Reti Logiche e Architettura
dei Calcolatori
Luciano Gualà
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http://www.mat.uniroma2.it/~guala/
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Corso annuale (12 crediti):
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Durata: da ottobre 2009 a giugno 2010
2 moduli:
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Reti Logiche (6 crediti)
Architettura dei calcolatori (6 crediti)
Calcolatore, programma, linguaggio
macchina
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Cosa è un calcolatore?
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Cosa è un programma?
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una macchina che può risolvere problemi
eseguendo le istruzioni che le vengono assegnate
sequenza di istruzioni che descrive come portare
a termine un dato compito
Cosa è il linguaggio macchina?
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insieme di istruzioni che i circuiti elettronici di un
calcolatore può riconoscere e eseguire
direttamente

Vi siete mai chiesti cosa effettivamente sa fare un
calcolatore?
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Raramente le istruzioni elementari sono più
complesse delle seguenti:
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sommare due numeri
controllare se un numero vale zero
copiare una porzione di dati da una parte all’altra della
memoria
I linguaggi macchina, poiché troppo elementari, sono
difficili e tediosi da utilizzare
approccio strutturale
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problema
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differenza fra ciò che è adatto agli utenti e ciò che lo è per i
computer
gli utenti vogliono fare X, ma i calcolatori sanno fare solo Y
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Idea: definire nuove istruzioni (linguaggio L1) più facili da
utilizzare e poi ricondurle a quelle elementari (linguaggio L0)
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Due soluzioni:
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Traduzione: trasformare un programma scritto in L1 in uno scritto in
L0. La trasformazione la esegue un programma in L0.
Interpretazione: scrivere un programma in L0 che sa eseguire ogni
istruzione di L1
Un altro modo di vederla:
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definire una macchina virtuale il cui linguaggio elementare è L1
approccio strutturale: linguaggi, livelli e
macchine virtuali
Livello n
calcolatore reale Mn,
con linguaggio macchina Ln
.
.
.
Livello 2
Livello 1
Livello 0
calcolatore virtuale M2,
con linguaggio macchina L2
calcolatore vituale M1,
con linguaggio macchina L1
calcolatore reale M0,
con linguaggio macchina L0
I programmi in Ln sono interpretati
da un interprete eseguito da una
macchina inferiore oppure tradotti
nel linguaggio macchina di una
macchina inferiore
I programmi in L2 sono interpretati
da un interprete eseguito da M0 o M1
oppure tradotti in L0 o L1
I programmi in L1 sono interpretati
da un interprete eseguito da M0
oppure tradotti in L0
I programmi in L0 possono
essere eseguiti direttamente
dai circuiti digitale
…un tipico esempio…
Livello 4
Livello del linguaggio
orientato al problema
Traduzione (compilatore)
Livello 3
Livello del linguaggio
assemblativo
Traduzione (assemblatore)
Livello 2
Livello di architettura
dell’insieme di istruzioni
Interpretazione (microprogramma) o esecuzione diretta
Livello 1
Livello di microarchitettura
Hardware
Livello 0
Livello logico digitale
perché studiare i “livelli bassi”
Le persone che scoprono la potenza
e la bellezza di idee di alto livello di
astrazione spesso commettono
l'errore di credere che le idee
concrete a livelli inferiori di
astrazione sono tutto sommato
inutili e possono essere
dimenticate. Al contrario, i migliori
informatici sono sempre saldamente
radicati nei concetti basilari che
governano il funzionamento dei
calcolatori, ed in verità l'essenza
dell'informatica è l'abilità di
comprendere e governare molti
livelli di astrazione
contemporaneamente.
Donald E. Knuth
Reti Logiche
(Modulo I)
Cos’è una rete logica?
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Oggetto che modella un componente
hardware digitale
l’aggettivo digitale viene dall’inglese digit
(cifra), che viene dal latino digitus (dito)
Sistemi hadware digitali: tipologia di sistemi
di elaborazione (sistemi dedicati o annegati)
che svolgono specifici compiti in altri sistemi

digitale: ingressi e uscite assumono valori finiti e
discreti (binari o booleani o logici: 0 o 1)
Descrizione dei sistemi
hardware digitali: tre livelli
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Comportamentale
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Logico

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descrizione astratta di ingressi, uscite, relazioni fra essi
funzionalità del sistema
interconnessione (la rete) degli elementi logici di base (porte
logiche)
porte logiche: componenti elementari
Circuitale


dispositivi elettronici (formati da transistor) che implementano i
componenti logici
per studiare il funzionamento di un transistor bisogna entrare
nel campo della fisica dello stato solido
…un esempio di rete logica…
X0
X1
X2
X3
WE
SE
D
Din
D
Q
Ck
D
Q
D
Q
Ck
Ck
Q
Ck
(SE.Ck)+
(WE.Ck)
RE
Y0
Y1
Y2
Y3
Cosa si studia
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Prima parte: Reti logiche
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reti combinatorie
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reti sequenziali
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uscite sono funzione dei soli ingressi
Strumento: algebra booleana
concetto di stato
uscite sono funzione di ingressi e stato
Strumento: automi a stati finiti
Seconda parte: (qualcosa) sul calcolatore
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Aritmetica del calcolatore
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rappresentazione dell’informazione
algoritmi per le operazioni di base
Memoria interna
Motivazioni
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Sistemi hardware digitali sono ovunque
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dispositivi mobili (palmari, cellulari)
macchine fotografiche digitali
elettronica per applicazioni automobilistiche
apparecchiature biomedicali
processori
Indispensabile per comprendere il funzionamento
di un calcolatore
Concetti appresi nel corso


costituiscono un patrimonio culturale importante
trovano applicazione in altri corsi
…una motivazione meno ortodossa…
…progettare reti
logiche è divertente!
Informazioni utili
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Orario lezioni
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Martedì: 9,15 – 11,00
Venerdì: 9,15 – 12,00
Orario ricevimento
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Giovedì: 14,30 – 16,00
Ufficio: dip. di matematica, piano 0,
corridoio B0, stanza 206
Informazioni utili
Libri di testo
M. Morris Mano, Charles R. Kime
Reti Logiche (quarta edizione)
Prentice Hall
William Stallings
Architettura e organizzazione dei Calcolatori
Addison Wesley
Slide e materiale didattico (in inglese)
http://www.mat.uniroma2.it/~guala/
…altri testi utili…
C. Bolchini, C. Brandolese, F. Salice, D. Sciuto
Reti Logiche
Apogeo
F. Fumi, M. Sami, C. Silvano
Progettazione Digitale
McGraw-Hill
Franco P. Preparata
Introduzione alla oraganizzazione e
progettazione di un elaboratore eletronico
FrancoAngeli
…esame…
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4 appelli (Reti Logiche e Architettura dei
Calcolatori)
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prove parziali
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2 giugno-luglio 2010
1 settembre 2010
1 gennaio-febbraio 2011
1 esonero gennaio-febbraio 2010
modalità d’esame
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prova scritta
in alcuni casi prova orale