La macchina di von Neumann
Nella seconda metà degli
anni ’40, un grande
matematico, John von
Neumann realizzò il primo
calcolatore digitale
programmabile. Egli lo
costruì su un modello
architetturale che ancora
oggi rimane nella
costruzione dei moderni
elaboratori.
Il modello architetturale
Per modello architetturale, si intende la descrizione delle
parti del sistema e la loro locazione, la definizione dei
compiti delle parti e la descrizione delle relazioni tra di
esse.
Il modello architetturale si divide in tre principali blocchi: il
primo è definito dalle periferiche di input, il secondo si
divide in due altri blocchi (la memoria centrale e la CPU,
costituita a sua volta dalla ALU e dalla CU), mentre il
terzo è definito dalle periferiche di output.
ALU
PERIFERICHE
DI INPUT
CU
CPU
MEMORIA
CENTRALE
PERIFERICHE
DI OUTPUT
La memoria centrale
All’ interno del
microprocessore sono
presenti tre livelli di dispositivi
di memoria:
-i registri della CPU, dotati di
grande velocità ma di limitata
capacità
-la memoria centrale, dotata
di una media velocità e
discreta capacità
-le memorie di massa, dotate
di una velocità molto bassa
unita a una grande capacità.
Cache
La cache è una memoria di
piccole dimensione ed è molto
veloce; essa è collocata tra la
CPU e la memoria centrale o è
installata all’interno del
microprocessore.
In essa sono contenuti i
programmi che si prevede
debbano essere utilizzati, così da
velocizzare l’esecuzione dei
programmi.
La RAM
La memoria RAM contiene il programma in esecuzione e i dati sui
quali esso opera. RAM indica “memoria ad accesso casuale”,
perché il tempo di accesso a qualsiasi parte della memoria è
indipendente dalla posizione di essa. La RAM è contraddistinta da
due caratteristiche: la volatilità, ovvero la perdita di memoria se
viene meno l’alimentazione, e la possibilità di leggere e scrivere le
locazioni di memoria. Affinchè la CPU possa lavorare sulla RAM,
ogni byte è individuato da un indirizzo. La memoria è collegata alla
CPU tramite il bus dati, che trasmette dati e istruzioni, il bus degli
indirizzi, che comunica l’indirizzo della memoria sulla quale la CPU
vuole lavorare, il bus di controllo che raggruppa i segnali di
sincronizzazione e di controllo.
1
BYTE
KILOBYTE
MEGABYTE
GIGABYTE
TERABYTE
1024 BYTE
1.048.576 BYTE
1.073.741.824 BYTE
1.099.511.627.776 BYTE
La ROM
ROM sta per memoria di sola lettura. Questa
memoria è permanente, infatti contiene il BIOS
(Basic Input Output System). Esso è il software
che costituisce il programma per utilizzare le
risorse dell’elaboratore. Le attuali ROM non sono
di sola lettura, infatti possono essere modificate
quando sono necessari aggiornamenti al BIOS
(Flash ROM)
La CPU
La CPU (Unità
Centrale di Processo) è
individuata dal
microprocessore.
Questo dispositivo
esegue le istruzioni del
programma in
esecuzione, esegue
calcoli, coordina e
sincronizza i dispositivi
ad esso collegati
tramite i bus. La CPU è
costituita da: ALU, CU
e registri della CPU.
I componenti della CPU
L’ALU (Unità Aritmetico Logica) esegue i calcoli matematici e
logici, che permettono l’esecuzione di operazioni complesse.
La CU (Unità di Controllo), dopo aver lanciato il programma,
reperisce nella memoria centrale l’istruzione corrente, la manda
in esecuzione e attiva i segnali di controllo e di sincronismo
verso i dispositivi coinvolti nell’operazione. L’esecuzione di
un’istruzione in linguaggio macchina avviene attraverso il ciclo
di fetch-decode-execute.
I registri interni della CPU hanno la funzione di memorizzare i
dati riguardanti gli operandi e i risultati delle istruzioni e i
riferimenti alle locazioni di memoria centrale in cui si trovano gli
operandi e i risultati.