ARCHITETTURA DEL
CALCOLATORE
L’architettura
del calcolatore, cioè le unità
funzionali o i sottosistemi che lo compongono, è
rimasta sostanzialmente invariata a partire dagli
anni ’40.
 L’architettura dei calcolatori attuali si basa su un
unico modello teorico chiamato architettura di von
Neumann, dal nome del matematico John von
Neumann che per primo la propose nel 1946
Architettura del calcolatore
A blocchi funzionali:
BUS
DATI/PROGRAMMI
MEMORIA
UNITA’
INPUT
PROCESSORE
(CPU)
RISULTATI
UNITA’
OUTPUT
Memoria di
massa
ARCHITETTURA VON NEUMANN

L ‘architettura di von Neumann è un modello per la
progettazione e la realizzazione di calcolatori basato su 3
caratteristiche:
1)
Un calcolatore realizzato a partire da 4 sottosistemi
principali chiamati: CPU, memoria CENTRALE,
ingresso/uscita, memorie di massa. Ogni sistema (blocco)
ha una sua funzione
Computer “ a programma memorizzato” : in grado di
eseguire un programma precedentemente caricato in
memoria centrale (un insieme di istruzioni “precaricate in
memoria”)
L’esecuzione sequenziale delle istruzioni. Una sola
istruzione per volta viene presa dalla memoria per passare
alla CPU dove viene decodificata ed eseguita.
2)
3)
All’architettura FUNZIONALE corrisponde
una architettura FISICA
MEMORIE DI MASSA
UNITA’ DI OUTPUT
UNITA’ DI ELABORAZIONE
(C.P.U.)
MEMORIA CENTR.
UNITA’ DI INPUT
1. “IL CERVELLO”PROCESSORE
= C.P.U (Central Processing Unit)
UNITA’ CENTRALE DI ELABORAZIONE
in senso stretto: il “motore” che preleva dalla memoria,
interpreta (decodifica) ed esegue le istruzioni del
programma e governa il funzionamento delle diverse
parti che compongono il computer
Fisicamente un circuito integrato ad altissima integrazione
(100 milioni di transistor da 90-65 nm) :
MICROPROCESSORE
PROCESSORE
E’ l’unico dispositivo in grado di
distinguere tra istruzioni (i comandi)
e dati (il materiale sul quale eseguire
i comandi)
 Deve saper riconoscere le istruzioni
e i comandi a basso livello forniti dal
programma
 Coordina le operazioni degli altri
componenti del sistema

2. “IL BANCO DI LAVORO” la MEMORIA CENTRALE
 RAM Random Access Memory

L’unita’ che funge da “DEPOSITO” dei DATI e
delle ISTRUZIONI necessari per la esecuzione di
un programma. La CPU vi ha accesso diretto.
E’ UN PASSAGGIO “OBBLIGATO” prima di
poter essere elaborata l’informazione deve
essere acquisita dalla memoria centrale (per
motivi tecnologici)

Memoria di lettura/scrittura

Caratteristiche: veloce (ns), costosa, volatile,
non estremamente capace (media 1 GB ), non
trasportabile

3. MEMORIE



DI MASSA
Caratteristiche: permanente, economica, con
grande capacità di memorizzazione (fino a 500
GB), lenta (millisecondi), trasportabile
Hard e floppy disk, CD, DVD, floptical, penne, ecc..
Dispositivi, fissi o removibili, esterni o interni, che
memorizzano grosse quantita’ di dati o di
istruzioni in modo PERMANENTE, organizzati in
FILE
4.INGRESSO/USCITA
 UNITA’
di INPUT - OUTPUT
(periferiche): tastiera, video, stampanti,
scanner, modem, microfoni, casse audio,
ecc...)

DISPOSITIVI CHE CONSENTONO
L’IMMISSIONE dei DATI e dei
PROGRAMMI E L’USCITA DEI
RISULTATI
UN TIPO di COMPUTER (il Personal
Computer) visto dall’ESTERNO
2 parti:
 “CHASSIS” (Cabinet - case) = UNITA’
CENTRALE DI ELABORAZIONE in senso
LATO
contiene la maggior parte degli elementi
che compongono il PC
PERIFERICHE o
dispositivi I/O
PC all’interno: “PARTE NON VISIBILE”
CPU
RAM/ ROM
HARD DISK
BUS
HW: CLASSI di COMPUTER




Fasce di crescente complessita’,prezzo e
prestazioni (1 classe ogni decennio)
CLASSIFICAZIONE ORIENTATIVA mantenuta
nel linguaggio comune
In modo sfumato: utilizzando i parametri MIPS,
N.ro teminali collegati, Prezzo, Sistema operativo
(standard o aperto, speciale o proprietario)
STANDARD: “APPLICAZIONE DI UN METODO O
DI UN FORMATO ACCETTATO E RICONOSCIUTO,
SE NON DA TUTTI, AMPIAMENTE “ (es: formato
postale, codice a barre, lattine birre)
Classi di computer
MIPS
Mainframe >100
(anni ‘60)
Minicomputer
(anni ’70)
10 100
Microcomputer 1 –
(PC) (anni ’80) 10
N.ro
utenti
Costo
(€)
Sistema
operativo
Centinaia Milioni
Speciale
Decine
di
migliaia
Speciale
e
standard
Decine
Uno
Migliaia Standard
I tipi di P.C. (microcomputer):
DESKTOP (entry
level)
MINITOWER
TOWER (server)
Formato digitale (binario) dell’informazione
Nel calcolatore tutta l’informazione e’ codificata
in binario (sequenza di 0,1)
Perche’ il calcolatore e’ formato da componenti
BISTABILI:
- elettronici (alta/bassa tensione elettr.)
- magnetici (differente stato di
polarizzazione magnetica)
- ottici (alternanza luce/buio)
2 STATI “FISICI” (possibili, nitidi e sicuri) che
vengono RAPPRESENTATI (denotati) con 0 e 1
che sono anche le cifre del sistema binario
(BIT – BINARY DIGIT)
UNITA’ DI MISURA
BIT (BINARY DIGIT: 0 1 ): l’unita’ minima che
puo’ essere rappresentata. 2 motivazioni:
1) Il calcolatore e’ formato da componenti bistabili
che fisicamente possono assumere solo 2 stati,
logicamente rappresentabili solo con 2
simboli.
2) La semplicità dei calcoli in binario
 BYTE = sequenza di 8 BIT (00110111) e’ l’unita’
minima con cui opera
= 1 carattere
 le possibili combinazioni sono 2^8 =256
 256 simboli rappresentabili: lettere alfabeto,
cifre numeriche, punteggiatura, caratteri di
controllo

UNITA’ DI MISURA: i multipli del byte
*fattore moltiplicativo “1.024” * misura la capacità delle memorie e le
dimensioni file

KBYTE (kilobyte - Kbyte - KB)
= 2^10 byte
= 1.024 byte = mille caratteri
 MegaBYTE (detto anche Mega, Mbyte, MB,
Mb, M)
= 2^ 20 byte
= 1024 Kbyte
= 1.048.576 byte
= un milione di caratteri
Esempio: 1 pagina di testo 2.000 - 10.000 caratteri
(10 MB???): 5.000 – 1.000 pagg. (10 libri da 500 pag.)
UNITA’ DI MISURA: multipli del byte
GIGABYTE (detto anche Giga, Gbyte, GB,
Gb, G)
= 2^30 byte
= 1024 Megabyte
= 1.073.741.824 byte
= un miliardo di caratteri
 TERABYTE (detto anche Tera, Tbyte, TB,
Tb, T)
= 2^40 byte
= 1024 Gigabyte
= 1.099.511.628.000 byte
= mille miliardi di caratteri

UNITA’ DI MISURA: velocità e prestazioni
 MIPS - Milioni di Istruzioni Per Secondo: una
misura della velocita’ della CPU (unita’ di
elaborazione) di un computer
 ms- Millesecondi
misura una frazione del secondo corrispondente
a 10 elevato a -3
 ms
- Microsecondi
misura una frazione del secondo corrispondente
a 10 elevato a -6
 ns- Nanosecondi
misura una frazione del secondo corrispondente
a 10 elevato a -9
UNITA’ DI MISURA



Hertz e’ una unita’ di misura che corrisponde ad
una oscillazione o ciclo per secondo. Un hertz
e’ dato ad esempio da un pendolo che in un
secondo oscilla da destra a sinistra e da
sinistra a destra
Nel computer si usano i Mhz e i GHz, milioni
o miliardi di Hertz al secondo, che indicano la
velocita’ del clock del processore e del bus
In GHz (1,6 1,8 2,0 3,0 …) e’ misurata la velocita’
con cui l’orologio interno scandisce la frequenza
delle operazioni elementari svolte dall’unita’
dedicata alle elaborazioni. La frequenza del clock
costituisce uno dei parametri in base ai quali
valutare la potenza di un computer.
IL SOFTWARE
=
I programmi
 Diversi tipi di software:
 SOFTWARE DI SISTEMA : l’insieme dei
programmi dedicati al funzionamento e
alla gestione dell’elaboratore
 SOFTWARE APPLICATIVO: l’insieme dei
programmi dedicati al supporto di
specifiche esigenze dell’utente
CLASSIFICAZIONE SOFTWARE
 SOFTWARE
di BASE (o di SISTEMA):
 SISTEMA OPERATIVO
 AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE (tool di
sviluppo)
 SOFTWARE APPLICATIVO:
 STRUMENTI PRODUTTIVITA’ INDIV.
 SISTEMI GRAFICI E CAD
 APPLICAZIONI GESTIONALI, NUMERICHE,
CONTROLLO PROCESSO,ECC
SOFTWARE DI BASE
SISTEMA OPERATIVO: l’insieme dei
programmi che consentono al computer e alle
sue applicazioni di funzionare. Programmi
dedicati a rendere più semplice l’utilizzo del
computer per l’utente, a sgravare il
programmatore dalla gestione delle
componenti fisiche ed ad ottimizzare le risorse
hardware
 AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE:
EDITOR, COMPILATORI, INTERPRETI,
LINKER, DEBUGGER- strumenti di supporto
nella messa a punto ed esecuzione dei
programmi (tools di sviluppo)

Relazione fra utente/S.O/macchina
SW APPLICATIVO
S.OPERATIVO
(macchina VIRTUALE)
(macchina FISICA)
Perché il sistema operativo ?






L’HARDWARE, DA SOLO, troppo DIFFICILE DA USARE:
NON è POSSIBILE INTERAGIRE IN MODO SEMPLICE
CON LA MACCHINA CON ORDINI AD ALTO LIVELLO,
DEL TIPO “ESEGUI IL PROGRAMMA ALFA” oppure
“STAMPA il file x” (linguaggio macchina)
I PROGRAMMI SAREBBERO STRETTAMENTE LEGATI
ALLA CONFIGURAZIONE FISICA DELLA MACCHINA
CHI PROGRAMMA DOVREBBE CONOSCERE MOLTO
BENE IL FUNZIONAMENTO DI TUTTI I DISPOSITIVI
PERIFERICI
OGNI CAMBIAMENTO DELL’HARDWARE (IN TERMINI
DI MEMORIA, HARD DISK, DISPOSITIVO DI I/O,...)
COMPORTEREBBE UNA REVISIONE DEI PROGRAMMI
Portabilità dei programmi: I PROGRAMMI
POTREBBERO ESSERE PORTATI SU UNA ALTRA
MACCHINA A CONDIZIONE CHE FOSSE IDENTICA
MACCHINE COSTOSISSIME POTREBBERO ESSERE
USATE DA UN SOLO UTENTE ALLA VOLTA
SISTEMA OPERATIVO





A partire dagli anni ’60
Insieme di programmi (strato software a supporto
sia dell’utente che del programmatore) abilitati a:
gestione RISORSE HARDWARE, tramite il governo
e il controllo delle risorse principali del sistema
informatico, il controllo e la supervisione di tutte
le periferiche, la ottimizzazione delle stesse
risorse: CPU,RAM, DISCO, I/O
gestione RISORSE SOFTWARE, tramite il
controllo ed il governo degli altri programmi
applicativi (modulo INTERPRETE)
interfaccia uomo/macchina (tramite tra utente e
macchina, direttamente o indirettamente)
5
STRATI del S.O
(struttura a cipolla)
INTERPRETE
FILE SYSTEM
GESTIONE DELLE PERIFERICHE
GESTIONE DELLA MEMORIA
NUCLEO
INTERPRETE

INTERPRETE: rappresenta lo strato superiore
del S.O.(quello che vede l’utente)

il modulo che consente di interagire con il sistema: è



responsabile di ricevere e interpretare i comandi
dell’utente
E’ il modulo che consente di richiamare le
funzioni del S.O. e quello che manda in
esecuzione i programmi applicativi
Per eseguire un programma l’interprete accede
al programma su disco tramite il file system,
alloca e carica in memoria chiamando il gestore
della memoria, attiva un processo tramite il
nucleo
Si occupa anche dell’inizializzazione del sistema
INTERPRETE o INTERFACCIA
del S.O.
Diverse modalita’ di presentazione o di
INTERAZIONE: a carattere, menù drive,
grafica
 A CARATTERE (testuale - command line):
DOS, UNIX – input con TASTIERA
 GRAFICA (Windows il più diffuso)

MAC OS – Macintosh – macchine Apple)
INTERPRETE GRAFICO (GUI)
 DESKTOP+ICONE+FINESTRE+MOUSE
=INTERFACCIA GRAFICA
