo Centralina processore Sequenziamento ANDARE Logica Controllo Interno Unità Autobus Centralina Registri Registri e Decodificatori Controllo Memoria 13 Componenti del computer: Vista di livello superiore ÿ Unità di elaborazione centrale (CPU = Controllo + ALU) ÿ Memoria ÿ I/O ÿ Interconnessioni di sistema (solitamente un "bus") 14 7 Machine Translated by Google Componenti Unità di elaborazione centrale (CPU): - Centralina – Unità Aritmetica e Logica – Registri interni Ingresso/uscita – I dati e le istruzioni devono entrare nel sistema e i risultati fuoriuscire Memoria principale – È necessaria la memorizzazione temporanea del codice e dei risultati 15 Componenti della CPU: Vista di livello superiore Registri computer E Linee ANDARE Linee Linee AC MBR Bus MAR Centralina Segnali di controllo 8 Machine Translated by Google CPU: Funzione dei registri Contatore di programma Registri – Indirizzo dell'istruzione successiva computer Registro delle istruzioni E – Codice di istruzioni da eseguire Linee Linee Accumulatore AC MBR – Memorizzazione temporanea per MAR operazioni ALU Registro indirizzi di memoria – Indirizzo di memoria dove R/W Registro del buffer di memoria – Dati letti/scritti da/in memoria Architettura moderna della CPU: Tanenbaum MIC-1 https://en.wikipedia.org/wiki/MIC-1 18 9 Machine Translated by Google Ciclo di istruzioni Due fasi: - Andare a prendere - Eseguire Fase di recupero Esegui fase Fase di recupero Il Program Counter (PC) conserva l'indirizzo della successiva istruzione da recuperare Il processore recupera le istruzioni dalla memoria posizione indicata dal PC Istruzione caricata nel Registro Istruzioni (E) Incremento PC (ma il PC potrebbe essere modificato in seguito...) 10 Machine Translated by Google Esegui fase Il processore decodifica le istruzioni e imposta i circuiti per eseguire le azioni richieste Esecuzione effettiva dell'operazione: – Memoria del processore trasferimento di dati tra CPU e memoria principale – Processore-I/O Trasferimento dati tra CPU e modulo I/O - Elaborazione dati Alcune operazioni aritmetiche o logiche sui dati - Controllo Alterazione della sequenza delle operazioni ad es. salto – Combinazione di quanto sopra Rev. di Luciano Gualà (2008-09) 21 Un processore molto semplice dimensione parola: 16 bit – per istruzioni e dati ISTRUZIONE: OP_CODE + INDIRIZZO – Codice operativo: 4 bit – Indirizzo: 12 bit OP_CODES: –1 (indirizzo) -> Accumulatore –2 Accumulatore -> indirizzo –5 (indirizzo)+Accumulatore -> Accumulatore Rev. di Luciano Gualà (2008-09) 22 11 Machine Translated by Google Esempio di esecuzione del programma 301 302 303 Rev. di Luciano Gualà (2008-09) 23 Ciclo di istruzioni - Diagramma di stato Rev. di Luciano Gualà (2008-09) 24 12 Machine Translated by Google Ken Olsen (1926-2011) è stato un ingegnere americano che ha co-fondato la Digital Equipment Corporation (DEC) nel 1957 con il collega Harlan Connessione Anderson e suo fratello Stan Olsen. MACCHINA AUTOBUS !!! Tutte le unità devono essere collegate Diversi tipi di connessione per diversi tipi di unità – Memoria, ingresso/uscita, CPU Rev. di Luciano Gualà (2008-09) 25 Connessione di memoria Riceve e invia dati Riceve indirizzi (di località) Riceve segnali di controllo - Leggere - Scrivere – Tempistica 13 Machine Translated by Google Connessione ingresso/uscita(1) Simile alla memoria dal punto di vista del computer Dati (durante le operazioni di output) – Ricevere dati dal computer – Invia dati alla periferica Dati (durante le operazioni di input) – Ricevere dati dalla periferica – Invia i dati al computer Connessione ingresso/uscita(2) Ricevere indirizzi dal computer – ad es. numero di porta per identificare la periferica Riceve segnali di controllo dal computer Invia segnali di controllo alle periferiche – ad es. disco rotante Inviare segnali di interruzione (controllo) 14 Machine Translated by Google Connessione alla CPU Legge istruzioni e dati Scrive i dati (dopo l'elaborazione) Invia segnali di controllo ad altre unità Riceve (e agisce su) gli interrupt Autobus Esistono numerosi sistemi di interconnessione possibili Le strutture BUS singole e multiple sono la maggior parte comune 15 Machine Translated by Google Cos'è un autobus? Un percorso di comunicazione che collega due o più dispositivi più dispositivi condividono lo stesso bus Di solito trasmesso Spesso raggruppato – Un certo numero di canali in un bus – ad esempio, il bus dati a 32 bit è composto da 32 canali separati a bit singolo Dati dell'autobus Trasporta dati – Ricorda che non c’è differenza tra “dati” e “istruzioni” a questo livello La larghezza è un fattore determinante per le prestazioni – 8, 16, 32, 64 bit 16 Machine Translated by Google Autobus degli indirizzi Identificare l'origine o la destinazione dei dati Ad esempio, la CPU deve leggere un'istruzione (dati) da una determinata posizione nella memoria La larghezza del bus determina la capacità massima di memoria del sistema – ad esempio, l'8080 ha un bus indirizzi a 16 bit che fornisce uno spazio di indirizzi di 64k Autobus di controllo Controllo e informazioni sui tempi – Segnale di lettura/scrittura della memoria – Richiesta di interruzione – Segnali orari 17 Machine Translated by Google Schema di interconnessione degli autobus Ogni dispositivo è collegato al bus: – il suo utilizzo deve essere coordinato Problemi sul bus singolo Molti dispositivi su un bus portano a: – Ritardi di propagazione I lunghi percorsi dei dati implicano che il coordinamento dell'uso del bus può farlo influenzare negativamente le prestazioni Se il trasferimento dei dati aggregati si avvicina alla capacità del bus La maggior parte dei sistemi utilizza più bus per superare questi problemi 18 Machine Translated by Google Tradizionale (con cache) Autobus ad alte prestazioni Rev. di Luciano Gualà (2008-09) 38 19 Machine Translated by Google Tipi di autobus Dedicato – Linee dati e indirizzi separate. Multiplex – Linee condivise – Indirizzo valido o linea di controllo dati validi – Vantaggio: meno righe – Svantaggi Controllo più complesso Prestazioni eccezionali Sistema operativo 20