Fondamenti dellInformatica A A 2000 2001 LUnit Centrale

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Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 L’Unità Centrale di Elaborazione ed il Microprocessore Prof.

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 L’Unità Centrale di Elaborazione ed il Microprocessore Prof. Vincenzo Auletta 1

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 L’Unità Centrale di Elaborazione Ø L’Unità Centrale di

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 L’Unità Centrale di Elaborazione Ø L’Unità Centrale di Elaborazione (Central Processing Unit) è il cuore di computer e notebook FControlla e coordina il lavoro di tutte le componenti del computer Ø La CPU è costituita da un microprocessore FRicavato da sottili lamine di silicio dette chip Fsilicio ricavato dalla sabbia Prof. Vincenzo Auletta 2

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Architettura della CPU ALU CU BUS INTERNO REGISTRI

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Architettura della CPU ALU CU BUS INTERNO REGISTRI BUS DATI BUS INDIRIZZI Prof. Vincenzo Auletta 3

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Il microprocessore Ø Il processore è composto da:

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Il microprocessore Ø Il processore è composto da: Ø unità di controllo interpreta i comandi provenienti dalla tastiera, dalle altre unità periferiche e dalla memoria. Øunità aritmetico-logica esegue le operazioni sotto il controllo dell’unità di controllo (sposta, addiziona, sottrai, metti, …). Prof. Vincenzo Auletta 4

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Transistor Ø Un microprocessore è costituito da minuscoli

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Transistor Ø Un microprocessore è costituito da minuscoli transistor collegati da fili per creare circuiti Ø Un transistor è un piccolo dispositivo che può assumere due stati (acceso/spento) FPermette di rappresentare un bit di dati Ø Legge di Moore (1965): Il numero di transistor in un singolo chip raddoppia ogni anno e mezzo. Moore è stato uno dei fondatori di INTEL Prof. Vincenzo Auletta 5

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Dimensioni dei trasnsitor Ø Lo sviluppo delle tecnologie

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Dimensioni dei trasnsitor Ø Lo sviluppo delle tecnologie dei semiconduttori hanno consentito di miniaturizzare i transistor e i fili che li collegano FMiliardi di transistor inglobati nello stesso chip FPiù transistor consentono di svolgere più operazioni Ø Attualmente i fili di collegamento hanno uno spessore di 0, 13 o 0, 15 micron F 1 micron = 10 -12 FUn capello ha uno spessore di 100 micron Ø Si prevede di arrivare nei prossimi anni a 0, 07 micron Prof. Vincenzo Auletta 6

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Confronto: Numero di Transistor Prof. Vincenzo Auletta 7

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Confronto: Numero di Transistor Prof. Vincenzo Auletta 7

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Famiglie di Processori Ø INTEL F 8086, 80286,

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Famiglie di Processori Ø INTEL F 8086, 80286, 80386, 80486 FPentium MMX FPentium III FPentium 4 FCeleron Ø AMD FK 6 FDuron FAthlon Ø MOTOROLA F 68000, 68020. 68040 Ø DIGITAL (COMPAQ) Prof. Vincenzo Auletta 8

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Compatibilità tra microprocessori Ø L’architettura dei microprocessori differisce

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Compatibilità tra microprocessori Ø L’architettura dei microprocessori differisce ampiamente da famiglia Ø Programmi sviluppati per una famiglia di microprocessori possono essere incompatibili con altre famiglie FProgrammi per Pentium III non utilizzabili su un 80386 FProgrammi per processori Intel incompatibili con processori Motorola Prof. Vincenzo Auletta 9

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Caratteristiche di un processore ØDimensione e velocità del

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Caratteristiche di un processore ØDimensione e velocità del bus Ønumero di fili che costituiscono il bus ØVelocità di elaborazione Ømisurata in numero di operazioni al secondo MIPS oppure in MHz ØNumero di transistor contenuti nel chip ØSet di istruzioni implementate ØCISC, RISC, CRISP, MMX, … Prof. Vincenzo Auletta 10

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Migliorare le prestazioni di un microprocessore Ø Capacità

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Migliorare le prestazioni di un microprocessore Ø Capacità dati – Aumentare numero di bit da elaborare (8, 16, 32, 64 bit) Ø Velocità di elaborazione – Aumentare la velocità del clock Ø Efficienza – Cambiare il set di istruzioni Ø Area Occupata – richiede passaggio da alluminio a rame Prof. Vincenzo Auletta 11

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Evoluzione dei Computer F ENIAC: primo elaboratore, nato

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Evoluzione dei Computer F ENIAC: primo elaboratore, nato nel 1946. ØPeso: 30 tonnellate. ØSpazio: 160 metri quadrati ØCosto: 500. 000$ Ø 18000 valvole termoioniche (rottura: 1 ogni 7 min. ) FOggi: chip di 100$ grande quanto un fagiolo. Prof. Vincenzo Auletta 12

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Principali processori per PC Ø In questo momento

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Principali processori per PC Ø In questo momento i processori per PC più diffusi sono FIntel: Pentium III, Pentium 4, Celeron FAMD: Athlon, Duron FMotorola: ? ? ? Prof. Vincenzo Auletta 13

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori Intel: Pentium III Ø anno: 1999

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori Intel: Pentium III Ø anno: 1999 (febbraio) Ø integra al proprio interno Ø 256 Kb di cache di secondo livello ØFino a 2 Gb Ø nuovo set di istruzioni SSE Øgrafica tridimensionale, riproduzione video e audio Ø velocità da 450 MHz fino a 1 GHz ØProcesso di produzione a 0, 18 micron Prof. Vincenzo Auletta 14

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori Intel: Pentium 4 Ø Introdotto nel

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori Intel: Pentium 4 Ø Introdotto nel Novembre 2000 Ø Progetto completamente nuovo F Utilizzava un nuovo tipo di memorie (RIMM) in esclusiva • Estremamente costose e difficili da trovare F Dal 2002 utilizza memorie tradizionali Ø Più veloce in assoluto ma non il più efficiente Ø Integra al proprio interno F 256 Kb di cache di secondo livello F Bus a 400 MHz F 42 milioni di transistor F Nuovo set di istruzioni SSE 2 (moltiplica numeri a 128 bit) Ø Velocità a partire da 1, 5 GHz a 2, 5 GHz Ø Processo di produzione a. Prof. 0, 13 micron Vincenzo Auletta 15

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori Intel: Celeron Ø Introdotto nel Marzo

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori Intel: Celeron Ø Introdotto nel Marzo 2000 Ø Processore di fascia economica Ø Integra al proprio interno F 128 Kb di cache di secondo livello FBus a 100 MHz Ø Velocità da 566 MHz a 1, 2 GHz Ø Processo di produzione a 0, 13 micron Prof. Vincenzo Auletta 16

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori AMD: Athlon Ø Introdotto nel Giugno

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori AMD: Athlon Ø Introdotto nel Giugno 2000 Ø Processore meno veloce del Pentium 4 ma più efficiente Ø Integra al proprio interno F 256 Kb di cache di secondo livello Fbus a 266 MHz doppio fronte F 37 milioni di transistor Ø Velocità da 1500+ a 2100+ F 1500+ equivalente ad un processore tradizionale a 1, 5 GHz Ø Processo di produzione a 0, 18 micron in rame Prof. Vincenzo Auletta 17

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori AMD: Duron Ø Introdotto nell’Agosto 2001

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 I processori AMD: Duron Ø Introdotto nell’Agosto 2001 Ø Processore di fascia economica Ø Integra al proprio interno F 64 Kb di cache di secondo livello FBus a 200 MHz doppio fronte F 25, 2 milioni di transistor Ø Velocità da 900 MHz a 1, 5 GHz Ø Processo di produzione a 0, 18 micron Prof. Vincenzo Auletta 18

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Il Grande Fratello Ø I nuovi Pentium sono

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Il Grande Fratello Ø I nuovi Pentium sono dotati di un numero di serie, Psn (Processor serial number). F codice unico per ogni chip fabbricato, F simile ad un "numero di telaio”. Ø Progettato per garantire la "sicurezza” nelle transazioni elettroniche. Ma … FConsente di tracciare un profilo di tutte le operazioni svolte da un utente FViola le più elementari norme della privacy Prof. Vincenzo Auletta 19

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Costi dell’Elaborazione Dati Ø Nel 1978 un’unità di

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Costi dell’Elaborazione Dati Ø Nel 1978 un’unità di velocità di elaborazione costava 1000 dollari. Ø Nel 1982 costava 200 dollari. Ø Nel 1995 costava 50 centesimi. FUna Rolls Royce costerebbe 2. 75$ e farebbe più di 1. 000 di Km al litro!!!! Prof. Vincenzo Auletta 20

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Coprocessori e processori paralleli F Processori che aumentano

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Coprocessori e processori paralleli F Processori che aumentano la capacità di calcolo di un computer. CPU CO- P Parte Rimanente Computer Prof. Vincenzo Auletta CPU 1 CPU 2 Parte Rimanente Computer 21

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Coprocessore ØProcessore di supporto, predisposto per operazioni matematiche

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Coprocessore ØProcessore di supporto, predisposto per operazioni matematiche su numeri con la virgola. Stesse funzionalità implementate nel Pentium. ØUtilizzato soprattutto in applicazioni richiedono elevata capacità di calcolo: che programmi di simulazione tridimensionale (ingegneria o architettura). programmi per fisica, matematica, astronomia Prof. Vincenzo Auletta 22

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Set di Istruzioni @ Insieme di semplici operazioni

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Set di Istruzioni @ Insieme di semplici operazioni che può eseguire un microprocessore F CISC: Complex Instruction Set Chips F RISC: Reduced Instruction Set Chips F CRISC: Complex RISC Prof. Vincenzo Auletta 23

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 CISC: più di 300 Istruzioni Ø Può eseguire

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 CISC: più di 300 Istruzioni Ø Può eseguire istruzioni complesse, Fmoltiplicare due numeri. Ø Istruzioni eseguite da un microprogramma. Ø Ogni istruzione per essere eseguita può prendere vari cicli. Ø Soltanto l’ 80% delle istruzioni è effettivamente utilizzato. Ø Processori Intel e AMD sono CISC Prof. Vincenzo Auletta 24

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 RISC: meno di 200 Istruzioni Ø Esegue istruzioni

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 RISC: meno di 200 Istruzioni Ø Esegue istruzioni semplici, Fper moltiplicare due numeri itera la somma FA*B = A+A+ · · · +A Ø Istruzioni eseguite dall’hardware. Fpiù istruzioni eseguite in un unico ciclo. Ø Più economici dei CISC FLe differenze di prezzo si stanno annullando FUtilizzo più complesso Prof. Vincenzo Auletta 25

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 CISC vs. RISC F 1995: velocità RISC =

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 CISC vs. RISC F 1995: velocità RISC = 2 volte velocità CISC F 1996: velocità CISC = 90% velocità RISC prezzo CISC = 133% prezzo RISC FVendite 1993: 25. 000 CISC 400. 000 RISC - Al 1998 Rapporto Invariato Prof. Vincenzo Auletta 26

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Processori Dedicati Ø Grafica Ø Suono Ø Lisp

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Processori Dedicati Ø Grafica Ø Suono Ø Lisp Machine Ø Gestione videoregistratori, telecamere, TV Ø DSP: Digital Signal Processing FSistema frenante ABS FSospensioni autolivellanti Prof. Vincenzo Auletta 27

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Processori Incorporati Ø i microprocessori sono utilizzati per

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Processori Incorporati Ø i microprocessori sono utilizzati per controllare qualsiasi dispositivo elettronico digitale FAutomobili FElettrodomestici FTelefoni FCarte di credito FCarta d’identità elettronica Prof. Vincenzo Auletta 28

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Benchmark @ Programmi utilizzati per valutare il rendimento

Fondamenti dell’Informatica A. A. 2000 -2001 Benchmark @ Programmi utilizzati per valutare il rendimento di un computer. Servono per poter confrontare computer diversi. @ Indicano quale computer è più veloce. F Non è sufficiente prendere in considerazione il tipo di microprocessore usato. FCi sono altri fattori, tipo scheda madre, grandezza cache, velocità del buffer, efficienza di esecuzione delle istruzioni… Prof. Vincenzo Auletta 29