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2.3 Informatica1    Uni Fe  L.P 2.3 Informatica1 Uni Fe L.P Document Transcript

  • Informatica 1 Hardware e Software ing. Luigi Puzone Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 1 Architettura di un elaboratore… Architettura organizzazione logica dei componenti interni della macchina modo in cui questi componenti cooperano per eseguire operazioni più o meno complesse. Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 2 1
  • …Architettura di un elaboratore… L’architettura di una macchina potrà essere dedotta dalla conoscenza della struttura interna e dal modo in cui è possibile far cooperare le unità fisiche tramite alcune istruzioni, che definiscono il linguaggio macchina Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 3 …Architettura di un elaboratore • I computer moderni, dai palmari ai mainframe hanno tutti un’architettura interna che deriva da una macchina ideale chiamata macchina di Von Neumann Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 4 2
  • Macchina di von Neumann Input Memoria Output CPU Schema di principio della macchina di Von Neumann Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 5 Macchina di von Neumann Input Output BUS Memoria CPU Schema di principio della macchina di Von Neumann: Bus di comunicazione Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 6 3
  • Macchina di von Neumann • Il BUS è il canale di comunicazione che connette la CPU A TUTTI GLI ELEMENTI • Il blocco denominato Input serve ad immettere i dati iniziali ed il programma in Memoria, • la CPU (sigla inglese dalle iniziali di Central Processing Unit) è il blocco funzionale in cui vengono eseguite le elaborazioni, • la Memoria è un dispositivo in grado di memorizzare i dati in ingresso/uscita • Il blocco Output è il dispositivo mediante il quale sono resi disponibili i dati in uscita, per esempio su schermo video. Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 7 Macchina di von Neumann La memoria è quel componente del calcolatore in grado di svolgere la funzione di memorizzare. Dovranno poter essere memorizzati: •i programmi da eseguire •i dati sui quali il calcolatore deve operare •i risultati intermedi delle elaborazioni •i risultati finali delle elaborazioni Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 8 4
  • Macchina di von Neumann Input Output BUS CPU Memoria ALU CU Schema di principio della macchina di Von Neumann: Bus di comunicazione Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 9 Macchina di von Neumann • ll processore (CPU Central Processing Unit) esegue i singoli passi di un programma e comunica attraverso le linee di comunicazione (il BUS) con la memoria e con le di ingresso/uscita. • Le componenti fondamentali della cpu sono: – unità di controllo; – unità aritmetico-logica. Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 10 5
  • Macchina di von Neumann • L’unità di controllo: – organizza e gestisce l’elaborazione dei dati; – controlla il funzionamento delle altre componenti del computer; • l’unità aritmetico-logica: – esegue i calcoli aritmetici e le operazioni logiche. Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 11 Macchina di von Neumann • Le unità di ingresso/uscita (spesso indicate come unità di input/output, spesso abbreviato in unità di I/O) hanno il ruolo di introdurre i dati nell’elaboratore e di emetterli all’esterno. • Sono unità di questo tipo la tastiera, la stampante, il video e tutte quelle unità accessorie che hanno il ruolo di comunicazione tra la macchina e l’uomo che la utilizza. Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 12 6
  • Macchina di von Neumann • Tra le unità di input, la tastiera consente di immettere dati e programmi nell’elaboratore, oppure di formulare richieste o impartire istruzioni alla macchina. Dati e programmi possono essere inseriti nell’elaboratore anche tramite altre unità di input quali dischi magnetici, lettori ottici, ecc. • Le unità di output riportano i risultati delle elaborazioni nella forma desiderata dall’utente stampata, video, magnetica, ecc.); le più comuni sono il video, la stampante e le unità a dischi. Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 13 Macchina di von Neumann Ricapitolando: • La Macchina di von Neumann è uno schema ideato dal matematico John von Neumann. Lo schema si basa su quattro componenti fondamentali: • CPU o unità di lavoro che si divide a sua volta in – Unità di calcolo o ALU – Unità di controllo • Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale (RAM, Random Access Memory) • Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati • Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 14 7
  • Macchina di von Neumann • In questa schematizzazione sintetica quando si parla di unità di memoria si intende la memoria principale, • le memorie di massa sono considerate dispositivi di I/O. • Il motivo di ciò è innanzitutto storico, in quanto negli anni Quaranta non esistevano ancora hard disk, CD-ROM e i nastri magnetici, • I dati da elaborare sono comunque caricati in RAM, (anche se provengono da tastiera o da hard-disk). Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 15 Leggi di Moore e di Joy… •Legge di Moore: Il numero di transistor che riusciamo a integrare su un circuito cresce in modo tale da raddoppiare ogni 18 mesi Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 16 8
  • …Leggi di Moore e di Joy • In generale la crescita del jnumerio di transistor integrabili questo comporta un incremento della velocità ed efficienza dei processori e delle macchine. • legge di Joy: numero di istruzioni eseguibili su un elaboratore cresce secondo la seguente formula: MIPS=2(anno-1984) Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.3 Architettura elaboratori 17 9