Reti Logiche e Architettura dei Calcolatori Luciano Gual

Reti Logiche e Architettura dei Calcolatori Luciano Gualà email guala@mat. uniroma 2. it home page http: //www. mat. uniroma 2. it/~guala/

n Corso annuale (12 crediti): n n Durata: da ottobre 2008 a giugno 2009 2 moduli: n n Reti Logiche (6 crediti) Architettura dei calcolatori (6 crediti)

Calcolatore, programma, linguaggio macchina n Cosa è un calcolatore? n n Cosa è un programma? n n una macchina che può risolvere problemi eseguendo le istruzioni che le vengono assegnate sequenza di istruzioni che descrive come portare a termine un dato compito Cosa è il linguaggio macchina? n insieme di istruzioni che i circuiti elettronici di un calcolatore può riconoscere e eseguire direttamente

n Vi siete mai chiesti cosa effettivamente sa fare un calcolatore? n Raramente le istruzioni elementari sono più complesse delle seguenti: n n sommare due numeri controllare se un numero vale zero copiare una porzione di dati da una parte all’altra della memoria I linguaggi macchina, poiché troppo elementari, sono difficili e tediosi da utilizzare

approccio strutturale n problema n n differenza fra ciò che è adatto agli utenti e ciò che lo è per i computer gli utenti vogliono fare X, ma i calcolatori sanno fare solo Y n Idea: definire nuove istruzioni (linguaggio L 1) più facili da utilizzare e poi ricondurle a quelle elementari (linguaggio L 0) n Due soluzioni: n n n Traduzione: trasformare un programma scritto in L 1 in uno scritto in L 0 Interpretazione: scrivere un programma in L 0 che sa eseguire ogni istruzione di L 1 Un altro modo di vederla: n definire una macchina virtuale il cui linguaggio elementare è L 1

approccio strutturale: linguaggi, livelli e macchine virtuali Livello n calcolatore reale Mn, con linguaggio macchina Ln. . . Livello 2 Livello 1 Livello 0 calcolatore virtuale M 2, con linguaggio macchina L 2 calcolatore vituale M 1, con linguaggio macchina L 1 calcolatore reale M 0, con linguaggio macchina L 0 I programmi in Ln sono interpretati da un interprete eseguito da una macchina inferiore oppure tradotti nel linguaggio macchina di una macchina inferiore I programmi in L 2 sono interpretati da un interprete eseguito da M 0 o M 1 oppure tradotti in L 0 o L 1 I programmi in L 1 sono interpretati da un interprete eseguito da M 0 oppure tradotti in L 0 I programmi in L 0 possono essere eseguiti direttamente dai circuiti digitale

…un tipico esempio… Livello 4 Livello del linguaggio orientato al problema Traduzione (compilatore) Livello 3 Livello del linguaggio assemblativo Traduzione (assemblatore) Livello 2 Livello di architettura dell’insieme di istruzioni Interpretazione (pricroprogramma) o esecuzione diretta Livello 1 Livello di microarchitettura Hardware Livello 0 Livello logico digitale

perché studiare i “livelli bassi” Le persone che scoprono la potenza e la bellezza di idee di alto livello di astrazione spesso commettono l'errore di credere che le idee concrete a livelli inferiori di astrazione sono tutto sommato inutili e possono essere dimenticate. Al contrario, i migliori informatici sono sempre saldamente radicati nei concetti basilari che governano il funzionamento dei calcolatori, ed in verità l'essenza dell'informatica è l'abilità di comprendere e governare molti livelli di astrazione contemporaneamente. Donald E. Knuth

Reti Logiche (Modulo I)

Cos’è una rete logica? n n n Oggetto che modella un componente hardware digitale l’aggettivo digitale viene dall’inglese digit (cifra), che viene dal latino digitus (dito) Sistemi hadware digitali: tipologia di sistemi di elaborazione (sistemi dedicati o annegati) che svolgono specifici compiti in altri sistemi n digitale: ingressi e uscite assumono valori finiti e discreti (binari o booleani o logici: 0 o 1)

Descrizione dei sistemi hardware digitali: tre livelli n Comportamentale n n n Logico n n n descrizione astratta di ingressi, uscite, relazioni fra essi funzionalità del sistema interconnessione (la rete) degli elementi logici di base (porte logiche) porte logiche: componenti elementari Circuitale n n dispositivi elettronici (formati da transistor) che implementano i componenti logici per studiare il funzionamento di un transistor bisogna entrare nel campo della fisica dello stato solido

…un esempio di rete logica… X 0 X 1 X 2 X 3 WE SE D Din D Q Ck Ck Q Ck (SE. Ck)+ (WE. Ck) RE Y 0 Y 1 Y 2 Y 3

Cosa si studia n Prima parte: Reti logiche n reti combinatorie n n n reti sequenziali n n uscite sono funzione dei soli ingressi Strumento: algebra booleana concetto di stato uscite sono funzione di ingressi e stato Strumento: automi a stati finiti Seconda parte: (qualcosa) sul calcolatore n Aritmetica del calcolatore n n n rappresentazione dell’informazione algoritmi per le operazioni di base Memoria interna

Motivazioni n Sistemi hardware digitali sono ovunque n n n n dispositivi mobili (palmari, cellulari) macchine fotografiche digitali elettronica per applicazioni automobilistiche apparecchiature biomedicali processori Indispensabile per comprendere il funzionamento di un calcolatore Concetti appresi nel corso n n costituiscono un patrimonio culturale importante trovano applicazione in altri corsi

…una motivazione meno ortodossa… …progettare reti logiche è divertente!

Informazioni utili n Orario lezioni n n n Martedì: 9, 15 – 11, 00 Venerdì: 9, 15 – 12, 00 Orario ricevimento n n Martedì: 14, 30 – 16, 00 Ufficio: dip. di matematica, piano 0, corridoio B 0, stanza 206

Informazioni utili Libri di testo M. Morris Mano, Charles R. Kime Reti Logiche (quarta edizione) Prentice Hall William Stallings Architettura e organizzazione dei Calcolatori Addison Wesley Slide e materiale didattico (in inglese) http: //www. mat. uniroma 2. it/~guala/

…altri testi utili… C. Bolchini, C. Brandolese, F. Salice, D. Sciuto Reti Logiche Apogeo F. Fumi, M. Sami, C. Silvano Progettazione Digitale Mc. Graw-Hill Franco P. Preparata Introduzione alla oraganizzazione e progettazione di un elaboratore eletronico Franco. Angeli

…esame… n 4 appelli (Reti Logiche e Architettura dei Calcolatori) n n prove parziali n n 2 giugno-luglio 2009 1 settembre 2009 1 gennaio-febbraio 2010 1 esonero gennaio-febbraio 2009 modalità d’esame n n prova scritta in alcuni casi prova orale