Contenuti del corso (1) - Riccardo Trevisan -...

277
Calcolatori Elettronici LA A.A. 2007-08 1 Introduzione Università di Bologna Calcolatori Elettronici L-A Calcolatori Elettronici LA A.A. 2007-08 2 Obiettivo Obiettivo del modulo è lo studio dei seguenti aspetti dell’hardware dei calcolatori: i principi di funzionamento – l’architettura l’impatto dell'architettura sulle prestazioni le tecniche di progettazione Si consiglia di seguire Calcolatori Elettronici L-A solamente dopo aver studiato Reti Logiche L-A Calcolatori Elettronici LA A.A. 2007-08 3 Contenuti del corso (1) I principi di funzionamento di un calcolatore I principi di funzionamento di un calcolatore Il contesto di riferimento: • La macchina di Von Neumann • Il modello di esecuzione di un programma • L’accesso alla memoria e ai dispositivi di ingresso/uscita L L architettura dell architettura dell hardware dei calcolatori hardware dei calcolatori ISA (Instruction Set Architecture) • Architetture R-R (RISC) DLX • Architetture M-R (CISC) IA16 (Intel Architecture) Struttura interna • DLX: implementazione con esecuzione sequenziale • DLX: implementazione con esecuzione in pipeline Realizzazione circuitale Questo argomento è svolto in altri insegnamenti del corso di laurea Calcolatori Elettronici LA A.A. 2007-08 4 Contenuti del corso (2) L L impatto dell impatto dell architettura sulla prestazioni architettura sulla prestazioni Misura delle prestazioni di un calcolatore Confronto tra strutture sequenziali e in pipeline (DLX) Progetto Progetto di di sistemi a microprocessore basati su sistemi a microprocessore basati su architettura IA16 ( architettura IA16 ( CPU 8088) CPU 8088) Cicli di bus: generazione dei segnali di comando e del segnale di READY Calcolo degli stati di wait per l’accesso alla memoria Indirizzamento della memoria e di dispositivi di I/O Gestione di dispositivi di I/O: polling e interrupt (8259) Interfacciamento con porte seriali (8250) e parallele

Transcript of Contenuti del corso (1) - Riccardo Trevisan -...

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

1

Intr

oduz

ione

Uni

vers

itdi

Bol

ogna

Cal

cola

tori

Ele

ttron

ici L

-A

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

2

Obi

ettivo

O

biet

tivo

del

mod

ulo

lo

stu

dio

dei s

egue

nti

aspe

tti d

ellh

ardw

are

dei c

alco

lato

ri:

i p

rinc

ipi d

i fun

zion

amen

to

larc

hite

ttur

a

lim

patt

o de

ll'ar

chitet

tura

su

lle p

rest

azio

ni

le t

ecni

che

di p

roge

ttaz

ione

Si c

onsi

glia

di s

egui

re C

alco

lato

ri E

lett

roni

ci L

-A

sola

men

te d

opo

aver

stu

diat

oRet

i Log

iche

L-A

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

3

Con

tenu

ti d

el c

orso

(1)

I

pri

nci

pi

di

fun

zio

nam

en

to d

i u

n c

alc

ola

tore

I p

rin

cip

i d

i fu

nzi

on

am

en

to d

i u

n c

alc

ola

tore

Il c

onte

sto

di r

iferim

ento

:

La m

acch

ina

di V

onN

eum

ann

Il m

odel

lo d

i ese

cuzi

one

di u

n pr

ogra

mm

a

Lac

cess

o al

la m

emor

ia e

ai d

ispo

sitivi

di i

ngre

sso/

usci

ta

LL a

rch

itett

ura

dell

arc

hit

ett

ura

dell

hard

ware

dei ca

lco

lato

rih

ard

ware

dei ca

lco

lato

ri

ISA (

Inst

ruct

ion

Set

Arc

hite

ctur

e)

Arc

hite

ttur

e R-R

(RIS

C)

DLX

Arc

hite

ttur

e M

-R (

CIS

C)

IA16

(In

tel A

rchi

tect

ure)

Str

uttu

ra in

tern

a

DLX

: im

plem

enta

zion

e co

n es

ecuz

ione

seq

uenz

iale

D

LX:

impl

emen

tazi

one

con

esec

uzio

ne in

pip

elin

e

Rea

lizza

zion

e ci

rcui

tale

Q

uest

o ar

gom

ento

sv

olto

in a

ltri

inse

gnam

enti d

el c

orso

di

laur

ea

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

4

Con

tenu

ti d

el c

orso

(2)

LL im

patt

o d

ell

imp

att

o d

ell

arc

hit

ett

ura

su

lla p

rest

azi

on

iarc

hit

ett

ura

su

lla p

rest

azi

on

i

Mis

ura

delle

pre

staz

ioni

di u

n ca

lcol

ator

e

Con

fron

to t

ra s

trut

ture

seq

uenz

iali

e in

pip

elin

e (D

LX)

P

rog

ett

oP

rog

ett

od

id

isi

stem

i a m

icro

pro

cess

ore

basa

ti s

u

sist

em

i a m

icro

pro

cess

ore

basa

ti s

u

arc

hit

ett

ura

IA

16

(arc

hit

ett

ura

IA

16

(C

PU

80

88

)C

PU

80

88

)

Cic

li di

bus

: ge

nera

zion

e de

i seg

nali

di c

oman

do e

del

seg

nale

di

REA

DY

Cal

colo

deg

li st

ati d

i wai

tpe

r la

cces

so a

lla m

emor

ia

Indi

rizz

amen

tode

lla m

emor

ia e

di d

ispo

sitivi

di I

/O

Ges

tion

edi

disp

ositiv

idiI

/O:

polli

ng e

inte

rrup

t (8

259)

In

terf

acci

amen

toco

n po

rte

seri

ali (

8250

) e

para

llele

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

5

Con

tenu

ti d

el c

orso

(3)

C

om

ple

men

ti d

i re

ti l

og

ich

eC

om

ple

men

ti d

i re

ti l

og

ich

edu

rant

e il

cors

o ve

rran

no r

ichi

amat

i e a

ppro

fond

iti a

lcun

i ar

gom

enti d

i Ret

i Log

iche

, tr

a cu

i:

Rap

pres

enta

zion

e bi

nari

a de

i num

eri r

elat

ivi (

com

plem

ento

a 2

, se

gno

e va

lore

ass

olut

o)

Str

uttu

ra in

tern

a di

un

ALU

Sta

di d

i usc

ita

3-s

tate

: d

rive

r e

tran

scei

ver

(244

/245

)

Mul

tipl

exer

Reg

istr

o ed

ge-t

rigg

ered

e la

tch

(374

/373

);

Reg

iste

rfil

e

Mem

orie

: RO

M,

EPRO

M,

RAM

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

6

Mod

alit

di s

volg

imen

to d

elle

sam

epr

ove

inte

rmed

ie e

pro

va f

inal

e

S

i pro

cede

rco

me

segu

e:

dopo

circ

a m

et

cors

o si

terr

una

prim

a pr

ova

scrit

ta in

term

edia

(pro

va A

) con

pun

tegg

io

mas

sim

o di

15

punt

i che

si r

itien

e su

pera

ta c

on u

n pu

nteg

gio

min

imo

di 8

pun

ti;

al te

rmin

e de

l cor

sosi

terra

nno

nella

ste

ssa

gior

nata

due

pro

ve s

critt

e (p

rova

Be

prov

a C

):

la p

rova

B

una

ripet

izio

ne d

ella

pro

va A

ed

obbl

igat

oria

per

tutti

col

oro

che

non

hann

o ot

tenu

to u

n pu

nteg

gio

min

imo

di 8

pun

ti ne

lla p

rova

A; p

er tu

tti g

li al

tri s

tude

nti l

a pr

ova

B

faco

ltativ

a e

la

rela

tiva

cons

egna

co

mpo

rta

auto

mat

icam

ente

la

nnul

lam

ento

de

l vo

to

otte

nuto

nel

la p

rova

A

la p

rova

Cco

nfer

isce

al m

assi

mo

18 p

unti,

ob

blig

ator

ia p

er tu

tti e

si i

nten

de s

uper

ata

se

sono

sta

ti ot

tenu

ti al

men

o 9

punt

i.

Les

ame

sar

supe

rato

se

il vo

to c

ompl

essi

vo

supe

riore

a 1

8 e

se c

iasc

una

delle

due

pro

ve

risul

tata

suf

ficie

nte

(cio

so

no s

tati

otte

nuti

alm

eno

8 pu

nti

nelle

pro

va A

o n

ella

pro

va B

ed

alm

eno

9 pu

nti n

ella

pro

va C

).

Le p

rove

B e

Cpo

trann

o es

sere

rip

etut

e ne

gli

appe

lli su

cces

sivi

. La

con

segn

a co

mpo

rta

auto

mat

icam

ente

lan

nulla

men

to d

el v

oto

otte

nuto

in p

rece

denz

a ne

lla s

tess

a pr

ova.

D

OM

AN

DA

: ave

r sup

erat

o en

tram

be le

pro

ve

cond

izio

ne n

eces

saria

e s

uffic

ient

e ai

fini

de

l sup

eram

ento

del

lesa

me?

NO

, non

su

ffici

ente

, ma

gi

pren

dend

o 8.

5 e

9 op

pure

8 e

9.

5 si

arr

iva

alla

suf

ficie

nza

(18

)

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

7

Doc

umen

tazi

one

Il m

ater

iale

utiliz

zato

nel

cor

so s

i tro

va in

ret

e al

lind

iriz

zoht

tp:/

/lab

visi

one.

deis

.uni

bo.it

/cou

rses

/Cal

coA/i

ndex

.htm

lse

guen

do il

link

sulla

sin

istr

a al

cor

soco

ssu

ddiv

iso:

lu

cidi

pre

sent

ati a

lezi

one

da

ta s

heet

dei c

ompo

nent

i

eser

cizi

di p

repa

razi

one

alle

sam

e

test

i e s

oluz

ioni

del

le p

rece

dent

i pro

ve d

esa

me

Pe

r ap

prof

ondi

men

ti s

i seg

nala

no i

segu

enti t

esti:

H

enne

ssy

Patt

erso

n:

"Com

pute

r ar

chitec

ture

: a

quan

tita

tive

ap

proa

ch"

-M

orga

nKau

fman

npu

b. I

nc.,

sec

ond

editio

n(e

sist

e an

che

la v

ersi

one

in it

alia

no e

dita

da

Zan

iche

lli)

G

iaco

mo

Buc

ci:

Arc

hite

ttur

e e

orga

nizz

azio

ne

dei

calc

olat

ori

elet

tron

ici:

fond

amen

ti-

McG

raw

-Hill

, 20

04

Il li

nkal

cor

so d

el p

rof.

Di S

tefa

no

:

http

://d

idat

tica

.arc

es.u

nibo

.it/i

ndex

.php

?dbN

ame=

ldis

tefa

no

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

8

Il m

odel

lo d

i Von

Neu

man

n(1

944)

Mac

chin

a di

gita

le a

ese

cuzi

one

sequ

enzi

ale

e pr

ogra

mm

a m

emor

izza

to

Arc

hite

ttur

a de

l tut

to g

ener

ale

che

port

a a

real

izza

zion

i po

co d

ipen

dent

i dal

fun

zion

amen

to d

esid

erat

o

Il fun

zion

amen

to d

esid

erat

o e'

esp

ress

o in

ter

min

i di

se

quen

za d

i ist

ruzi

oni (

pro

gra

mm

a)

m

emor

izza

te s

u un

sup

port

o di

mem

ori

a

L'

impo

rtan

za e

la d

iffus

ione

dei

cal

cola

tori d

ipen

de

fort

emen

te d

all'u

nici

tdi

que

sto

mod

ello

Pe

r ca

mbi

are

funz

iona

men

to e

' suf

ficie

nte

cam

biar

e il

prog

ram

ma

L

arch

itet

tura

adat

ta a

tra

ttar

e pr

oble

mi m

olto

piu

'co

mpl

essi

di q

uelli

vis

ti n

el c

orso

di r

eti l

ogic

he m

a co

n eff

icie

nza

mol

to m

inor

e

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

9

Rap

pres

enta

zion

e as

trat

ta d

ellh

ardw

are

di

un c

alco

lato

re

Dis

posi

tivi d

i ing

ress

o:Ta

stie

raM

ouse

Sca

nner

Ecc

..

Dis

posi

tivi d

i usc

ita:

Mon

itor

Sta

mpa

nte

Ecc

...

Altr

iC

ALC

OLA

TOR

IC

ALC

OLA

TOR

Ico

llega

ti in

rete

Bus

di s

iste

ma

Bus

di s

iste

ma

PC

ALU

RE

GIS

TRI

Mem

ori

a

Mem

ori

a

pri

nci

pale

pri

nci

paleCA

LCO

LATO

RE

PR

OG

RA

MM

AD

ATI R

EG

ISTR

I DI S

TATO

RE

GIS

TRI D

I TR

AN

SIT

O

Un

itU

nit

d

i ela

bo

razi

on

e

di

ela

bo

razi

on

e

(CP

U)

(CP

U)

Inte

rfacc

e d

i I/

OIn

terf

acc

e d

i I/

O

Ingr

essi

e

usci

te

loca

li

Ret

e

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

10

Il c

alco

lato

re

una

mac

chin

a di

gita

le

O

gni b

locc

o de

lla s

trut

tura

co

stitui

to d

a ci

rcui

ti e

lett

roni

ci

digi

tali

All

inte

rno

di u

n ca

lcol

ator

e tu

tte

le in

form

azio

ni (

es.

dati e

is

truz

ioni

) so

no c

odifi

cate

in for

ma

bin

ari

a,

quin

di:

ne

llun

it

di e

labo

razi

one

veng

ono

elab

orat

eva

riab

ili b

inar

ie

in m

emor

ia d

ati e

istr

uzio

ni r

isie

dono

sot

to f

orm

a di

var

iabi

li bi

nari

e

Il b

us

il su

ppor

to d

i int

erco

nnes

sion

etr

a i b

locc

hi c

he

cost

itui

scon

o il

calc

olat

ore

quin

di:

su

l bus

tra

nsitan

o va

riab

ili b

inar

ie,

pert

anto

i se

gnal

i del

bus

so

no s

egna

li di

gita

li

I

bloc

chi i

nter

conn

essi

al b

us s

i chi

aman

o ag

enti d

el b

us

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

11

Mod

ello

di e

secu

zion

e de

l pro

gram

ma

Il p

rogr

amm

a risi

ede

in m

emor

ia e

d

cost

itui

to d

a is

tru

zio

ni

codi

ficat

e in

for

ma

bina

ria

In

mem

oria

ris

iedo

no a

nche

gli

oper

andi

delle

istr

uzio

ni,

cio

i dati

elab

orat

i e d

a el

abor

are

Le

istr

uzio

ni v

engo

no e

segu

ite

dalla

CPU

in s

eque

nza

La

CPU

un

a m

acch

ina

sequ

enzi

ale

sinc

rona

e a

live

llo d

i mas

sim

a as

traz

ione

il s

uo a

utom

a ha

due

sta

ti:

IFEX

Pe

r fu

nzio

nare

la

CPU

ha

biso

gno

alm

eno

degl

i in

gres

si d

i R

ES

ET

eC

LOC

K.

Qua

ndo

il R

ES

ET

non

at

tivo

la C

PU p

eren

nem

ente

legg

e e

eseg

ue is

truz

ioni

, ca

mbi

ando

sta

to a

d og

ni im

puls

o di

clo

ck.

Lafr

eq

uen

za d

el cl

ock

un

o de

i par

amet

ri c

he c

arat

teri

zzan

o la

rchi

tett

ura

della

CPU

IF(I

NSTR

UCTI

ON

FET

CH

)le

ttu

ra i

n m

em

ori

ade

lla p

ross

ima

istr

uzio

ne d

a es

egui

reE

X(E

XEC

UTE

)ese

cuzi

on

ede

llis

truz

ione

lett

a in

IF

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

12

Il p

rogr

am c

ount

ere

la s

ua d

inam

ica

dura

nte

lese

cuzi

one

di u

n pr

ogra

mm

a

Per

pote

r es

egui

re l

e is

truz

ioni

in

sequ

enza

la

CPU

di

spon

e al

su

o in

tern

o di

un

re

gis

tro

dett

o Pr

ogra

m C

ount

er(P

C)

Il

PCco

ntie

ne

lind

iriz

zo

di

mem

oria

del

la p

ross

ima

istr

uzio

ne

da l

egge

re n

ella

pro

ssim

a fa

se d

i FE

TCH

Il P

Cvi

ene

incr

emen

tato

ad

ogni

FE

TCH

*

Il

graf

ico

mos

tra

la

dina

mic

a de

l PC

quan

do

il ca

lcol

ator

e ripe

te pe

r 2

volte

la

sequ

enza

di i

stru

zion

i I2

00-I

300

(es

loop

prog

ram

mat

o co

n is

truz

ione

do

whi

le)

I201

..I2

9920

129

9

I300

300

I301

.30

1

I200

200

I1..

199

001

199

I00

Istr

uzio

niIn

dirizz

o in

mem

oria

PC

Mem

oria

pri

ncip

ale

* in

que

sto

esem

pio

la is

truz

ione

I30

0 m

odifi

ca il

PC n

ella

fas

edi

EXEC

UTE

1 v

olt

a0

100

200

300

t

PC

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

13

Spa

zio

di in

dirizz

amen

toin

mem

oria

La

mem

oria

princ

ipal

e

vist

a da

lla C

PU c

ome

un v

ett

ore

M[0

..2

n-1

] d

i 2

nele

men

tide

tti

celle

o

paro

le

di

mem

oria

; qu

esto

ve

ttor

e

dett

o s

pazi

o

di

ind

iriz

zam

en

to

in

spazi

o

di

ind

iriz

zam

en

to

in

mem

ori

am

em

ori

a.

In q

uest

o sp

azio

ven

gono

m

appa

ti

i dis

posi

tivi

fis

ici d

i mem

oria

(ch

ip).

L

indi

ce i

che

iden

tific

a la

cel

la M

[i]

si c

hiam

a in

dir

izzo

della

cel

la e

d

una

conf

igur

azio

ne b

inar

ia d

i n b

it

Nel

la m

aggi

or p

arte

dei

cal

cola

tori o

gni ce

lla

com

post

a da

8 b

it (

un b

yte)

; in

que

sto

caso

si

dic

e ch

e la

mem

oria

or

gani

zzat

a in

byt

e; i

l b

yte

qu

ind

i la

pi

pic

cola

qu

an

tit

di

mem

ori

a in

dir

izza

bile

Lad

imen

sio

ne d

ello

sp

azi

o d

i in

dir

izza

men

to

uno

dei p

aram

etri

che

ca

ratt

eriz

zano

lar

chitet

tura

del

la C

PU

0FFF

FFF

FFH

(4 G

-1)

0000

000

00H

0000

FFF

FFH

(1M

-1)

8 bi

t

0000

0FF

FFH

(64K

-1)

8085

64 K

B

8086

1 M

B

Pent

ium

4 G

B

1.0

73

.74

1.8

24

B2

30B

yte

1G

BG

igab

yte

1.0

48

.57

6 B

22

0B

yte

1M

BM

eg

abyt

e

10

24

B2

10B

yte

1K

BK

ilob

yte

Qua

ntit

com

unem

ente

utiliz

zate

per

esp

rim

ere

la

dim

ensi

one

di u

no s

pazi

o di

indi

rizz

amen

to:

Con

vien

e ra

ppre

sent

are

gli in

diri

zzi in

cod

ice

esad

ecim

ale

(0..

FH):

ogn

i ci

fra

esad

ecim

ale

corr

ispo

nde

a 4

b

it(e

s.

0000

b

0H

, 00

01b

1H

, 10

10b

0A

H,

1011

b

0BH

,11

00b

0CH

, 11

11b

0FH

)

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

14

Spa

zio

di in

dirizz

amen

to in

I/O

Cos

co

me

i di

spos

itiv

i di

mem

oria

, an

che

le i

nter

facc

e di

in

gres

so/u

scita

sono

m

appa

te

in

uno

spaz

io

di

indi

rizz

amen

to

Le

int

erfa

cce

di I

/O p

osso

no e

sser

e m

appa

te i

n un

o sp

azio

di

stin

to d

a qu

ello

del

la m

emor

ia o

ppur

e ne

llo s

tess

o; i

n qu

estul

tim

o ca

so s

i di

ce c

he l

I/O

m

appa

to i

n m

emor

ia

(mem

ory

map

ped

I/O

)

Lo

spa

zio

di ind

iriz

zam

ento

in

I/O

so

litam

ente

pi

picc

olo

dello

sp

azio

di

in

dirizz

amen

to

in

mem

oria

; es

: ne

lle

arch

itet

ture

Int

el I

A16

e I

A32

lo

spa

zio

di in

dirizz

amen

to in

I/

O

di 6

4 KB

0000

0H

0FFF

FH

8 bi

t

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

15

Indi

rizz

amen

todi

mem

oria

e in

terf

acce

da

part

e de

lla C

PU

Bus

dat

i

CP

UM

EMO

RIA

PRIN

CIP

ALE

INTE

RFA

CC

E

DI I

/O

Bus

dei

segn

ali d

i com

ando

Bus

deg

li in

diriz

zi

In q

uest

o sc

hem

a a

bloc

chi l

a C

PU g

ener

a i s

egna

li di

indi

rizzo

e d

i co

man

do p

er la

mem

oria

e le

inte

rfacc

e e

per q

uest

o m

otiv

o

detta

ag

ente

mas

ter d

el b

us. I

l bus

risu

lta e

sser

e co

sst

ruttu

rato

:B

us d

atib

i-dire

zion

ale

Bus

deg

li in

diriz

ziun

i-dire

zion

ale

Bus

dei s

egna

li di

com

ando

uni-d

irezi

onal

e

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

16

Str

uttu

ra d

el b

us d

i sis

tem

a

I se

gnal

i del

bus

di s

iste

ma

sono

sud

divi

si in

tre

gru

ppi

Il b

us

dati

co

stitui

to d

a m

segn

ali

che

port

ano

istr

uzio

ni e

ope

rand

i; m

m

ultipl

o di

8se

cond

o un

a po

tenz

a di

2 (

es.

8,

16

, 3

2,

64

bit

).Il b

us d

ati

id

entific

ato

dal v

etto

re d

i bit D

[m-1

..0

]

Il b

us

deg

li i

nd

iriz

zi

cost

itui

to d

ai s

egna

li ch

e id

entific

ano

la p

osiz

ione

del

le

info

rmaz

ioni

tra

sfer

ite

nello

spa

zio

di in

dirizz

amen

to a

cui

si in

tend

e ac

cede

re;

il bu

s de

gli i

ndir

izzi

so

litam

ente

iden

tific

ato

dal v

etto

re d

i bi

t A

[n-1

..0

] (e

s. n

=1

6,

20

, 2

4,

32

, 3

6,

64

)

Il b

us

dei

seg

nali

di

com

an

do

co

mpo

sto

dai

segn

ali

che

com

anda

no i

tr

asfe

rim

enti d

i dat

i sul

bus

; es

empi

di s

egna

li di

com

ando

son

o:

il

com

ando

con

cui

la C

PU e

segu

e un

a le

ttur

a ne

llo s

pazi

o di

indi

rizz

amen

to in

mem

oria

(M

RD

C#

)

il co

man

do c

on c

ui la

CPU

ese

gue

una

scritt

ura

in m

emor

ia (

MW

RC

#)

il

com

ando

con

cui

la

CPU

ese

gue

una

lett

ura

nello

spa

zio

di i

ndiriz

zam

ento

in

I/O

(I

OR

DC

#)

il

com

ando

con

cui

la C

PU e

segu

e un

a sc

ritt

ura

in I

/O (

IOW

RC

#)

Ilp

ara

lleli

smo

del

bu

s d

ati

un

altro

par

amet

ro c

arat

terist

ico

dell

arch

itet

tura

del

la C

PU

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

17

In a

ltre

par

ole:

tra

sfer

imen

ti d

i inf

orm

azio

ni s

ul b

us c

oman

dati

dalla

CPU

Bus

dat

i, bu

s in

dirizz

i e

segn

ali

di c

oman

do c

onse

nton

o al

la C

PU d

i rice

vere

o i

nvia

re

info

rmaz

ioni

a m

emor

ia e

inte

rfac

ce d

uran

te l

esec

uzio

ne d

el p

rogr

amm

a.

La

CPU

gen

era

indi

rizz

i e c

oman

di (

per

ques

to m

otiv

o si

chi

ama

agen

te m

aste

r)

D

ati e

istr

uzio

ni t

rans

itan

o su

l bus

dat

i in

entr

ambe

le d

irez

ioni

(da

e v

erso

la C

PU)

I

segn

ali d

el b

us d

i com

ando

spe

cific

ano

che

tipo

di t

rasf

erim

ento

dev

e es

sere

effet

tuat

o

Il b

us d

egli

indi

rizz

i po

rta

lind

iriz

zo d

elli

nfor

maz

ione

des

ider

ata

nel

risp

ettivo

spa

zio

di

indi

rizz

amen

to(l

indi

ce i

del v

etto

re M

[i]

che

rapp

rese

nta

lo s

pazi

o di

indi

rizz

amen

to)

D

unqu

e su

l bu

s di

sis

tem

a de

vono

tra

nsitar

e no

n so

lo i

co

nte

nu

tim

a an

che

gli

ind

iriz

zide

lle c

elle

di m

emor

ia e

dei

reg

istr

i all

inte

rno

delle

inte

rfac

ce

Anc

he s

e i

due

spaz

i di

ind

iriz

zam

ento

(mem

oria

e I

/O)

sono

dis

tint

i, i

seg

nali d

el

bu

s ch

e p

ort

an

o

lin

dir

izzo

so

no

co

mu

ni

(i s

egna

li ch

e po

rtan

o gl

i in

dirizz

i di

I/O

son

o un

sot

toin

siem

e di

que

lli c

he

port

ano

gli i

ndiriz

zi n

egli

acce

ssi a

lla m

emor

ia).

La

CPU

pu

com

anda

re i

segu

enti t

rasf

erim

enti d

i inf

orm

azio

ni s

ul b

us:

tra

sfer

imen

ti da

e ve

rso

disp

ositi

vi m

appa

tine

llo sp

azio

di in

diriz

zam

ento

in m

emor

ia

esem

pi:

le

ttur

adi

istr

uzio

ni e

dat

i (op

eran

dide

lle is

truz

ioni

) da

lla m

emor

ia

scritt

ura

di r

isul

tati in

mem

oria

tra

sfer

imen

ti da

e ve

rso

disp

ositi

vi m

appa

tine

llo sp

azio

di in

diriz

zam

ento

in I/O

es

empi

:

lett

ura

di d

ati d

alle

inte

rfac

ce

sc

ritt

ura

di r

isul

tati s

ulle

inte

rfac

ce

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

18

I ci

cli d

i bus

Ad e

semp

io, p

er le

gger

e in

mem

oria

allin

diriz

zoil

a CP

U ge

nera

un

ciclo

di bu

s co

stitui

to da

lla se

guen

te se

quen

za di

even

ti (cic

lo di

lettur

a in m

emor

ia-m

emor

yrea

dcyc

le):

Dat

a in

BU

S C

YC

LE

T1T2

T3T4

Add

ress

i

CLO

CK

A[1

9..0

]

D[7

..0]

MR

DC

#

laC

PU

met

te s

ul b

us

deg

li i

nd

iriz

zili

ndiriz

zo i

laC

PU

attiva

il

seg

nale

di

com

an

do

che

iden

tific

a lo

pera

zion

e de

side

rata

(M

RD

C#

per

la le

ttur

a in

m

emor

ia)

laC

PU

atte

nde

che

la m

emor

ia

indi

rizz

ata

met

ta l

info

rmaz

ione

de

side

rata

sul

bu

s d

ati

, e

quin

dile

gge

(cio

ca

mpi

ona)

i se

gnal

i di

spon

ibili

sul

bu

s d

ati

Il t

rasf

erim

ento

di u

nin

form

azio

ne t

ra a

gent

i del

bus

avv

iene

con

una

seq

uenz

a di

eve

nti d

etti n

el lo

ro in

siem

e ci

clo

di

bu

sci

clo

di

bu

s

Suc

cess

ivam

ente

iniz

ia u

n nu

ovo

cicl

o di

bus

; il

cicl

o di

bus

mos

trat

o ne

lles

empi

o

dura

4 p

erio

di d

i clo

ck (

dett

i T1,

T2,

T3,

T4)

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

19

Altri e

sem

pi d

i cic

li di

bus

Altri e

sem

pi d

i cic

li di

bus

son

o i s

egue

nti:

ci

clo

di sc

ritt

ura

in

mem

ori

a(m

emor

yw

rite

cycl

e) c

arat

terizz

ato

dal s

egna

le d

i co

man

do M

WRC#

ci

clo

di

lett

ura

in

I/

O(I

/O r

ead

cycl

e)

cara

tter

izza

to d

al s

egna

le d

i com

ando

IO

RD

C#

ci

clo

di sc

ritt

ura

in

I/

O(I

/O w

rite

cycl

e)

cara

tter

izza

to d

al s

egna

le d

i com

ando

IO

WRC#

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

20

Eser

cizi

o:ca

lcol

o de

l num

ero

di c

icli

di b

us

nece

ssar

io p

er e

segu

ire

un p

rogr

amm

a

Dom

anda

: qu

ante

vol

te a

cced

e al

bus

la C

PU s

e si

des

ider

a es

egui

re il

se

guen

te p

rogr

amm

a?A

= B

+C

D =

E-F

G =

A*

D

Si f

acci

ano

le s

egue

nti t

re ip

otes

i

tutt

e le

var

iabi

li A,

B,

C,

D,

E, F

, G

son

o re

side

nti i

n m

emor

ia

lacc

esso

a c

iasc

una

di e

sse

rich

iede

un

cicl

o di

bus

la

lett

ura

di o

gni i

stru

zion

e in

mem

oria

ric

hied

e un

cic

lo d

i bus

Ris

post

a:

il pr

ogra

mm

a

lung

o tr

e is

truz

ioni

, qu

indi

la C

PU d

eve

eseg

uire

tre

fasi

di F

ETC

He

tre

fasi

di E

XEC

UTE

og

ni f

ase

di F

ETC

H(l

ettu

ra d

elli

stru

zion

e da

ese

guire)

im

plic

a u

n

acc

ess

o a

l b

us

og

ni f

ase

di E

XEC

UTE

impl

ica

3 c

icli

di

bu

s(2

per

la le

ttur

a in

m

emor

ia d

ei d

ue o

pera

ndie

uno

per

la s

crittu

ra in

mem

oria

del

risu

ltat

o)

dunq

ue p

er e

segu

ire

il pr

ogra

mm

a da

to n

elle

ipot

esi f

issa

teso

no n

eces

sari

12

cic

li d

i b

us

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

21

Punt

o de

lla s

itua

zion

e

Abb

iam

o vi

sto

qual

i son

o:

i blo

cchi

che

com

pong

ono

un c

alco

lato

re

i pri

ncip

i di f

unzi

onam

ento

del

cal

cola

tore

O

ra d

arem

o le

seg

uent

i def

iniz

ioni

:

arch

itet

tura

di u

na C

PU

pres

tazi

oni d

i una

CPU

Suc

cess

ivam

ente

:

andr

emo

a st

udia

re c

ome

larc

hite

ttur

a in

fluen

za le

pre

staz

ioni

an

aliz

zere

mo

alcu

ne a

rchi

tett

ure

di C

PU

impa

rere

mo

a pr

oget

tare

sem

plic

i si

stem

i di

ela

bora

zion

eba

sati

sull

impi

ego

di u

na C

PU

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

22

Arc

hite

ttur

a di

una

CPU

Lar

chitet

tura

del

lhar

dwar

e

defin

ita

dalla

seg

uent

e te

rna:

Il s

et

di is

tru

zio

ni

set

di is

tru

zio

ni(a

rchi

tett

ura

vist

a da

llut

ente

, de

tta

anch

e lin

guag

gio

mac

chin

a o

ISA

In

stru

ctio

nSet

Arc

hite

ctur

e)

La s

tru

ttu

ra in

tern

ast

rutt

ura

in

tern

a

La r

ealizz

azi

on

e c

ircu

itale

realizz

azi

on

e c

ircu

itale

(cio

la

tec

nolo

gia

mic

roel

ettr

onic

a im

pieg

ata

nella

rea

lizza

zion

e)

U

no s

tess

o se

t di i

stru

zion

i pu

ess

ere

real

izza

to c

on s

truttu

rein

tern

e di

vers

e (e

s. 3

86, 4

86, e

Pen

tium

)

La s

tess

a st

ruttu

ra in

tern

a pu

es

sere

real

izza

ta c

on te

cnol

ogie

dive

rse

(es.

486

, 486

-DX

2 e

486-

DX

4)

Arch

itettu

re d

iver

se a

vran

no in

gen

eral

e pr

esta

zion

i div

erse

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

23

Pres

tazi

oni d

i un

calc

olat

ore

CPU

tim

e

Le

pr

esta

zion

i di

un

ca

lcol

ator

e va

nno

sem

pre

rife

rite

a

un

prog

ram

ma

di r

iferi

men

to (

dett

o b

en

chm

ark

)

Il

para

met

ro

che

cara

tter

izza

le

pr

esta

zion

i ri

spet

to

a un

de

term

inat

o be

nchm

ark

il

tem

po d

i es

ecuz

ione

de

tto

anch

e C

PU

tim

e

N

ck=

nu

mer

o di

pe

riod

i di

cl

ock

nece

ssar

i pe

r co

mpl

etar

e le

secu

zion

e de

l pro

gram

ma

Tck

= 1

/Fck

il

peri

odo

del c

lock

di m

acch

ina

N

istr

uzi

on

i=

nu

mer

o di

is

truz

ioni

ne

cess

arie

pe

r co

mpl

etar

e le

secu

zion

e de

l pro

gram

ma

C

PI m

ed

io

il nu

mer

o m

edio

di

pe

riod

i di

cl

ock

per

ogni

is

truz

ione

(N

ck/N

istr

uzio

ni)

CP

Uti

me

= N

ck*

Tck

=N

istr

uzi

on

i*

CP

I med

io*

Tck

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

24

CPI

med

ioal

var

iare

del m

ix d

i ist

ruzi

oni

Con

side

riam

o un

ben

chm

ark

cont

enen

te M

tipi

div

ersi

di i

stru

zion

i:

I 1,

I 2

I Me

sian

o:

Ni:

num

ero

di is

truz

ioni

di t

ipo

ipre

sent

i nel

ben

chm

ark

CPI

i: nu

mer

o di

cic

li di

clo

ck n

eces

sari

ad

eseg

uire

un

istr

uzio

ne

di t

ipo

i

1

M

iis

truz

ioni

iN

N

1

M

time

ii

cki

CPU

CPI

NT

1

Mi

time

istr

uzio

nii

cki

istr

uzio

ni

NC

PUN

CPI

TN

CP

I med

io

Per

ave

re u

n b

ass

o

CP

I med

io

nece

ssari

o

che s

ian

o

velo

ci

(bass

o C

PI i

) le

is

tru

zio

ni

ese

gu

ite p

ifr

eq

uen

tem

en

te

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

25

CP

I med

ioT

ckN

istr

uzi

on

i

Co

mp

ilato

re

Str

utt

ura

inte

rna

Tecn

olo

gia

Inst

ruct

ion

Set

Arc

hit

ect

ure

(IS

A)

X X

X

X

Impa

tto

sulle

pres

tazi

onid

i un

calc

olat

ore

A R C H I T E T T U R A

X

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

26

Eco

rret

tom

isur

are

le p

rest

azio

niin

MIP

S

(Mill

ion

of I

nstr

uction

s Pe

r Sec

ond)

?

610

istr

uzio

ni

time

NM

IPS

CPU

66

1010

ckis

truz

ioni

ck

istr

uzio

nim

edio

ckm

edio

med

io

FM

Hz

NF

MIP

SN

CPI

TC

PIC

PI

MIP

S d

ipen

de d

a C

PIm

edio:

qu

indi

nec

essa

rio

spec

ifica

re il

ben

chm

ark

!

MIP

S

una

mis

ura

di f

requ

enza

, qu

indi

non

tie

ne c

onto

nel

num

ero

tota

le

di is

truz

ioni

ese

guite.

Dat

o il

benc

hmar

k, a

par

it

di M

IPS m

isur

ati d

ue C

PU

poss

ono

aver

e di

ffer

enti v

alor

i di C

PUtim

edi

pend

ente

men

teda

l num

ero

di

istr

uzio

ni e

segu

ite:

610

istr

uzio

nitim

eN

CPU

MIP

S

D

ato

il be

nchm

ark,

due

CPU

pos

sono

ess

ere

conf

ront

ate

sulla

bas

e de

i M

IPS s

olo

se h

anno

lo s

tess

o se

t di

istr

uzio

ni !

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

27

SPE

ED U

P

Lo s

peed

up d

i una

CP

U A

(pi

velo

ce)

risp

etto

a u

na C

PU

B(p

ile

nta

)risp

etto

a u

n de

term

inat

o be

nchm

ark

de

finito

com

e il

rapp

orto

tra

il

tem

po d

i es

ecuz

ione

del

ben

chm

ark

da p

arte

del

la C

PU p

ile

nta

e il

tem

po

di

esec

uzio

ne

dello

st

esso

be

nchm

ark

da

part

e de

lla

CPU

pi

ve

loce

:

SU

A/B

= C

PUtim

e(B

)/ C

PUtim

e(A

)

U

n be

nchm

ark

vien

ees

egui

tosu

di u

n ca

lcol

ator

eB

con

i seg

uent

ipa

ram

etri:

N

istr

uzio

ni=

10,

000,

000

istr

uzio

ni

CPI

med

io=

2.5

cl

ock/

istr

uzio

ne

F ck

= 2

00 M

Hz

Sup

poni

amo

di e

segu

ire

lo s

tess

obe

nchm

ark

suun

cal

cola

tore

Aco

sca

ratt

eriz

zato

:

Nis

truz

ioni

= 9

,500

,000

istr

uzio

ni

CPI

med

io=

3.0

clo

ck/i

stru

zion

e

F ck

= 3

00 M

Hz

Spe

edup

A/B

=

(10

,000

,000

x

2.

5 x

5x

10-9

) /

(9,5

00,0

00 x

3 x

3.

33x1

0-9 )

=

.125

/

.095

= 1

.32

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

28

Cen

ni d

i sto

ria

dei c

alco

lato

ri

La p

rim

a CPU

inte

grat

a in

un

solo

chi

p (I

ntel

-19

71-

i400

4)

4 m

m

3 m

m

2300

tran

sist

or

CPU

Inte

l 400

4 -F

otog

rafia

trat

ta d

a: B

ellL

ab J

ourn

al

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

29

Legg

e di

Moo

reIm

mag

ine

trat

ta d

alla

rchi

vio

on-li

ne In

tel

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

30

Con

fron

to t

ra d

ue C

PU d

ista

nti 2

5 an

ni

17.5

mm

3 * 1

083

* 103

Som

me/

sec

105

180

* 10

219

0Tr

ansi

stor

/mm

210

2

Ann

o19

9519

71R

appo

rto

$ 30

0$

300

Pre

zzo

1

0.15

* 1

030.

2Fr

eque

nza

(MH

z)10

3

$ 0.

05/1

000

$ 0.

13P

rezz

o pe

rtra

nsis

tor

2500

Sup

erfic

ie(m

m2)

1230

625

5.5

* 106

2.3

* 103

Tran

sist

or2.

5 10

3

Foto

trat

ta d

alla

rchi

vio

on-li

ne In

tel

IDi4

004

P6ID

i400

4P6

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

31

Ritm

i del

pro

gres

so in

mic

roel

ettr

onic

a e

nell

arch

itet

tura

del

le C

PU

01

71

76

Mig

liaia

di t

r.pe

r chi

p

81

86

91

96Mem

orie

110

100

1000

10.0

00

100.

000

1.00

0.00

0

2300

La le

gge

di M

oore

:og

ni 5

ann

i n tr

/chi

p cr

esce

di u

n or

dine

di g

rand

ezza

Pro

cess

ori

110100

1000

10.0

00

100.

000

1.00

0.00

0

10.0

00.0

00

3000

Mig

liaia

di

oper

az/s

ec

si v

erifi

chi c

he i

valo

ri in

dica

ti ne

l luc

ido

prec

eden

te ri

spet

tano

le d

ue le

ggi s

ul

prog

ress

o ne

lle p

rest

azio

ni e

nel

nu

mer

o di

tran

sist

or n

ella

CP

U

si v

erifi

chi c

he i

valo

ri in

dica

ti ne

l luc

ido

prec

eden

te ri

spet

tano

le d

ue le

ggi s

ul

prog

ress

o ne

lle p

rest

azio

ni e

nel

nu

mer

o di

tran

sist

or n

ella

CP

U

Pres

tazi

oni

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

32

Evol

uzio

ne d

i Str

uttu

ra I

nter

na e

Tec

nolo

gia

per

CPU

ave

nti I

SA d

etta

IA

(Int

el A

rchi

tect

ure)

-IA

16 (

16 b

it),

IA32

(32

bit),

IA64

(64

bit) 30

00

0.09

04

-0

5

17

00

x

0.13

02

-0

3

23

3

x

0.80

92

-9

3

16xx

1.50

82

-8

5

5x3.0

79

-8

1

80

88

(7

9)

IA16

5

Mhz

28

6 (

82

)IA

16

6 M

hz

15

00

xx

0.18

00

-0

1

Pen

tiu

mII

I (

99

)IA

32 0

.500

-1G

hz

98

-9

99

6-9

79

3-9

48

6 -

91

An

no

50

03

00

23

32

5Fr

equ

enza

di

clo

ck

(Mh

z)

Itan

ium

2 (

02

)IA

64 -

1.0

1.

7 G

hz

Pen

tiu

mIV

(0

0)

IA32

1.5

1.

7 G

hz

xC

elero

n(

98

)IA

32 0

.266

-3.

0 G

hz

Pen

tiu

mII

(9

7)

IA32

300

45

0 M

hz

xP

enti

um

Pro

(9

5)

IA32

200

Mhz

xx

Pen

tiu

m(

93

)IA

32 6

6 -2

33 M

hz

x4

68

DX

(8

9)

IA32

25

-100

Mhz

38

6D

X (

85

)IA

32

16 M

hz

0.25

0.35

0.60

1.00

Sili

con

Proc

ess

Tech

nolo

gy (

m)

S T R U T T U R A I N T E R N A

TEC

NO

LOG

IA

2007

: 3.

7GH

z

2007

: 3.

4GH

z

2007

: 0.

065

(e.g

. In

tel

Cor

e 2

Duo

)

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

33

Arc

hit

ett

ura

In

tel (I

A)

Evo

luzi

on

e n

elle c

ara

tteri

stic

he d

ei m

icro

pro

cess

ori

dal

19

78

al

20

00

Add

ress

Bus

Size

ALU

Size

20/8

088

/816

2416

3232

3232

3232

3632

3632

3632

3632

Pent

ium

IV20

001.

5 G

Hz

42 M

32 G

P80

FPU

64 M

MX

128

XMM

6464

GB

L1: 8

KB

L2: 2

56 K

B36

32

Cal

cola

tori E

lett

roni

ci L

A A

.A.

2007

-08

34

Pres

tazi

oni v

sco

nsum

o

Te

cnol

ogia

e s

trut

tura

inte

rna

evol

vono

nel

lott

ica

di

aum

enta

re le

pre

staz

ioni

e r

idur

re il

con

sum

o/op

eraz

ione

el

emen

tare

Ev

oluz

ione

nel

lott

imiz

zazi

one

dei c

onsu

mi e

nel

la r

icer

ca

del m

iglio

r c

ompr

omes

so t

ra p

rest

azio

ni e

con

sum

o:

Rid

uzio

ne d

elle

ten

sion

i di a

limen

tazi

one

D

efin

izio

ne d

i div

ersi

sta

ti d

i fun

zion

amen

to in

mod

o da

al

imen

tare

sel

ettiva

men

te a

div

isio

ne d

i tem

po s

olo

i blo

cchi

is

tant

e pe

r is

tant

e ne

cess

ari

Var

iazi

one

della

fre

quen

za d

i fun

zion

amen

to in

fun

zion

e de

l ca

rico

com

puta

zion

ale

Var

iazi

one

della

ten

sion

e di

alim

enta

zion

e in

fun

zion

e de

lla

freq

uenz

a is

tant

anea

di f

unzi

onam

ento

Po

wer

man

agem

ent

este

so a

llin

tero

sis

tem

a, n

on s

olo

alla

CPU

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

1

Cal

cola

tori

Ele

ttron

ici L

-AA

. A. 2

007-

08

Allie

vi e

lettr

onic

i

Com

plem

enti

allin

trodu

zion

e

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

2

Dat

e E

sam

i

Pr

ova

inte

rmed

ia (A

): G

iove

d 8

nov

embr

e in

Aul

a 6.

2 (d

a co

nfer

mar

e)

Pr

imo

appe

llo (B

e C

):

Gio

ved

13 d

icem

bre

2007

, mat

tina

-Au

la 2

.4

Se

cond

o ap

pello

(B e

C):

Mer

cole

d 1

6 ge

nnai

o 20

08, m

attin

a -A

ula

6.2

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

3

Per

ch

stud

iare

i si

stem

i di e

labo

razi

one

Car

atte

ristic

he d

elle

app

licaz

ioni

di e

labo

razi

one

e/o

cond

ivis

ione

di i

nfor

maz

ioni

del

la n

ostra

era

:

Dis

tribu

ite

Mob

ili

Dip

ende

nti d

al c

onte

sto

M

odel

lo d

i rife

rimen

to:

co

nver

genz

a de

lle 5

C

Com

putin

g

Com

mun

icat

ion

C

onsu

mer

C

onte

nt

Con

text

INTERNET

Acc

ess

Poin

toSt

azio

ne ra

dio

Bas

e

Ad

ogni

C s

ono

asso

ciat

i dis

posi

tivi o

sis

tem

i il c

ui fu

nzio

nam

ento

si

basa

su

calc

olat

ori e

lettr

onic

i

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

4

Un

punt

o di

vis

ta s

ulla

sto

ria

dellI

nfor

mat

ion

Tech

nolo

gy: l

e 5

C WW

WH

yper

text

, HTT

P, H

TML,

UR

LD

agli

anni

9

0C

onte

nt

Con

verg

enza

di G

PS

, WLA

N, G

SM

, Dig

ital

Med

ia B

road

cast

su m

obile

clie

nts

GS

M: G

loba

lSys

tem

forM

obile

Tel

ecom

mun

icat

ions

dal

91

PC

(IB

M e

Mic

roso

ft, 1

2/8/

81, C

PU

808

8 a

4.77

MH

z)

AR

PAN

ET

(ret

i geo

graf

iche

)E

ther

net(

reti

loca

li, S

RI)

TCP

/IP, S

MTP

EN

IAC

(Uni

v. P

enns

ylva

nia,

Eck

ert,

43)

ED

VAC

(Von

Neu

man

n, 1

945)

ED

SAC

(Wilk

es, C

ambr

idge

, 194

9)

Rife

rimen

to (*

)

Sto

red

Pro

gram

Dag

li an

ni

40

Com

putin

g

Inte

rnet

(e_m

ail)

Dag

li an

ni

70

Com

mun

icat

ion

Per

sona

lC

ompu

ter

Dag

li an

ni

80

Con

sum

er

Not

eO

rigin

eFu

nzio

ne

Ubi

quito

usC

ompu

ting

Dag

li an

ni

2000

Con

text

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

5

Il B

row

ser/E

dito

r di I

perte

sti d

i Ti

mB

erne

rs-L

ee(1

990)

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

6

Sce

nario

cen

tere

don

mob

ile u

ser

Mai

nen

titie

san

d se

man

tics

user

life

navi

gato

rSm

art

envi

ronm

ent

Phys

ical

Spac

eSt

ruct

ure

(hom

e,O

utdo

or,

.)

Serv

ices

Inte

ract

s_wi

th

Hasa

cces

s to

Live

s_in

Is_a

sens

es

Mob

ile P

hone

(UM

TS)

Mob

ile T

V(D

VB-H

)B

road

Ban

d (W

iFi)

Sate

llite

bas

edpo

sitio

ning

syst

emG

PS

Med

ia C

onve

rgen

ce

Mul

tirad

io

Con

text

-aw

are

syst

ems

may

prov

ide

non

expl

icite

lyre

ques

ted

assi

stan

ce

The

devi

ceis

the

mad

iato

rbe

twee

nth

e us

ers

and

thei

ren

viro

nmen

t

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

7

Ese

mpi

di a

ppar

ati c

on

calc

olat

ore

alli

nter

no

I t

elef

onin

i

I pda

(per

sona

l dat

a as

sist

ant)

palm

ari

gl

i app

arat

i per

la c

reaz

ione

, la

dist

ribuz

ione

e la

frui

zion

e di

con

tenu

ti m

ultim

edia

li

gli a

ppar

ati f

issi

per

tele

com

unic

azio

ni

gli s

trum

enti

di m

isur

a

gli s

trum

enti

biom

edic

i

I cal

cola

tori

di b

ordo

dei

mez

zi d

i tra

spor

to.

Tutti

i se

guen

ti pr

odot

ti de

llin

gegn

eria

indu

stria

le h

anno

all

inte

rno

alm

eno

un c

alco

lato

re o

ppor

tuna

men

te s

peci

aliz

zato

nel

le in

terfa

cce

e ne

l sof

twar

e:

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

8

Il ca

lcol

ator

e

oggi

log

getto

arti

ficia

le

pi

diffu

so a

l mon

do

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

9

Car

atte

ristic

he d

egli

appa

rati

che

cont

engo

no u

no o

pi

sis

tem

i di

elab

oraz

ione

al l

oro

inte

rno

S

ono

prod

otti

mol

to d

iver

si g

li un

i dag

li al

tri

Son

o pr

odot

ti fin

aliz

zati

a un

uso

spe

cific

o

In c

iasc

uno

di e

ssi i

prin

cipa

li as

petti

qua

lific

anti

e sp

ecifi

cam

ente

st

udia

ti pe

r lu

so a

cui

son

o de

stin

ati s

ono:

L

inte

rfacc

ia

Il de

sign

le

dim

ensi

oni

il

peso

e il

con

sum

o(n

el c

aso

degl

i app

arat

i mob

ili)

Il

calc

olat

ore

se

mpr

e la

tecn

olog

ia a

bilit

ante

, epp

ure:

te

nde

a in

cide

re s

empr

e m

eno

sui c

osti

(sia

rico

rrent

i che

non

rico

rrent

i)

tend

e ad

ess

ere

sem

pre

pi

nasc

osto

, pos

sibi

lmen

te in

visi

bile

pe

rde

le c

arat

teris

tiche

di m

acch

ina

gene

ralp

urpo

sein

qua

nto

svol

ge le

funz

ioni

sp

ecifi

che

dell

appa

rato

in c

ui

inst

alla

to

Nel

90,

in u

n ar

ticol

o su

l fut

uro

dei c

alco

lato

ri M

ark

Wei

sera

veva

pr

evis

to q

uest

a m

odal

itdi

impi

ego

dei c

alco

lato

ri e

la a

veva

ch

iam

ata

per

vasi

veco

mpu

ting

(ela

bora

zion

e pe

rvas

iva)

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

10

Il pr

oble

ma

del d

esig

n

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

11

Asp

etti

com

uni a

i cal

cola

tori

impi

egat

ine

i sis

tem

i di e

labo

razi

one

perv

asiv

i

Il

mod

ello

di r

iferim

ento

se

mpr

e la

Mac

chin

a di

von

Neu

man

n

So

ftwar

e e

inte

rfacc

e so

no s

peci

fiche

del

prod

otto

in c

ui s

ono

inst

alla

ti

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

12

Slid

e La

scia

taIn

tenz

iona

lmen

teB

ianc

a

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

13

Ogn

i liv

ello

di q

uest

a ge

rarc

hia

indi

vidu

a st

ruttu

re fo

rmat

e da

com

pone

nti

ast

ratt

iil

cui c

ompo

rtam

ento

e la

cui

stru

ttura

defin

ita n

el li

vello

sotto

stan

te

Sce

nden

do d

alla

lto v

erso

il b

asso

aum

enta

il n

umer

odi

com

pone

nti

edi

min

uisc

e la

com

ples

sit

dell

azio

ne sv

olta

da

cias

cuno

, qui

ndi l

a co

mpl

essi

t d

ella

stru

ttura

di c

iasc

un c

ompo

nent

e

Met

odo

di la

voro

che

tutti

gli

stud

enti

di c

alco

lato

ri el

ettro

nici

dev

ono

sem

pre

adot

tare

per

rius

cire

a g

estir

e la

com

ples

sit

dei

sis

tem

i co

nsid

erat

i :A

ppro

ccio

ger

arch

ico

La

desc

rizio

ne d

el c

ompo

rtam

ento

di

un b

locc

o pu

es

sere

pi

e p

i v

olte

deco

mpo

sta

in c

ompo

rtam

enti

pi

sem

plic

i

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

14

Live

lli d

i atra

zion

ene

lla g

erar

chia

che

des

criv

e lh

ardw

are

dei c

alco

lato

ri: n

oi c

i occ

uper

emo

del l

ivel

lo a

rchi

tetto

nico

Har

dwar

e

Proc

esso

re, M

emor

ia, I

/O, B

us

Ret

i log

iche

Fam

iglie

e L

ibre

rie d

i Circ

uiti

Cir

cuiti

ele

ttro

nici

Liv

ello

ar

chite

tton

ico

Liv

ello

lo

gico

Liv

ello

fisic

o

Reg

istri

, Con

tato

ri, S

elet

tori,

Alu

, ecc

.

Instr

uctio

nSe

t

Inte

rrut

tori

ele

ttron

ici

soft

war

e

1

23

1

23

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

15

Ese

rciz

io d

i ver

ifica

di R

eti L

ogic

he

P

roge

ttare

una

rete

logi

ca s

incr

ona

con

un i

ngre

sso

c da

un

bite

una

us

cita

u[3

..0] d

a 4

bit

al

lint

erno

del

la re

te c

i son

o du

e co

ntat

ori:

un c

onta

tore

bin

ario

per

16

C0

e un

con

tato

re B

CD

C1

S

ullu

scita

vie

ne p

orta

to il

val

ore

di C

0 op

pure

que

llo d

i C1,

ase

cond

a de

l val

ore

dell

ingr

esso

(c=0

opp

ure

c=1)

Il si

stem

a di

spon

e an

che

di u

n in

gres

so d

i res

et s

incr

ono

S

i pro

getti

il s

iste

ma

utiliz

zand

o un

app

rocc

io g

erar

chic

oa

tre li

velli

S

i est

enda

il p

roge

tto a

l cas

o di

3 c

onta

tori

(es.

con

tato

re g

rey)

S

i rap

pres

enti

il va

lore

del

le u

scite

util

izza

ndo

il co

dice

esa

deci

mal

e

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

16

Il liv

ello

di a

stra

zion

e a

cui s

i co

lloca

il c

orso

Q

uali

sono

i bl

occh

i che

com

pong

ono

un c

alco

lato

re?

Q

uali

sono

i pr

inci

pi d

i fun

zion

amen

to d

el c

alco

lato

re?

C

osa

si in

tend

e pe

r:

arch

itettu

ra d

ellh

ardw

are

di u

n ca

lcol

ator

e?

pres

tazi

oni d

i un

calc

olat

ore?

an

drem

o a

stud

iare

i pi

co

mun

i set

di i

stru

zion

i

Qui

ndi v

edre

mo

com

e la

stru

ttura

inte

rna

influ

enza

le

pres

tazi

oni

In

fine

impa

rere

mo

a pr

oget

tare

sem

plic

i sis

tem

i che

bas

ano

il lo

ro fu

nzio

nam

ento

su

una

CP

U

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

17

Rap

pres

enta

zion

e as

trat

ta

dell

hard

war

e di

un

calc

olat

ore

(coe

rent

e co

n la

mac

chin

a di

Von

Neu

man

n)

Lha

rdwa

re d

el c

alco

lato

re si

inte

rfac

cia

con

il so

ftwar

e at

trav

erso

il su

o se

t di i

stru

zion

i (lin

guag

gio

mac

chin

a)

Ogn

i blo

cco

della

stru

ttura

c

ostit

uito

da

circ

uiti

elet

tron

icid

igita

li

Stru

ttura

del

cal

cola

tore

(mac

chin

a di

gita

le a

ese

cuzi

one

sequ

enzi

ale

e pr

ogra

mm

a m

emor

izza

to)

Bus

di s

iste

ma

Uni

t d

i el

abor

azio

ne

PC ALU

Reg

istri

Cac

he

Mem

oria

prin

cipa

le

Prog

ram

ma

Dat

iin

gres

si e

usc

itelo

cali

Reg

istri

di

trans

itoe

di st

ato

Inte

rfac

ce

Ret

eclo

ck

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

18

Altr

i cen

ni d

i sto

ria d

ei c

alco

lato

ri

Il mod

ellod

irifer

imen

to t

uttor

aque

llode

finito

daVo

n Neu

mann

La st

ruttu

rade

ibloc

chi, i

lpro

getto

e le r

ealiz

zazio

nisi

sono

evolu

tene

ltemp

o

Linn

ovaz

ionen

elles

oluzio

nipr

ogett

ualie

ilpr

ogre

ssod

ellat

ecno

logia

vann

odip

arip

asso

Ovve

ro:

la str

uttur

a, le

soluz

ionip

roge

ttuali

e le r

ealiz

zazio

nidip

endo

noda

llatec

nolog

iadis

ponib

ile

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

19

1951

Ann

o

1943

1945

-52

1949

1957

Cal

cola

tore

ENIA

C(*

)U

niv.

di

Pen

nsyl

vani

a

EDVA

C(+

)

EDSA

CC

ambr

idge

UN

IVA

C I

IBM

704

con

com

pila

tore

Prin

cipa

li in

nova

zion

iG

ener

alpu

rpos

e-p

rogr

amm

abile

con

inte

rrut

tori

e ca

blag

gi -

ingo

mbr

ante

(24m

X 3

m) -

limita

to (2

0 re

gist

ri da

10

digi

t-18

000

valv

ole)

-le

nto

(500

use

cpe

r una

add

izio

ne)

Von

Neu

man

n-m

acch

ina

a es

ecuz

ione

seq

uenz

iale

e

prog

ram

ma

mem

oriz

zato

in fo

rma

bina

ria

Prim

a "m

acch

ina

di V

onN

eum

ann"

funz

iona

nte

Prim

o ca

lcol

ator

e co

mm

erci

ale

(ven

duti

48 a

1 m

ilion

e di

$ l'

uno)

Si i

nizi

a a

colm

are

il "g

ap s

eman

tico"

tra

uom

o e

mac

chin

a!

(il p

rimo

lingu

aggi

o ad

alto

live

llo e

' il F

ortra

n)

Ele

ctro

nic

Num

eric

alIn

tegr

ator

and

Cal

cula

tor

E

lect

roni

cD

iscr

ete

Var

iabl

eA

utom

atic

Com

pute

r

Pie

tre m

iliar

ine

lla s

toria

dei

cal

cola

tori

dal 1

940

a og

gila

prim

a ge

nera

zion

e: i

calc

olat

ori a

val

vole

(fin

o al

195

9)

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

20

Ann

oC

alco

lato

rePr

inci

pali

inno

vazi

oni

1959

IBM

162

0G

ener

alpu

rpos

e-a

tran

sist

or

1964

IBM

360

Non

un

calc

olat

ore

ma

una

linea

di c

alco

lato

ri co

n pr

ezzi

e

pres

tazi

oni d

iver

se (e

s. IB

M36

0/40

: 1.6

Mhz

-256

Kb

-225

K$;

IB

M36

0/75

: 5.1

Mhz

-1M

b -1

.9M

$) -

solu

zion

i arc

hite

ttura

liin

nova

tive

(es.

sch

edul

ing

dina

mic

o pe

r rid

urre

la la

tenz

a -s

ar

ripre

so d

a P

6, P

ower

PC

e a

ltri)

1965

PDP-

8P

rimo

min

icom

pute

r con

pre

zzo

< $1

0.00

0 -s

i apr

e la

stra

da a

lle

appl

icaz

ioni

indu

stria

li -4

Kb

-3us

ec p

er s

omm

a da

8 b

it

Pie

tre m

iliar

ine

lla s

toria

dei

cal

cola

tori

dal 1

940

a og

gila

sec

onda

gen

eraz

ione

: i c

alco

lato

ri a

trans

isto

r (da

l 196

0 al

196

8)

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

21

1972

HP-

2100

Ann

oC

alco

lato

re

Prin

cipa

li in

nova

zion

i

Mem

oria

a s

emic

ondu

ttore

larg

amen

te u

tiliz

zato

in c

ampo

sci

entif

ico

1972

PDP-

11M

emor

ia a

sem

icon

dutto

rela

rgam

ente

util

izza

to in

cam

po in

dust

riale

Pie

tre m

iliar

i nel

la s

toria

dei

cal

cola

tori

dal 1

940

a og

gila

terz

a ge

nera

zion

e: i

min

ical

cola

tori

(dal

196

8 al

197

4)te

cnol

ogia

: circ

uiti

inte

grat

i SS

I e

MS

I

25 se

ttem

bre

2007

Uni

vers

it d

i Bol

ogna

C

alco

lato

ri El

ettro

nici

L-A

22

dal 1

990

Prim

o ch

ip d

i RA

M d

a un

Mbi

t

Ann

o

1971

1977

1981

1982

1983

1984

dal 1

994

IBM

801

Cal

cola

tore

eSi

stem

aO

pera

tivo

Inte

l 400

4

App

leII

PC

IBM

con

S.O

. DO

S

UN

IX

RA

Mi8

60, P

entiu

mP

ower

Pc

P6

Prin

cipa

li in

nova

zion

i

CPU

da

4 bi

t su

sing

olo

chip

Prim

o pe

rson

al c

ompu

ter -

stan

dard

di p

rezz

i ada

tti a

diff

usio

ne d

i m