Fondamenti di Informatica Carmela Comito Architettura dei calcolatori

Fondamenti di Informatica Carmela Comito Architettura dei calcolatori

FUNZIONI DI UN CALCOLATORE u u 2 Elaborazione Memorizzazione Trasferimento Controllo Fondamenti di informatica I

ELABORAZIONE u Le istruzioni del linguaggio macchina corrispondono ad operazioni elementari di elaborazione § operazioni aritmetiche § operazioni relazionali (confronto tra dati) § operazioni logiche § … u Un calcolatore sa svolgere poche tipologie di operazioni elementari ma in modo molto efficiente § un calcolatore può eseguire decine o centinaia di milioni di istruzioni del linguaggio macchina al secondo u L’elaborazione è svolta dall’unità aritmetico-logica, che è un componente dell’unità centrale di elaborazione 3 Fondamenti di informatica I

MEMORIZZAZIONE u La memoria centrale contiene § dati, che rappresentano informazioni di interesse § programmi, per l’elaborazione dei dati u Organizzazione § è organizzata in celle § a ciascun byte è associato un indirizzo, che lo identifica § una word è un gruppo di byte (capacità del bus dati o dimensione di un registro della CPU) u Operazioni § scrittura, memorizzazione di un valore in un byte/word § lettura, accesso al valore memorizzato in un byte/word 4 Fondamenti di informatica I

TRASFERIMENTO u Obiettivo: permettere lo scambio di informazioni tra le varie componenti funzionali del calcolatore § trasferimento dei dati e delle informazioni di controllo u Due possibili soluzioni § collegare ciascun componente con ogni altro componente § collegare tutti i componenti ad un unico canale (bus) u L’utilizzo di un bus favorisce la modularità e l’espandibilità del calcolatore 5 Fondamenti di informatica I

CONTROLLO u Il coordinamento tra le varie parti del calcolatore è svolto dall’unità di controllo § è un componente dell’unità centrale di elaborazione § ogni componente dal calcolatore esegue solo le azioni che gli vengono richieste dall’unità di controllo u il controllo consiste nel coordinamento dell’esecuzione temporale delle operazioni § sia internamente all’unità di elaborazione sia negli altri elementi funzionali § il controllo avviene in modo sincrono rispetto alla scansione temporale imposta dall’orologio di sistema (clock) 6 Fondamenti di informatica I

CARATTERISTICHE DELL’ARCHITETTURA u Flessibilità § adatta a svolgere diverse tipologie di compiti u Modularità § ogni componente ha una funzione specifica u Scalabilità § ogni componente può essere sostituito con uno equivalente u Standardizzazione § componenti facilmente sostituibili in caso di malfunzionamento u Riduzione dei costi § grazie alla produzione su larga scala u Semplicità § di installazione ed esercizio del sistema 7 Fondamenti di informatica I

IL CALCOLATORE: MODELLO ARCHITETTURALE 2. Memoria Memorizzazione Memoria 1. Elaborazione Unità Centrale di Elaborazione Elettronica Magnetica Interconnessione Collegamenti (BUS/Cavi) 3. Comunicazione (interfaccia) Periferiche 8 Fondamenti di informatica I

HARDWARE: ARCHITETTURA u L’architettura dell’hardware di un calcolatore reale è molto complessa u La macchina di Von Neumann è un modello semplificato dei calcolatori moderni § Von Neumann progettò, verso il 1945, il primo calcolatore con programmi memorizzabili anziché codificati mediante cavi e interruttori 9 Fondamenti di informatica I

MACCHINA DI VON NEUMANN E’ composta da 4 tipologie di componenti funzionali: u unità centrale di elaborazione (CPU) § esegue istruzioni per l’elaborazione dei dati § svolge anche funzioni di controllo u memoria centrale § memorizza e fornisce l’accesso a dati e programmi u interfacce di ingresso e uscita § componenti di collegamento con le periferiche del calcolatore u bus § svolge la funzionalità di trasferimento di dati e di informazioni di controllo tra le varie componenti funzionali 10 Fondamenti di informatica I

MACCHINA DI VON NEUMANN 11 Fondamenti di informatica I

ORGANIZZAZIONE TIPICA DI UN CALCOLATORE “BUS ORIENTED” CPU Dispositivi di I/O Unità di controllo Unità aritmetico logica (ALU) Terminale Stampante Registri CPU Memoria centrale Unità disco Bus 12 Fondamenti di informatica I

Scheda madre 13 Fondamenti di informatica I

La CPU 1/2 14 Fondamenti di informatica I

La CPU 2/2 15 Fondamenti di informatica I

CARATTERISTICHE DEL COLLEGAMENTO A BUS u Semplicità § un’unica linea di connessione costi ridotti di produzione u Estendibilità § aggiunta di nuovi dispositivi molto semplice u Standardizzabilità § regole per la comunicazione da parte di dispositivi diversi u Lentezza § utilizzo in mutua esclusione del bus u Limitata capacità § al crescere del numero di dispositivi collegati u Sovraccarico del processore (CPU) § 16 perchè funge da master sul controllo del bus Fondamenti di informatica I

BUS DI SISTEMA u u Interconnette CPU, memorie ed interfacce verso dispositivi periferici (I/O, memoria di massa, . . . ) Collega due unità funzionali alla volta § u 17 una trasmette e l’altra riceve Il trasferimento dei dati avviene sotto il controllo della CPU Fondamenti di informatica I

BUS DI SISTEMA u u Il bus trasporta dati, indirizzi e comandi Componenti del bus (sottogruppi di linee): § § § u Bus dati (data bus) § § 18 Bus dati (data bus) Bus indirizzi (address bus) Bus comandi (command bus) Serve per trasferire dati § tra la memoria centrale ed il registro dati (MDR) della CPU § tra periferiche e CPU (o memoria centrale) Bidirezionale Fondamenti di informatica I

BUS DI SISTEMA u Bus indirizzi (address bus) § § u Bus comandi (command bus) § § 19 Serve per trasmettere il contenuto del registro indirizzi (MAR) alla memoria (o ad una periferica) § si seleziona una cella per successive operazioni di lettura o scrittura Unidirezionale Serve per inviare comandi § verso la memoria (es: lettura o scrittura) § o verso una periferica (es. stampa verso la stampante / interfaccia) Unidirezionale Fondamenti di informatica I

INTERFACCE DI I/O E BUS 20 Fondamenti di informatica I