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Architettura di Von NeumannPrincipio di funzionamento

Informatica di Base1 Linea 1

Jianyi Lin

Dipp. di Matematica e Scienze dellInformazioneUniversita degli Studi di Milano, Italia

jianyi.lin@unimi.it

a.a. 2011/12

1c 2011 J.Lin, M. Monga. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License.

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/it/. Rielaborazione del materiale 2009/10 c S. Mascetti.

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jianyi.lin@unimi.ithttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/it/

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Lezione I: Introduzione

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Informazioni sul corso

Lezione frontale: marted 10:3012:30 @ Aula 301Laboratorio: mercoled pomeriggio @ Aula 307

Turno A1 (cognomi AB): 13.0014.30Turno B1 (cognomi CE): 14.3016.00

Esame:Scritto con domandeProva pratica per la parte di laboratorio (esercizi da risolvere alPC)Eventuale prova orale per casi limite

Libro: Fluency. Conoscere e usare linformatica, di L. Snyder, PearsonEducation.

Per approfondimento e diletto: 1) Informatica. Una panoramica generale,

di Brookshear, Pearson Education (9a ed.) 2) Godel, Escher, Bach.

Uneterna ghirlanda brillante. Una fuga metaforica su menti e macchine

nello spirito di Lewis Carroll, di Hofstadter, Adelphi

Pagina del corso: http://www.mat.unimi.it/users/lin

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http://www.mat.unimi.it/users/lin

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Ricevimento

Su appuntamento: jianyi.lin@unimi.it

Ufficio 303, Via Comelico 39(http://maps.google.com/maps?q=via+comelico+39+milan&ie=UTF8&hq=&hnear=Via+Comelico,+39,+20135+

Milano,+Lombardia,+Italia&ei=

Zx7RTLf7F87sOYe29MoM&ved=0CBUQ8gEwAA&z=16)

Scrivere da indirizzo universitario (mailstudenti.unimi.it)

Suggerimenti per scrivere una buona email(http://vigna.dsi.unimi.it/comescrivere.php)

Corso a.a. precedente:https://mameli.docenti.dico.unimi.it/biotecno

Segreteria Didattica corsi Biotec.:http://users.unimi.it/biotecnologie

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Informatica

ACM Association for Computing Machinery

The discipline of computing is the systematic study of algorithmicprocesses that describe and transform information: their theory,analysis, design, efficiency, implementation, and application. Thefundamental question underlying all computing is What can be(efficiently) automated?

Non e luso delle applicazioni (applimatica?)

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Scienza dei calcolatori?

Edsger Dijkstra

Linformatica non e la scienza deicalcolatori. Non piu di quantolastronomia sia la scienza deitelescopi o la chirurgia la scienzadei bisturi.

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Perche serve in un corso di biotecnologie

capire cosa ce dietro alle applicazioni informatiche per nonfarsene dominare

comprendere limportanza dellinformatica nel campo dellericerche biotecnologiche

utilizzare un approccio informatico nella risoluzione diproblemi in tutti i campi

Es.: Chimica hardware; DNA software

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Esempio di problem solving informatico

Il signor Sbevazzo ha a disposizione due recipienti vuoti (unadamigiana e un bottiglione), in grado di contenere rispettivamente9 litri e 4 litri. Vuole riempire la damigiana con esattamente 6 litridi acqua, ma le uniche operazioni che sa fare sono le seguenti:

RIEMPI D riempire la damigiana,

SVUOTA B svuotare il bottiglione,

VERSA versare il contenuto della damigiana nel bottiglione,fino a riempire il bottiglione o a svuotare ladamigiana nel bottiglione.

Qual e la piu breve sequenza di queste operazioni che gli permettedi raggiungere il suo obiettivo?

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Computer

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Computer

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Un modello: la macchina di Von Neumann

Questi sistemi molto diversi fra loro possono essere modellati conuno schema molto semplice la macchina di Von Neumann

un processore (CPU), in gradodi operare elaborazioni diinformazioni (segnali elettrici)

una memoria, in gradoconservare informazioni

dispositivi periferici pertrasdurre e attuare segnalielettrici verso il mondo esterno

collegamenti diretti fra CPU ememoria e fra CPU e dispositivi(e in alcuni casi anche framemoria e dispositivi) (bus)

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CPU

E in grado di eseguire istruzioni,in genere piuttosto semplici:

p.es: attiva il segnaleelettrico che simboleggiauno 0 in un certocomponente elettronico

piu comodo (ecomprensibile) parlaremetaforicamente: mette uno0 in un registro

somma il contenuto di dueregistri e mette il risultatonel terzo

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Memoria

Memorizza segnali elettrici in componentielettronici.

E direttamente accessibile dal processore:ossia esistono istruzioni che possonoriferirsi direttamente ai componenti dellamemoria (p.es. somma il contenuto di unacella di memoria con quello di un registro)

memoria centrale o primaria (RAM)

Il segnale viene conservato solo fintantoche ce corrente elettrica

memoria volatile (cioe non permanente)

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Periferiche

Sono i dispositivi che permettono di interagire con il calcolatore

input forniscono dati da elaborare (trasdurre)tastieramouse. . .

output forniscono dati da interpretare nel mondo esterno(attuare)

videospeaker. . .

input/output entrambe le cosetouchscreenmemorie di massa (permanenti!)schede di rete. . .

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Bus

Il bus sono collegamenti elettricifra i componenti funzionali: sonoospitati sulla scheda madre

Occorre stabilire le modalitacon le quali si trasmettecorrente elettrica sui fili

p.es. PCI, SCSI, USB,Firewire, . . .

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I circuiti elettronici del processore

Circuiti elettronici bistabili: due stati possibili, checonvenzionalmente indichiamo con i simboli 0 e 1

Non e una limitazione: qualsiasi informazione puo essererappresentata con una sequenza abbastanza lunga di simbolibinari (rappresentazione digitale binaria)

E molto facile definire le tabelle delle operazioni

0 1

0 0 11 1 0

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Circuiti elettronici bistabili: due stati possibili, checonvenzionalmente indichiamo con i simboli 0 e 1

Non e una limitazione: qualsiasi informazione puo essererappresentata con una sequenza abbastanza lunga di simbolibinari (rappresentazione digitale binaria)

E molto facile definire le tabelle delle operazioni

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Ciclo di esecuzione

Le macchine del tipo Von Neumann funzionano semplicementeripetendo ciclicamente queste tre operazioni

1. Fetch preleva una parola dalla memoria

2. Decode ogni sequenza di bit (parola) rappresentaunoperazione (e probabilmente i suoi operandi),quindi il processore decide quale istruzione deveessere attivata

3. Execute attiva listruzione, ottenendo i segnali elettricirisultanti

Queste operazioni vengono eseguite miliardi di volte al secondo(1GHz = 109 cicli al secondo).Linsieme delle parole di memoria che vengono prelevate dalprocessore, costituiscono la parte variabile che determina ilfunzionamento di alto livello del sistema (software)

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