Architettura degli Elaboratori

a.a. 2019/20

Classe 3: matricole congrue 2 modulo 3

Presentazioni

• Marcella Anselmo

• Info: http://www.di-srv.unisa.it/professori/anselmo/

• Orario ricevimento: • Martedì 13 – 14• Giovedì 14 – 16

• Il mio studio è il n° 101 (o 57) al 4° piano (ultimo livello) della Stecca 7 (fra l'aula F8 e la sede di Farmacia).

http://www.di-srv.unisa.it/professori/anselmo/

Pagine del corso• Pagina personale del corso:

http://www.di-srv.unisa.it/professori/anselmo/archi1920.htm

Troverete: orario lezioni, ricevimento, programma, avvisi generali, syllabus, …

• Piattaforma e-learning:

http://elearning.informatica.unisa.it/el-platform

Troverete: avvisi per chi è iscritto/segue il corso, calendario aggiornato via via, slides (parziali), esercizi da svolgere, …

non appena un congruo numero di studenti ne avrà accesso.

Gli studenti interessati devono quindi iscriversi al corso quanto prima procedendo direttamente alla registrazione seguendo le indicazioni del sistema. Importante: inserite (e consultate) la vostra mail di unisa!

http://www.di-srv.unisa.it/professori/anselmo/archi1718.htmhttp://elearning.informatica.unisa.it/el-platform

Ulteriori domande, richieste, dubbi,…

• Potete venire nel mio studio durante l’orario di ricevimento

• In aula (durante la lezione se inerenti e di interesse generale, oppure durante la pausa)

• Potete scrivermi all’indirizzo manselmo@unisa.it, ma … io NON rispondo (solo) alle mail che non rechino i dati del mittente (nome, cognome, matricola, insegnamento cui ci si riferisce) o che richiedano informazioni già pubblicate sulla piattaforma o sulla pagina del corso.

mailto:manselmo@unisa.it

Svolgimento del corso• Il corso consiste di 9 CFU per un totale di 72 ore di corso (ogni ora

perduta andrà recuperata), di cui :

56 ore di lezione frontale

16 ore di esercitazione

• Docenti del corso:

– M. Anselmo, 6 CFU

– G. Guarino, 3 CFU

• Orario lezioni

– Martedì 11 - 13, Aula F8

– Giovedì 9 - 11, Aula F8

– Venerdì 11- 13, Aula F8

• Ultima lezione prevista: venerdì 13 dicembre 2019.

• Festività: venerdì 1 novembre.

Libri di testo

I libri di testo sono:

• [PH] D. A. Patterson , J. L. Hennessy, “Struttura e progetto dei calcolatori”, IV ed., Zanichelli, 2014 ISBN: 9788808352026

(parte dei primi 5 capitoli e

della Appendice B online)

• [P] F. Preparata, “Introduzione alla organizzazione e progettazione di un elaboratore elettronico”, Ed. Franco Angeli 2012, ISBN: 9788820474157 (parte dei capitoli 1, 3, 4, 6)

NOTA: D. A. Patterson , J.

L. Hennessy hanno vinto nel 2017

il prestigioso premio Turing, spesso

chiamato il Premio Nobel dell’Informatica

Esami (di già? )• L’esame consiste di una prova scritta e di una orale (cui si accede solo dopo il

superamento di quella scritta).

• Sono inoltre previste due prove intercorso. La prima si svolgerà orientativamente nella prima metà di novembre e la seconda prova a fine corso in dicembre. Per partecipare alla seconda prova, bisogna avere raggiunto una certa soglia nella prima prova. Gli studenti che supereranno entrambe le prove potranno sostenere direttamente la prova orale (o eventualmente accettare il voto proposto).

• Gli studenti interessati alle prove di esame devono prenotarsi su Esse3 entro il termine utile (3 giorni lavorativi prima). Ricordo inoltre che è possibile e doveroso cancellare la propria prenotazione qualora si decida di non partecipare, per evitare un inutile spreco di risorse.

• Faremo poi dei brevi test in aula per verificare l’apprendimento degli argomenti studiati (con bonus finale!)

• Durante lo svolgimento di qualsiasi prova scritta, NON è consentito consultare, o anche solo detenere, libri, appunti, cellulari o altro tipo di strumento idoneo alla memorizzazione di informazioni o alla trasmissione di dati.

Dalla CARTA DEI DIRITTI E DEI DOVERI DEGLI STUDENTIhttps://web.unisa.it/uploads/rescue/31/11/Carta-Diritti-e-Doveri-degli-Studenti.pdfART. 12 – Prove di esame8. Agli studenti viene richiesto di affrontare le prove d’esame con la dovuta diligenza e serietà, attenendosi alle regole dei piani di studio e di iscrizione agli appelli. Nelle prove scritte devono avere comportamenti improntati a correttezza e rispetto del principio di autenticità dell’elaborato.

Dal REGOLAMENTO STUDENTIhttps://web.unisa.it/uploads/rescue/31/11/regolamento-studenti.pdf

ART. 40 – SANZIONI DISCIPLINARI A CARICO DEGLI STUDENTI1. Le sanzioni che si possono comminare sono le seguenti:a) ammonizione;b) interdizione temporanea da uno o più attività formative;c) esclusione da uno o più esami o altra forma di verifica di profitto per un periodo fino a sei mesi;d) sospensione temporanea dall’Università con conseguente perdita delle sessioni di esame.2. La relativa competenza è attribuita al Senato accademico, fatto salvo il diritto dello studente destinatario del provvedimento di essere ascoltato.3. L'applicazione delle sanzioni disciplinari deve rispondere a criteri di ragionevolezza ed equità, avuto riguardo alla natura della violazione, allo svolgimento dei fatti e alla valutazione degli elementi di prova. Le sanzioni sono comminate in ordine di gradualità secondo la gravità dei fatti.4. La sanzione è comminata con decreto rettorale.5. Tutte le sanzioni disciplinari sono registrate nella carriera scolastica dello studente e vengono conseguentemente trascritte nei fogli di congedo.

https://web.unisa.it/uploads/rescue/31/11/Carta-Diritti-e-Doveri-degli-Studenti.pdfhttps://web.unisa.it/uploads/rescue/31/11/regolamento-studenti.pdf

Date esami (fissate a breve)• I prova intercorso: prima metà novembre

• II prova intercorso: fine corso a dicembre

• Preappello: dal 16 dicembre al 17 gennaio

• I appello: dal 20 gennaio al 5 febbraio

• II appello: dal 6 al 21 febbraio

• Appello straordinario 16-31 Marzo 2020 riservato agli studenti fuori corso, agli studenti che abbiano conseguito almeno 135 CFU.

• I appello: dal 25 giugno al 10 luglio

• II appello: dal 13 al 31 luglio

• Appello: dal 2 al 13 settembre

• Appello straordinario in Novembre 2020.

Cos’è l’informatica?

Evitare compiti noiosi e ripetitivi. Necessità sentita da sempre! L’abaco è il primo strumento usato per i calcoli sin dal XXI secolo a. C.; la macchina pascalina è del 1642…

INFORMATICAmazione auto

“L'informatica è la scienza che consente di ordinare, trattare e trasmettere l’informazione attraverso l’elaborazione elettronica” (dizionario Devoto-Oli)

Cos’è veramente l’informaticaEvitare compiti noiosi e ripetitivi…

Minor fatica?

• L’informatica è una Scienza, in inglese Computer Science. I pionieri degli anni 30 erano matematici e fisici (Turing, Goedel, ….)

• L’ informatica non consiste soltanto nello scrivere programmi per un computer! (non è smanettare…)

• Ci vuole rigore, metodologia, tecnica, matematica etc., ma anche fantasia e creatività

• Bisogna studiare e si sa: lo studio è fatica! (anche giocare a calcio, però….)

Minor fatica?

• Questo corso sarà un mattone (!) per la vostra conoscenza del funzionamento e dell’uso dei computer.

• Percorso guidato da esperti: la scuola informatica salernitana ha una lunga tradizione che risale al corso di Laurea in Scienze dell'Informazione istituito nel 1971 (solo due anni dopo il primo in Italia a Pisa). Il CdS può contare sull'apporto di oltre 50 docenti, di cui circa 40 di Informatica. Dipartimento di Informatica fra i primi in Italia (alle VQR).

Programmazione Sistemi Operativi

Algoritmi e Strutture datiBasi di dati

Architettura degli elaboratori

MATEMATICA

….

Perché studiare (informatica)?• «Vivere è imparare» [K. Lorenz]

• «Nessun pericolo è paragonabile a quello dell’ignoranza» [R. Bacone]

• «Studiate, contro il sistema!»

• … … …

• Esiste correlazione fra livello di istruzione e reddito

• Voi avete grandi potenzialità ADESSO

• L’intelligenza non basta, occorre acquisire nuove informazioni, metodologia, forma mentis

• La laurea in Informatica a Salerno è un prestigioso titolo a cui ambire!

• Se ci seguirete, riuscirete ad ottenere il massimo!

Come studiare: prerequisiti• Allo studente non è richiesta nessuna particolare

conoscenza informatica.

• Il test d'accesso ha lo scopo di valutare l'attitudine dello studente e il suo grado di preparazione in alcune discipline ritenute particolarmente rilevanti per affrontare con successo il Corso di Studi.

• Gli studenti cui sono stati attribuiti degli Obblighi Formativi Aggiuntivi (OFA) …. dovranno fare maggior fatica, da subito!

Come studiare: adesso• Colmare gli OFA

• La frequenza del corso e delle esercitazioni sono fortemente consigliate.

• Gli studenti devono essere preparati a trascorrere una congrua quantità di tempo nello studio al di fuori delle lezioni.

1CFU = 25 ore di lavoro = 8 ore di lezione frontale + 17 ore di studio individuale.

• Seguire e studiare tutti i corsi proposti nel percorso (Programmazione, MD)

• Studiare in maniera attiva

Studiare attivamente

• Iscrivetevi alla piattaforma e consultatela regolarmente: è il mezzo principale di comunicazione con voi.

• Lezioni: non accettate niente per buono (nemmeno/soprattutto quello che dico io…;); domande «stupide» non esistono, ma sono quelle che fanno crescere

• Slides, appunti, ma… libri!

• Esercizi (da soli, a gruppi,…)

• Ricevimento

• Potete scrivermi mail, ma: inserite chiaramente nome, cognome, numero di matricola e insegnamento cui vi riferite (e non chiedete qualcosa che è già specificata in annunci della piattaforma!)

• Organizzare gli esami dei vari corsi (e prenotarsi in tempo)

Presto e bene!• Studiare da subito! Superare gli esami di un semestre prima

dell’inizio del prossimo.

• Voi avete grandi potenzialità adesso

• Rispetto per chi (eventualmente) vi supporta gli studi

• Puntare in alto e non perdere mai di vista motivazioni e obiettivi

• Chi vi potrebbe assumere guarda: titolo di studi, voti, tempi, capacità di lavorare in gruppo, esperienze all’estero, …

• L'Università di Salerno promuove, dal luglio 2015, la Politica del Merito, tesa a supportare economicamente gli studenti e le loro famiglie. La politica delle tasse UNISA premia gli studenti che completano il percorso di studio nei tempi previsti, con l’erogazione di un contributo pari alle tasse versate.

Non siamo più a scuola

Libertà nella organizzazione e nel metodo di studio

Attenzione: arma a doppio taglio!

Maggiore responsabilità da parte vostra

Studiare per voi, per la vostra preparazione, per il vostro avvenire

Cominciare a studiare: subito!E studiare con Costanza, .. ma anche con Letizia e Gioia!

All’inizio vi prenderemo per mano: test, prove intercorso, tutorato, ….

Un po’ di regoleAd ogni lezione faremo una pausa di 5/10 minuti durante la quale potete: sgranchirvi, bere, mangiare, telefonare, controllare le vostre chat, parlare coi vostri «colleghi» o con me, etc. etc….

QUINDI

Durante la lezione NON farete niente di tutto ciò, ma:cercate di concentrarvi per seguire la lezione, capire, porvi e pormi domande, in generale far lavorare il cervello, eventualmente prendere degli appunti e/o seguire sul libro

Architettura degli Elaboratori

L’ Elaboratore (o calcolatore, o computer) è una macchina in grado di eseguire autonomamentesequenze di operazioni logiche-aritmetiche sui dati in ingresso (input) e restituire i risultati di tali operazioni in uscita (output)

L’ Architettura (informatica) è l’insieme dei criteri in base ai quali è progettato e realizzato un sistema informatico.

Un calcolatore umano

Dal libro di F. Preparata

Modello di calcolo

Architettura di Von Neumann

Achitettura Harward

La memoria è suddivisa in:Memoria dati eMemoria istruzioni

Dentro un IPad

Dal libro di Patterson, Hennessy

Il processore

Il processore è la parte attiva del calcolatore. Si compone di:

Datapath / unità di elaborazione dati (il braccio): esegue le operazioni aritmetiche

Unità di controllo (la mente): indica al datapath, memoria e I/O cosa fare (secondo le istruzioni del programma)

Studieremo il processore MIPS

• Un processore vero

• Sarà il nostro esempio di riferimento per studiare i principi di progettazione di un processore

Architettura Harward Modificata (Pipeline)

Studieremo UN processore particolare, ma per astrarreconcetti fondamentali della architettura degli elaboratori

Wikipedia dice….• L'architettura MIPS (acronimo dell’inglese Microprocessor

without Interlocked Pipeline Stages) è un’architettura informatica per microprocessori RISC sviluppata dalla MIPS Computer Systems Inc. (oggi MIPS Technologies Inc.).

• Nel 1981 il professore John L. Hennessy della Stanford University avviò un gruppo di ricerca sulle architetture RISC. Le ricerche del team di sviluppo portarono allo sviluppo della prima generazione di processori MIPS.

• Il MIPS è utilizzato nel campo dei computer SGI, e ha trovato grossa diffusione nell'ambito dei sistemi embedded, dei devices di Windows CE e nei router di Cisco.

• Le console Nintendo64, Sony PlayStation, SonyPlayStation2 e Sony PlayStationPortable utilizzano processori MIPS.

• Il disegno dell'architettura e del set di istruzioni è semplice e lineare e viene spesso utilizzato come caso di studio nei corsi universitari indirizzati allo studio delle architetture dei processori. L'architettura dei processori MIPS ha influenzato le architetture di molti altri processori RISC tra i quali si segnala la famiglia DEC Alpha.

https://it.wikipedia.org/wiki/John_L._Hennessyhttps://it.wikipedia.org/wiki/Nintendo_64https://it.wikipedia.org/wiki/Sonyhttps://it.wikipedia.org/wiki/PlayStationhttps://it.wikipedia.org/wiki/Sonyhttps://it.wikipedia.org/wiki/PlayStation_2https://it.wikipedia.org/wiki/Sonyhttps://it.wikipedia.org/wiki/PlayStation_Portable

Un altro MIPS……MIPS

Specie: Coniglio

Debutto in: Super Mario 64 (1997)

Ultima apparizione:

Mario Party 3 (cammeo) (2001)

MIPS è un coniglio apparso nei sotterranei del castello della Principessa Peach in Super Mario 64.

Quando Mario gli si avvicina, MIPS scappa e se il giocatore riesce ad acchiapparlo gli dona una Superstella.

Dopo aver raccolto una cinquantina di Superstelle, MIPS ricompare nei sotterranei e dona al giocatore un'altra Superstella.

In Super Mario 64 DS, al post di MIPS compaiono diversi conigli che donano al giocatore delle chiavi necessarie per

sbloccare nuovi minigiochi. Insieme a Mario, MIPS è il primo personaggio ad essere stato creato all'interno del gioco.

Inizialmente MIPS venne utilizzato per testare le capacità del Nintendo 64, ma alla fine è stato inserito all'interno del gioco

per volere degli sviluppatori. In Mario Party 3, MIPS fa un cammeo nel tabellone Woody Woods.

Nel videogioco Super Mario 64, il coniglio

si chiama Mips, con riferimento al processore MIPS del Nintendo 64!

http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Coniglio_(specie)http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Super_Mario_64http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Mario_Party_3http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Coniglio_(specie)http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Castello_della_Principessa_Peachhttp://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Super_Mario_64http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Mariohttp://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Superstellahttp://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Super_Mario_64_DShttp://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Chiave&action=edit&redlink=1http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Nintendo_64http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Mario_Party_3http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=Woody_Woods&action=edit&redlink=1http://www.mariocastle.it/w/index.php?title=File:MIPS.PNGhttp://www.mariocastle.it/w/index.php?title=File:MIPS.PNG

Il nostro obiettivo finaleAlla fine del corso saprete come funziona una versione semplificata del processore MIPS

Come faremo

• Ci arriveremo a piccoli passi costruendo via via i mattoni necessari

• Useremo diversi livelli di astrazione

Contenuti del corsoIl corso si propone di introdurre l’architettura dei calcolatori ed i principi che sono alla base della loro progettazione. Verranno presentate struttura e funzionalità dell’architettura di un calcolatore moderno.

Principali argomenti trattati durante il corso:

1) rappresentazione dell'informazione: - rappresentazione degli interi e algoritmi di conversione per interi (dec-bin, bin-dec) - rappresentazione e aritmetica in complemento a due - rappresentazione in virgola mobile - codifica ASCII

2) logica digitale: - algebra booleana - reti combinatorie e moduli combinatori -la ALU - elementi di memorizzazione: flip-flop, banco dei registri

3) linguaggio assembler di una macchina RISC

4) implementazione della unità di elaborazione

5) misura delle prestazioni, miglioramento delle prestazioni mediante pipeline e gerarchie di memoria

Primo passo

Conoscere il linguaggio dei computer

I computer «parlano» in binario:

Spento, acceso (dei circuiti elettrici)

ON, OFF

1, 0

bit = binary digit

Il linguaggio dei computer

Rappresentazione in binario

Cosa possiamo rappresentare in binario?

Numeri (interi, col segno, con la virgola)

Parole (codificando le lettere)

Istruzioni

Programma

«Informazione»

Idea fondamentale su cui sono costruiti i calcolatori:

programmi e dati rappresentati da numeri

Buono studio!

1000010 1110101 1101111 1101110 1101111 0100000 1110011 1110100 1110101 1100100 1101001 1101111

0100001

Ndr: codificato in ASCII