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 © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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) © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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). © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Periferiche di input output • • • • • • Tastiera Monitor Telecamera Microfono Scanner Plotter © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Le porte di I/O © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo 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 © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Architettura di Von Neumann © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo