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
DISCHI
PROCESSORE
(CPU)
RISULTATI
UNITA’
OUTPUT
DISCHI
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)
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 (max 8GB ), 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) dall’ESTERNO
2 parti:
 “CHASSIS” (Desktop, Tower, Minitower,
Portatile) = UNITA’ CENTRALE DI
ELABORAZIONE in senso LATO
contiene la maggior parte degli elementi
che compongono il PC
PERIFERICHE o
dispositivi I/O
P.C. IN UFFICIO
DESKTOP
(entry level)
MINITOWER
(workstation)
TOWER
(server)
PC all’interno:
UNITA’ CENTRALE DI ELABORAZIONE
“in senso lato” contiene la PARTE
NON VISIBILE:
CPU
RAM/ ROM
HARD DISK
BUS
PIASTRA MADRE
ALIMENTATORE
SLOT, SCHEDE
ARCHITETTURA INTERNA
“A BUS”
BUS DI SISTEMA
RAM
CP U
HARD
DISK
INTERFACCE
PERIFERICHE
VIDEO,
STAMPANTE,
TASTIERA, USB,
ECC
ARCHITETTURA “APERTA




PC =grande circuito stampato (Scheda
madre) sul quale sono predisposti i diversi
connettori per il collegamento dei diversi
dispositivi
I connettori (SLOT) sono tutti collegati da
“canale trasmissivo” detto BUS
Definito lo standard – sviluppo di una serie di
componenti – ribasso dei prezzi
Sul bus possono essere collegati altri
dispositivi (personalizzazione del PC espandibilita’) tramite gli slot di espansione
PC all’interno “FISICO”
Scheda Scheda
(adattatori)
Adattatore
video
Connettore
tastiera
slot di espansione
UNITA’ DISCO
CPU
MEMORIA
piastra
madre
(MOTHERBOARD)
HARD DISK
ALIMENTATORE
SCHEDA MADRE
(MOTHERBOARD)

PIASTRA MADRE: grande scheda a circuito
stampato sul quale si trovano i componenti
(chip di silicio) essenziali su cui si fonda il
funzionamento del PC

Contiene : CPU, coprocessore matematico, clock, RAM,
ROM, controller di disco, ecc.. : DIPENDE !!!
SLOT DI ESPANSIONE: fessure, poste in fila sulla
scheda madre, dove vengono inserite le schede
(interfacce) di collegamento delle unita’ esterne.
Gli slot sono a loro volta collegati alla “rete di
collegamento” (il BUS) comune a tutti i componenti del
computer, cio’ consente di condurre segnali da una
qualsiasi parte all’altra.


PERIFERICHE
Foto frailis UNIUD- pag. 7
 Lucido pag. 8 - periferiche

BUS
Linee elettriche (multiple) per il
TRASPORTO dei segnali corrispondenti ai
dati, alle istruzioni, agli indirizzi, ai segnali
di controllo da un componente ad un altro
 Sotto il controllo del processore –
master/slave – chi ordina e chi esegue


3 BUS

BUS DEI DATI per trasferimento dati e
istruzioni – “bidirezionale” - “in parallelo” (1
bit per linea) – 16/64 bit – parallelismo
esterno
BUS
BUS DEGLI INDIRIZZI per trasporto degli
indirizzi delle locazioni di memoria cui (o
da dove) devono arrivare i dati –
UNIDIREZIONALE (attivato solo dalla
CPU) – Opera in PARALLELO (16/64 bit) –
determina la RAM max gestibile
- BUS DI CONTROLLO : linee utilizzate per
trasferire i segnali di controllo per
comandi specifici molto frequenti, come
quelli di lettura e scrittura per la memoria
e per i singoli dispositivi di I/O
-
BUS
ELEMENTO DETERMINANTE per
prestazioni complessive del PC
 E’ diventato un “collo di bottiglia”: Il bus
non riesce piu’ a reggere, a tenere il
passo con la CPU!
 HA UN’AMPIEZZA (n.ro bit)
 HA UNA FREQUENZA DI CLOCK (Mhz)
 Parametri di valutazione: VELOCITA’
(che dipende anche dal NUMERO DI
LINEE utilizzate), STANDARD o no

PARAMETRI DI VALUTAZIONE
del BUS

1)
2)

VELOCITA’ dipende da:
Ampiezza (n.ro di bit di dati trasportabili in
ogni trasferimento IN PARALLELO) da 16
a 64 BIT
Frequenza del suo clock (numero di
trasferimenti al secondo) da 8 a 800 Mhz
“DATA RATE”: n.ro di byte trasferiti al
secondo (5/3550 MB/s)
Standard di BUS DI SISTEMA
• ISA (Industry Standard Architetture) ’85
- a 16 bit
• MCA (Micro Channel Architetture) – IBM
‘87:un buon bus di I/O a 32 bit, non
compatibile pero’ con una sterminata
schiera di schede ISA attualmente a
disposizione
• EISA (Extended Industry Standard
Architetture) <>IBM 1988 - a 32 bit
• OGNI TIPO DI BUS (o di local bus)
RICHIEDE una SUA SCHEDA per le perif.
BUS: “COLLO DI BOTTIGLIA”

Il bus non riusciva piu’ a reggere, a tenere
il passo con la CPU fin dal 1995:
ISA
data disp.
1984
rendim. max (MB/s) 16
ampiezza bus(BIT) 16
frequenza(MHZ)
8
EISA
CPU
1988
1995
33
32
64
8 133/1.500
 Il bus ISA non riesce a reggere la mole dei dati
che serve spesso per applicazioni grafiche (con
l’aumento della risoluzione e del n.ro dei colori i
dati in transito sono aumentati notevolmente).
BUS: “COLLO DI BOTTIGLIA
Non e’ solo un problema di velocita’ del
clock (non sincronizzata) ma di “mole di
dati” (n.ro di byte) da trasferire in
continuazione (la generazione di immagini
SVGA e applicazioni Windows molti MB)
 Cosi’ nelle LAN, nei sistemi multimediali
(suono- 1 minuto non compresso 11 MB, ecc)
 Il bus EISA e’ troppo costoso !!

 SOLUZIONE:
LOCAL BUS
Local Bus
BUS “INTELLIGENTI”, economici, che si
frappongono al bus classico (sono
INTERMEDI rispetto a questo) e VELOCI
per il trasferimento dati fra CPU e i
dispositivi piu’ frequentemente usati e PIU’
CRITICI: RAM/ VIDEO/DISCO
 E’ efficiente: consente di mantenere la

COMPATIBILITA’ con la precedente architettura
(per le periferiche “meno esigenti” e meno usate
consente di utilizzare le vecchie schede ISA) e
nel contempo per le “altre critiche” adotta un
BUS AGGIUNTIVO VELOCE
Local Bus: alcuni “standard”
1) P.C.I. - INTEL
per servire RAM, DISCO,
MODEM, RETE: 32/64 bit – 66,6-133 Mhztransfer rate di 133- 533 MB/sec (contro SCSI
80 MB/sec o Ethernet a 12,5 MB/sec)
2) A.G.P. (per VIDEO): transfer rate di 2,1 GB/sec
3) Dal 2004/2005: Pci Express è una interfaccia
SERIALE costruita con linee di contatto indipendenti,
ciascuna delle quali è in grado di veicolare in modalità
bidirezionale 250 MByte/s; nella versione X16 dedicata
alle schede grafiche l’ampiezza di banda in andata e in
ritorno è quindi pari a 4 GByte/s.
Per poter usufruire dell’interfaccia Pci Express è necessario
rivedere in buona parte l’hardware presente all’interno del
Pc.
Convivenza
sostituzione (pag.17 Pc mar04)