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CorsodiFondamentidiInformaticaIngegneriadelleComunicazioni– BCORIngegneriaElettronica– BELR

SommarioArchitetture

Cosaèquestosommario• Checklist degliargomenti

– EnumerapergrandissimelineetuttiiconcettifondamentalitoccatinellelezionidiArchitetture

– Puòessereusatocomechecklist eunostimoloperverificareproprieeventualicarenze

• Perapprofondire– Cercareeriguardarsinelmaterialedidattico(slidedelcorso)gliargomentichecisiaccorgedinonricordare

– Senonbastaapprofondireanchesullibro– Finoaquandononapparechiaroquantoevocatodalsommario

2016-2017Sommario Achitetture Pagina 2

Cosanon èquestosommario

• Nonèunelencoesaustivo– Nonpretendedienumeraretuttiiconcettiimportanti– Vuolesoloindicareiprincipali,quellifondamentali

• Alloraqual'è ilriferimentocompleto– Leslidecostituisconounriferimentocompleto– Inessesonotrattatituttigliargomenti– Tuttavia,nelleslidelespiegazionisonoforzatamentesommarie

– Percapirepuòesserenecessarioesserestatialezioneoavereapprofonditosullibro


Funzionibooleane• Variabiliefunzionibooleane

– Tabelladellaverità– Primaformacanonica– RetiAND-OR-NOToppureNORoppureNAND

• Circuitifondamentali– Comparatori,Multiplexere,Decoder– Half-adder,full-adder– ALUbit-slice,propagazionedeiriporti– PLA


Circuiticombinatoriesequenziali• Concettodistato

– Dipendenzadallastoriapassata– Numerodistatiinterni

• Realizzazione– Flip-flopelatch– Flip-flopconporteNOR– Flip-flopditipoRSeD– Memorierealizzateconflip-flop


Tipologiedimemorie• Statiche

– Flip-Flop– Volatili,veloci,bassaintegrazione

• Dinamiche– Volatili,piùlente,altaintegrazione

• ROMePROM– Nonvolatili– ROMeEROM– Flash– Memorierealizzateconflip-flop2016-2017Sommario Achitetture Pagina 6

CPU– RISCeCISC• ArchitettureCISC

– Setdiistruzioniesteso– Microprogrammazione– Piùciclidiclockperistruzione

• ArchitettureRISC– Setdiistruzioniridotto– Interpretazionediretta– Unciclodiclockperistruzione– Moltiregistri


CPU– Pipeliningesuperscalarità

• Pipeline– Latenza– Banda– Previsionedeisalti

• Architetturesuperscalari– Unitàfunzionalimultiple– Esecuzioneout-of-order– ArchitetturaIntelCore– Esecuzioneparalleladimicroperazioni


CPU– CPUa16-32-64bit

• Dimensione– Ampiezzaregistri– ALU– Worddimemoria– Perchéaumentare?

• Evoluzionedell'architetturaIntel– Compatibilitàall'indietro– Limiti– IA-32,IA-64,AMD-64,Intel64


CPU– Istruzionieindirizzamento

• Formati– Lunghezzafissaovariabile– 3,2,1o0indirizzi– Espansionedeicodicioperativi

• Indirizzamento– Immediata,diretta,indiretta– Registro,indirettaaregistro– Registroindice– ………….


Cache– Tipologie

• Livelli– Cachedi1° 2° e3° livello– Cacheautocontenute

• Mappadiretta– Associazioneblocco-slot

• Associativaainsiemi– Collisioni– Elementimultipli– Cacheapiùvie


Cache– Struttura

• Strutturadell'indirizzo– TAG– N.dislot– Posizionenelblocco

• Strutturadellaslot– V– TAG– Blocco– Elementimultipli

• Dimensionenettadellacache– Relazioneconbloccoenumerodislot– Nelcasodicacheaunaopiùvie


Bus– Tipologie

• Seriali/Paralleli– Numerodilinee– BusSkew– Vantaggiesvantaggi

• Sincroni/Asincroni– Clock– Duratadelciclo– Vantaggiesvantaggi


Bus– Banda

• Definizione– Informazione/Tempo– b/s oB/s

• Calcolo– Dipendeda:

• Frequenza•Parallelismo

• Fattorelimitante:busskew


Bus– Standard• PCI

– Parallelosincrono– Interruzioni

• PCIe– Switch– Connessionipunto-puntibidir apiùlane

• USB– Serialesincrono,nointerruzioni– USB1,USB2,USB3:compatibilità


GestioneI/O

• Programmato– Busy waiting– OccupaCPU

• Interruzioni– LiberalaCPU

• DMA– Trasferimentiablocchi– Dispositivoancillare


Interruzionietrap• Differenze

– Origine– Sincrone/asincrone

• Mascheramento• Servizio

– SalvataggioPCePSW– Salvataggioregistri– Servizioerientro– Interruzioninidificate


Dischi• Capacità

– Aumentienorminegliultimi20anni– Tracce,cilindriesettori

• Tempodiaccesso– Miglioratodipoco– Seek:spostamentotestine– Latency:semirotazione

• Velocitàditrasferimento– Densitàdiregistrazione– Velocitàdirotazione


RAID

• Affidabilitàevelocità• RAID-0

– Velocitàmanonaffidabilità• RAID-1

– Dischiombra• RAID-4eRAID-5

– Unicodiscodiparità• Capacitàlordaecapacitànetta


Dischiottici• Principio

– Interferenzaobruciaturadeldye– Tracciaunicaaspirale

• Codifica– Altaridondanza(30%netto)

• CD,DVD,BluRay– Capacità– Frequenzaelunghezzad'ondadellaser– Capacità:600MB,5GB,20GB


Rilevazioneecorrezionedierrore

• Codificheridondanti– CodifichevalideedistanzadiHamming

• Rilevazionedin errori– h=n +1

• Correzionedin errori– h=2n+1

• Controllodiparità


Tastiereemouse

• Tastiere– Codiceindicatastopigiatoorilasciato– Lavorasuinterruzione– Mapping deitastiviasoftware

• Mouse– invia3byteperognicambiamentodistato– 2byte:spostamentoxey;1byteposizionepulsanti– Lavorasuinterruzione


Stampanti

• Ink-jet– Drivercostruisceimmagineraster (occupaCPU)– Stampantestupida– Alticostimarginali

• Laser– CPUinviadescrizione immagine– Immagineraster costruitadallastampante– MinoreoccupazioneCPU


CodificaASCII• Codificaa8bit• ASCIIstandard(USASCII)

– Primobitsemprea0:128codifiche– Mancanocaratteriaccentati

• ASCIIesteso:ISO-IEC8859– 128+128codifiche– MetàcoincideconUSASCII– 15diversicodicinazionaliperl'altrametà– ISO-IEC8859-1Latin-1WestEuropean


UNICODE

• Codificaapiùbyte– Dizionariounicoconmilionidicodepoints– Gestitodacomitatointernazionale– Diversischemidicodifica

• UTF8– Numerovariabiledibyte– CoincideconUSASCIIpercodificheaunsolobyte– Schemadicodificaprogressivo


Linguaggiabassolivello

• Linguaggimacchina– Legatiallapiattaforma– Scarsaespressivitàeproduttività– Controllocompletodell'efficienza

• Linguaggiassemblativi– Trascrizionideilinguaggimacchina– Mnemoniciedetichette,miglioreleggibilità– Corrispondenzaunoauno(salvopseudoistruzioni)


Linguaggiadaltolivello

• Espressivitàeleggibilità– Istruzionipiùpotenti,miglioreproduttività– Minorecontrollodell'efficienza

• Portabilità– Indipendentidallapiattaforma– Standardizzazione– Bastaricompilare– Abbattonoicostisulciclodivitadelsw


Traduzioneeinterpretazione

• Traduzione– Dalprogrammasorgentealprogrammaoggetto– Esecuzionimultipledelprogrammaoggetto– Compilatori eassemblatori

• Interpretazione– Interpreta leistruzioniunaaduna:decodificaesvolgeleazionicorrispondenti

– Nonesisteprogrammaoggetto– Moltopocoefficiente


Macrodefinizioni

• Macro– Sostituzionestaticainfasediassemblaggio– Anchemacroconparametri

• Procedure(funzioni)– Chiamata:saltoall'iniziodellafunzioneatempodiesecuzione

– Rientro:ritornoall'istruzionesuccessivaallachiamata

– Codicepiùmodulareecompatto


Assemblatori

• Problema– Riferimentiinavanti:nonsisaacosasaltare

• Assemblatoriaunapassata– Traduconotutto,salvoriferimentiinavanti– Completanoconpassatafinale

• Assemblatoriaduepassate1. Costruisconoletavoledeiriferimenti2. Tuttoènoto:generanoilcodice


Collegamentoecaricamento

• Compilazione– Traduzionediognimodulogeneramodulooggetto– Indirizzipartonosempreda0

• Collegamento– Posizionamentomoduliinindirizzisuccessivi– Aggiornamentodegliindirizzidisaltoedeiriferimentiamemoria

• Caricamento– Programmaeseguibilecaricatoinmemoria


Collegamentodinamico• Collegamentorun-time

– Partedeimodulinonvengonocollegati– Collegamentodinamicoall'attodellachiamata– Soloperlefunzionieffettivamentechiamate

• Condivisione– Libreriecondivisefrapiùprocessiinesecuzioni

• LibrerieDLL– SoluzionetipicadiWindows:evitadiricollegareglieseguibiliquandolelibrerievengonoaggiornate


Numerienumerali• Numero

– Entitàastratta:mododiesprimereunaquantità,laposizioneinunelencoordinato,ilrapportotraduegrandezze

• Numerale– Stringadicarattericherappresentaunnumeroinundeterminatosistemadinumerazione

– Perlostessonumerovariaconilsistemadinumerazione:157,CLVII,10011101

– Stessonumeralerappresentanumeridiversi2016-2017Sommario Achitetture Pagina 33

Sistemiposizionali

• Rappresentazioneposizionale– Fariferimentoaunabase:10,2,8,16– Sommadipotenzedellabasepesateconcoefficienti

• Effettuazionedelleoperazioniaritmetiche– Procedurecheoperanosunumeraliegeneranoilnumeralecherappresentailrisultato

– Es:addizionetranumeraliincolonnati,moltiplicazioneconscalatura deiprodottiparziali….


Rappresentazionefinite

• Numerodicifrefisso– Larappresentazionefissailnumerodicifre– Necessarioinognirealizzazionehardware– Siperdelachiusuradeglioperatori

• Overflow (trabocco)– Avvienequandoilrisultatononèrappresentabileconlostessonumerodicifredeglioperandi

– Necessariocontrollonell'esecuzionedelleoperazioniaritmetiche


Perchébase2?

• Semplicitàdimemorizzazione– Bastanodispositivibistabili(es.relé,flip-flop)

• Semplicitàdelleoperazioni– Tabellinepiùsemplici(4elementicontro10)

• Semplicitàdeicircuiti– Duesolilivelliditensione:altoebasso– Circuitiaritmeticimoltosemplici(v.tabelline)


Rappresentazionediintericonsegno• Moduloesegno

– Nonsiusa:nonèdeltuttoposizionale• Complementoa1

– Posizionale,masiusapoco– Cambiodisegno:complementoa1

• Complementoa2– Posizionale:unadelledueutilizzate– Cambiodisegno:complementoa1

• Eccesso2n-1– Posizionale:unadelledueutilizzate


Conversioni

• Decimale- Binarionaturale– Sommadipotenzedi2

• Decimale- CA1,CA2– Rappresentaremodulo(binarionaturale)– Cambiaresegno

• CA2- Eccesso– Cambiasoloilprimobit– PassaresempreperCA2


Notazionebase16

• Cifre– 1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

• ConversioneBinario– Base16– Conversioneagruppidi4cifrebinarie

• Notazionecompatta– Notazioneesadecimaledistringhebinarie– Codificaagruppidi4– Rappresentazionepiùsemplice(es.32bit=8cifreHex)– Conversioneimmediata


Addizioniemoltiplicazionibinarie

• Addizioniincomplemento– Nientesottrazione:sonotuttesommealgebriche– Sommaposizionaleconpropagazionedeiriporti– Possibilitàditrabocco

• Moltiplicazionibinarietrainteri– Comeindecimale:sommadiprodottiparzialiconscalatura

– Ciascunprodottoparzialeèugualea0oalmoltiplicando


Rappresentazionidinumerireali

• Virgolafissa– Numerofissodicifreintereefrazionarie– Miglioreprecisione(piùcifresignificative– Intervallilimitati

• Virgolamobile– Rappresentazione<mantissa,esponente>– Menocifresignificativemaintervallipiùampi– Tradeoff precisione – ampiezzaintervallo– Normalizzazioneedellemantisse:bk-1 £ m< bk


StandardIEEE754(1985)• Standarddiriferimento

– Universalmenteadottatodacomputerestrumenti• Sempliceedoppiaprecisione

– Semplice32bit,mantissadi23– Doppia64bit,mantissadi52

• Configurazionispeciali– Numeridenormalizzati (precisionevariabile)– Rappresentazionedello0– Overflow– NAN:Not ANumber


Addizioniemoltiplicazioniinvirgolamobile

• Addizione:scalatura degliaddendi– Devonoessereportatiallostessoesponente– Scalatura dellamantissadell'addendopiùpiccolo– Possibilescomparsadegliaddendipiccoli

• Moltiplicazione– Sommadegliesponenti– Prodottodellemantisseeeventualenormalizzazione

• Realizzazionicircuitali(ALUFP)– Relativamentesemplici:addizionatori,shifter,…..


Erroredirappresentazione• Perchél'erroredirappresentazione?

– Unrealerichiedeunnumeroillimitatodicifre– Larappresentazionehaunnumerolimitatodicifre

• Erroreassoluto– Differenzatranumeroesuarappresentazione– Dipendeanche dalladimensionedelnumero

• Errorerelativo– Erroreassoluto/numero– Errorerelativomassimocostantesututtol'intervallo– Con1£ m< 2ekcifrefrazionariedellamantissal'errorerelativomassimoèmaggioratoda2-k


Pergliesercizi1• Intervallirappresentati

– Intervallodell'esponente,mantissaminimaemassima– Intervalli positivienegativispeculari

• Numeralicherappresentanogliestremi– Valoriestremidell'esponente– Valoriestremidellapartefrazionariadellamantissa

• Intervallidioverflow eunderflow– Intervallodiunderflow checircondalo0– Dueintervalliinfinitidioverflow

• Ordinidigrandezzabinariedecimali– Laconversionesibasasu:210 » 103


Pergliesercizi2

• RappresentareuninteroinnotazioneFP– Individuareilsegno– Ricavareilmodulo– Normalizzare ilmodulotra1e2– Determinarel'esponente(numerodicifrescalate)– Troncareoestenderelamantissa

• ApprossimareunnumeroFPconunintero– Denormalizzare lamantissa– Ricavareilmodulodell'intero(superioreoinferiore)– Cambiaredisegno(senecessario)


Pergliesercizi3

• ConversionetrarappresentazioniFP– Simantieneilsegno– Partefrazionariadellamantissatroncataoestesa– Conversionedellarappresentazionedell'esponente:diversarappresentazionee/onumerodicifrefrazionarie

• Calcolodell'errorerelativoeassoluto– Errorerelativo(massimo):dipendeesclusivamentedalnumerokdicifrefrazionariedellamantissa:2-k

– Erroreassoluto:dipendeanchedall'ordinedigrandezzadelnumerochesiintenderappresentare


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