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Unità B1

La struttura fisica e logica

di un elaboratore

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Obiettivi

• Comprendere il concetto di “macchina universale”

• Conoscere le componenti degli elaboratori• Sapere distinguere tra hardware e software• Conoscere i compiti del processore• Conoscere i compiti della memoria• Conoscere i vari tipi di memoria di massa• Distinguere tra periferiche di input e di output• Comprendere l’architettura di Von Neumann

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Macchina universale

• Il computer non si limita a eseguire un insieme di azioni, magari ampio ma comunque determinato.

• A seconda delle istruzioni che gli vengono fornite, lo stesso computer è in grado di svolgere compiti differenti.

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Hardware e Software

• Hardware = componente meccanica, concreta della macchina• Software = parte immateriale, l’insieme delle istruzioni e dei

dati. • Un elaboratore riceve programmi e dati in ingresso (input), li

archivia all’interno della memoria, elabora i dati eseguendo la successione di istruzioni definite dal programma e, infine, invia le informazioni risultanti in uscita (output)

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Le risorse di un computer

• Hardware– unità centrale di elaborazione o

processore;– memoria centrale;– periferiche di input/output;– memorie di massa o ausiliarie;

• Software– dati e programmi.

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Processore – CPU (Central Process Unit)

• Svolge le operazioni interpretando il software ed eseguendone le istruzioni

• La CPU è suddivisa in due componenti:– l’unità di controllo o CU

(Control Unit);– l’unità logico-aritmetica o

ALU (Arithmetic and Logic Unit).

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Clock

• Orologio interno per inviare i segnali di controllo rilasciando un segnale a intervalli regolari.

• La frequenza con cui il clock invia i suoi segnali è misurata in hertz (vibrazioni al secondo).

• Il primo personal computer operava a 4,77 megahertz (MHz) - 4,77 milioni di cicli al secondo.

• Attualmente la velocità del clock viene misurata in gigahertz (GHz) - miliardi di cicli al secondo.

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Registri

• Elementi di memoria interni alla ALU • registro di stato contiene le informazioni relative allo stato in

cui si trova il processore. • registro istruzione (IR, Instruction Register) in cui si trova

l’istruzione che è in corso di esecuzione;• registro contatore del programma (PC, Program Counter)

contiene l’indirizzo della cella di memoria della prossima istruzione da eseguire;

• registro accumulatore in cui vengono memorizzati i risultati parziali delle varie operazioni;

• registro dati contiene i dati pronti per il trasferimento in memoria oppure quelli appena trasferiti dalla memoria;

• registro puntatore alla memoria contiene l’indirizzo di memoria da cui prelevare i dati o in cui depositare quelli presenti nel registro dati.

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Processo di elaborazione

• Fasi elementari :1. L’unità di controllo preleva dalla memoria l’istruzione da

eseguire.2. L’unità di controllo verifica il tipo dell’istruzione e:

2.1 se si tratta di un’istruzione di elaborazione, passa i dati alla ALU, controlla che i calcoli siano effettuati in maniera corretta e quindi riporta il risultato in memoria;2.2 se si tratta di un’istruzione di input controlla il corretto passaggio dei dati dalla periferica coinvolta alla memoria;2.3 se si tratta di un’istruzione di output controlla il corretto passaggio dei dati dalla memoria alla periferica coinvolta.

3. Vengono iterati nuovamente i precedenti due punti fino all’ultima istruzione.

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Stati della CPU

• fetching (prelevamento) in cui preleva dalla memoria centrale l’istruzione da eseguire;

• decoding (decodifica) in cui l’unità di controllo converte l’istruzione prelevata dalla memoria centrale in segnali di controllo inviati alla ALU;

• executing (esecuzione) in cui la ALU esegue l’istruzione decodificata.

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Memoria centrale - RAM

• La memoria centrale è il contenitore in cui il processore memorizza le istruzioni e i dati su cui lavora.

• Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) è realizzata fisicamente con uno o più chip.

• Ciascuno di questi chip contiene un numero elevato di microscopici elementi elettronici noti come bistabili che contengono la rappresentazione di un singolo bit.

• Un bistabile è come una lampadina che può trovarsi in due soli stati: accesa o spenta.

• E’ una memoria volatile, tutto il suo contenuto viene cancellato se si spegne il computer.

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Periferiche di input output

• Tastiera• Monitor• Telecamera• Microfono• Scanner• Plotter

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Le porte di I/O

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Memorie di massa

• Memorie non volatili• L’espressione memoria

di massa deriva dalla possibilità di archiviare su questo tipo di memorie grandi quantità (ovvero masse) di dati.

• Caratterizzate da– Capacità– Tempo di accesso– Tempo di trasferimento

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Architettura di Von Neumann