Informatica

Lezione 4

Scienze e tecniche psicologiche dello sviluppo e dell'educazioneAnno accademico: 2005-2006

Architettura dei computer

In un computer possiamo distinguere quattro unità funzionali: il processore la memoria principale la memoria secondaria i dispositivi di input (inserimento)/output

(restituzione di risultati)

Il processore e la memoria principale costituiscono l’unità centrale del computer

Architettura dei computer

Unità centraleProcessore

Stampante

Periferiche di input/outputMemoria secondaria

Memoria principale

Tasteria e monitor

Periferichedel calcolatore

Architettura dei computer

Un computer deve: elaborare l’informazione memorizzare l’informazione fare l’input/output dell’informazione

Per ogni funzione di base si possono prendere in considerazione i componenti in grado di svolgerla

Architettura dei computer

Un computer deve: elaborare l’informazione

usando il processore (Central Processing Unit - CPU)

memorizzare l’informazione usando la memoria principale (RAM) usando la memoria secondaria

fare l’input/output dell’informazione usando i dispositivi di input/output

I programmi e i dati

Programmi: Questa lezione: i programmi dal punto di

visto dell’hardware I programmi: sequenze di istruzioni per

l’elaborazione delle informazione Definiscono quale debba essere il comportamento

del processore

Dati: Distinzione tra dato e informazione:

Dato: sequenza di bit, può essere interpretato in più modi diversi

Informazione: dato + significato del dato

I programmi e i datiI programmi e i dati risiedono nella memoria secondaria

Processore

Stampante Memoria secondaria

Memoria principale

I programmi e i datiI programmi e i dati risiedono nella memoria secondariaPer essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale

Processore

Stampante Memoria secondaria

Memoria principale

I programmi e i datiI programmi e i dati risiedono nella memoria secondariaPer essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principaleIl processore è in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi

Processore

Stampante Memoria secondaria

Memoria principale

Istruzioni macchina

I programmi: sequenze di istruzioni elementari (somma due numeri, confronta due numeri, leggi/scrivi dalla memoria, ecc.)

Per ogni tipo di processore è definito un insieme di istruzioni, chiamate istruzioni macchina

Ognuna delle quali corrisponde ad un’operazione elementare

Le operazione più complesse possono essere realizzate mediante sequenze di operazioni elementari

Istruzioni macchina

Le istruzioni possono avere formati diversi - per esempio:

Codice istruzione Argomento 1Argomento 2

Codice istruzione Argomento 1

cosa fare su cosa operareoppure

Istruzioni macchina

Per esempio:

LOAD 3568 R2 Operazione di lettura dalla memoria: richiede

la lettura del valore contenuto nella cella con indirizzo 3568 e il suo caricamento nel registro R2

(Perché usiamo un indirizzo? Che cosa un registro? Vedremo…)

Codice istruzione Argomento 1Argomento 2

Istruzioni macchina

Per esempio:

ADD R1 R2 Operazione aritmetica di somma: prevede la

somma del contenuto dei registri R1 e R2 e il caricamento del risultato nel registro R1

(Perché R1 non R2? Non c’è una ragione: la decisione è arbitraria)

Codice istruzione Argomento 1Argomento 2

Istruzioni macchina

Per esempio:

01000110 1111000 01010111 00001111

11110101 01110110 11001001

cosa fare su cosa operare

Linguaggio macchina

Il linguaggio in cui si scrivono queste istruzioni prende il nome di linguaggio macchina Una sequenza di tali istruzioni prende

il nome di programma in linguaggio macchina

Il ruolo del processore: Eseguire programmi in linguaggio

macchina

I programmi e i processori

Ogni tipo di processore è in grado di eseguire un numero limitato di istruzioni

Combinando in modo diverso sequenze anche molto lunghe di istruzioni si possono far svolgere al computer molti compiti diversi

I programmi e i processori

Famiglie di processori: Intel, Motorola, SunProcessori della stessa famiglia possono eseguire gli stessi programmi scritti in linguaggio macchina (ma non sempre)Processi di famiglie diverse non possono eseguire gli stessi programmi scritti in linguaggio macchina Le istruzioni che “capiscono” sono diverse

Attenzione! Stiamo considerando il livello delle istruzioni macchina

Componenti del processore (CPU)

La CPU non è un unico componente ma è costituita da componenti diversi che svolgono compiti diversi

Unità dicontrollo

Unità aritmeticologica

Program CounterREGISTRI

Registro di Stato

Bus Interno

Registro Istruzioni

Registri Generali 8 o 16…

Registro Indirizzi Memoria

Registro Dati Memoria

Registro di Controllo

Componenti del processore (CPU)

La CPU è costituita da componenti diversi che svolgono compiti diversi

Unità dicontrollo

Unità aritmeticologica

Program CounterREGISTRI

Registro di Stato

Bus Interno

Registro Istruzioni

Registri Generali 8 o 16…

Registro Indirizzi Memoria

Registro Dati Memoria

Registro di Controllo

Bus

Permette la comunicazione tra i vari componenti dell’elaboratore

CPU RAM Interfaccia

datiindirizzi

controllo

Componenti del processore (CPU)

Unità dicontrollo

Unità aritmeticologica

Program CounterREGISTRI

Registro di Stato

Bus Interno

Registro Istruzioni

Registri Generali 8 o 16…

Registro Indirizzi Memoria

Registro Dati Memoria

Registro di Controllo

Registri

I registri sono delle unità di memoria estremamente velociSono usate per mantenere le informazioni di necessità immediata per il processoreLe dimensioni dei registri variano da 16, 32, 64 bit Sono una parte fondamentale del

processore

Registri

Per esempio: Program Counter L’indirizzo della “prossima” istruzione

da eseguire è memorizzato nel registro Program Counter

Per esempio: i Registri Generali I registri che possono essere utilizzati

come memorie temporanee per svolgere le operazioni matematiche