Unità B1
La struttura fisica e logica
di un elaboratore
© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo
Obiettivi
• Comprendere il concetto di “macchina
universale”
• Conoscere le componenti degli elaboratori
• Sapere distinguere tra hardware e software
• Conoscere i compiti del processore
• Conoscere i compiti della memoria
• Conoscere i vari tipi di memoria di massa
• Distinguere tra periferiche di input e di output
• Comprendere l’architettura di Von Neumann
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Macchina universale
• Il computer non si limita a eseguire un
insieme di azioni, magari ampio ma
comunque determinato.
• A seconda delle istruzioni che gli
vengono fornite, lo stesso computer è in
grado di svolgere compiti differenti.
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Hardware e Software
• Hardware = componente meccanica, concreta della macchina
• Software = parte immateriale, l’insieme delle istruzioni e dei
dati.
• Un elaboratore riceve programmi e dati in ingresso (input), li
archivia all’interno della memoria, elabora i dati eseguendo la
successione di istruzioni definite dal programma e, infine, invia
le informazioni risultanti in uscita (output)
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Le risorse di un computer
• Hardware
– unità centrale di elaborazione o
processore;
– memoria centrale;
– periferiche di input/output;
– memorie di massa o ausiliarie;
• Software
– dati e programmi.
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Processore – CPU (Central Process Unit)
• Svolge le operazioni
interpretando il software
ed eseguendone le
istruzioni
• La CPU è suddivisa in
due componenti:
– l’unità di controllo o CU
(Control Unit);
– l’unità logico-aritmetica o
ALU (Arithmetic and
Logic Unit).
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Clock
• Orologio interno per inviare i segnali di controllo
rilasciando un segnale a intervalli regolari.
• La frequenza con cui il clock invia i suoi segnali è
misurata in hertz (vibrazioni al secondo).
• Il primo personal computer operava a 4,77
megahertz (MHz) - 4,77 milioni di cicli al secondo.
• Attualmente la velocità del clock viene misurata in
gigahertz (GHz) - miliardi di cicli al secondo.
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Registri
• Elementi di memoria interni alla ALU
• registro di stato contiene le informazioni relative allo stato in
cui si trova il processore.
• registro istruzione (IR, Instruction Register) in cui si trova
l’istruzione che è in corso di esecuzione;
• registro contatore del programma (PC, Program Counter)
contiene l’indirizzo della cella di memoria della prossima
istruzione da eseguire;
• registro accumulatore in cui vengono memorizzati i risultati
parziali delle varie operazioni;
• registro dati contiene i dati pronti per il trasferimento in
memoria oppure quelli appena trasferiti dalla memoria;
• registro puntatore alla memoria contiene l’indirizzo di
memoria da cui prelevare i dati o in cui depositare quelli presenti
nel registro dati.
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Processo di elaborazione
• Fasi elementari :
1. L’unità di controllo preleva dalla memoria l’istruzione da
eseguire.
2. L’unità di controllo verifica il tipo dell’istruzione e:
2.1 se si tratta di un’istruzione di elaborazione, passa i dati
alla ALU, controlla che i calcoli siano effettuati in maniera
corretta e quindi riporta il risultato in memoria;
2.2 se si tratta di un’istruzione di input controlla il corretto
passaggio dei dati dalla periferica coinvolta alla memoria;
2.3 se si tratta di un’istruzione di output controlla il corretto
passaggio dei dati dalla memoria alla periferica coinvolta.
3. Vengono iterati nuovamente i precedenti due punti fino
all’ultima istruzione.
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Stati della CPU
• fetching (prelevamento) in cui preleva dalla
memoria centrale l’istruzione da eseguire;
• decoding (decodifica) in cui l’unità di
controllo converte l’istruzione prelevata dalla
memoria centrale in segnali di controllo inviati
alla ALU;
• executing (esecuzione) in cui la ALU esegue
l’istruzione decodificata.
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Memoria centrale - RAM
• La memoria centrale è il contenitore
in cui il processore memorizza le
istruzioni e i dati su cui lavora.
• Random Access Memory (memoria
ad accesso casuale) è realizzata
fisicamente con uno o più chip.
• Ciascuno di questi chip contiene un
numero elevato di microscopici
elementi elettronici noti come
bistabili che contengono la
rappresentazione di un singolo bit.
• Un bistabile è come una lampadina
che può trovarsi in due soli stati:
accesa o spenta.
• E’ una memoria volatile, tutto il suo
contenuto viene cancellato se si
spegne il computer.
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Periferiche di input output
•
•
•
•
•
•
Tastiera
Monitor
Telecamera
Microfono
Scanner
Plotter
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Le porte di I/O
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Memorie di massa
• Memorie non volatili
• L’espressione memoria
di massa deriva dalla
possibilità di archiviare
su questo tipo di
memorie grandi
quantità (ovvero masse)
di dati.
• Caratterizzate da
– Capacità
– Tempo di accesso
– Tempo di trasferimento
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Architettura di Von Neumann
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