Funzionalità di un calcolatore

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1 Funzionalità di un calcolatore

2 Il calcolatore: modello concettuale 1. Elaborazione 2. Memorizzazione Interconnessione 3. Comunicazione (interfaccia)

3 Architettura di un computer componenti per elaborare i dati memorizzare i dati inserire i dati per visualizzare/distribuire i dati (ottenuti quali risultato del processo di elaborazione) canali di comunicazione che permettono la trasmissione di dati tra una componente e l'altra

4 Macchina di Von Neumann (1946) John Von Neumann (Budapest 1903 Washington 1957)

5 Scheda madre (motherboar d) RAM CPU Bus Interfaccia di I/O Interfac ce di I/O Interfacc e di I/O Schermo Tastiera e mouse Altoparlanti Memoria di massa

6 Scheda Madre

7 Periferiche di input Le periferiche di input sono costituite da tutti quei dispositivi che consentono l'inserimento nel computer di dati e istruzioni

8 Principali periferiche di input tastiera (keyboard) mouse/trackball/touchpad scanner joystick webcam macchina fotografica digitale microfono penna ottica (o lettore ottico) tavoletta grafica

9 Periferiche di output Le periferiche di output sono costituite dai dispositivi che consentono la comunicazione all'esterno dei dati elaborati, intermedi o finali

10 Principali periferiche di output monitor (display, video, schermo) proiettore stampante/plotter altoparlanti (casse acustiche) cuffie e auricolari

11 Periferiche di input/output Le periferiche di input/output sono quei dispositivi in grado di inviare dati al computer e allo stesso modo di riceverne Una periferica di input/output è il touchscreen Un'altra periferica di input/output è la cuffiamicrofono

12 La memoria di massa Per memoria di massa (o secondaria o esterna) si intende l'insieme dei componenti magnetici, ottici ed elettronici che permettono di memorizzare dati e programmi in modo persistente, per conservarli finché l'utente non decide di eliminarli

13 Principali tipi di memorie di massa dispositivi magnetici nastri hard disk (o disco rigido): interni ed esterni floppy disk (capacità 1,44 MB) dispositivi ottici CD (Compact Disk) DVD (Digital Versatile Disk) dispositivi elettronici USB flash drive memory card

14 La memoria centrale (o primaria o interna) È la memoria utilizzata dall'elaboratore per gestire i programmi. Costituita da una sequenza ordinata di celle ciascuna delle quali può memorizzare una word (parola). Una word è una sequenza di bit la cui lunghezza dipende dall'architettura del sistema. Solitamente, uno word è pari a 8, 16, 32 oppure 64 bit. Ciascuna cella di memoria ha un indirizzo predefinito e invariabilee rappresenta l'unità minima di memoria cui la CPU riesce ad accedere.

15 Tipi di memoria centrale RAM (Random Access Memory): memoria di lettura/scrittura volatile ad accesso diretto di lavoro e dinamica ROM (Read Only Memory): memoria di sola lettura BIOS ROM (Basic Input/Output System) autotest riconoscimento e gestione delle periferiche di input/output caricamento del sistema operativo

16 Composizione della CPU La CPU è un circuito integrato (microprocessore) in cui avvengono i processi di elaborazione CPU = ALU + CU Registri dispositivi di grado di memorizzazione una word ALU (Arithmetic and Logic Unit, unità aritmetico-logica) unità di elaborazione che esegue materialmente le operazioni aritmetiche (somme, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni tra numeri binari) logiche sui dati (confronto tra due numeri binari per capire se sono uguale o quale dei due è il maggiore) CU (Control Unit, unità di controllo) responsabile del coordinamento della varie componenti della macchina e dell'esecuzione delle istruzioni

17 La ALU e le operazioni elementari Primo operando Secondo operando ALU: Esegue un'operazione aritmetica o un'operazione logica Risultato operazione

18 CPU: il ciclo fetch-decode-execute la CPU ha un clock interno che ne scandisce il ritmo di lavoro durante un ciclo di clock, la CPU esegue le operazioni: 1.Fetch la CU preleva l'istruzione da eseguire dalla memoria interna 2.Decode la CU decodifica l'istruzione 3.Execute l'istruzione viene eseguita dalla ALU

19 CU regola l'esecuzione del ciclo fetch-decode-execute della CPU, invia segnali di controllo sul bus, decodifica le istruzioni e gestisce il trasferimento di dati da e verso la CPU

20 I registri della CPU registro dati contiene dati copiati/da copiare dalla/nella RAM registro indirizzi contiene l'indirizzo della cella della RAM registro istruzione corrente contiene l'indirizzo della cella della RAM che contiene l'istruzione che deve essere eseguita contatore di programma contiene l'indirizzo della cella della RAM contenente la prossima istruzione da eseguire registro interruzioni registri operandi contengono gli eventuali operandi e il risultato dell'istruzione dopo la sua esecuzione registro di stato contiene indicazioni sulla operazioni svolte dalla ALU

21 Bus I bus sono dei canali, dotati di clock, attraverso i quali transitano le informazioni Ad ogni quanto di tempo, una componente invia dati e un'altra componente riceve dati

22 Bus di sistema bus dati transito dei dati tra registro dati e RAM bus indirizzi transito dell'indirizzo di una cella tra registro indirizzi e RAM bus controllo transito del codice dell'operazione da eseguire tra CPU e RAM transito del codice risultato dell'operazione tra CPU e RAM

23 Linguaggio macchina codice istruzione dato da utilizzare (valore numerico o indirizzo di memoria) word contenente una sequenza di bit esempio di una word a 8 bit codice istruzione dato da utilizzare

24 Come vengono eseguite le istruzioni espresse in linguaggio macchina Ogni cella di memoria contiene un dato che rappresenta un valore numerico oppure un'istruzione Supponiamo che il registro istruzione corrente della CPU contenga il valore x (ossia l'istruzione da eseguire è quella nella cella di indirizzo x) il registro istruzione corrente viene aggiornato con il valore x+1 (prossima istruzione da eseguire) e l'istruzione contenuta nella cella di indirizzo x viene eseguita dalla CPU

25 Istruzioni in linguaggio macchina Le istruzioni in linguaggio macchina disponibili in un computer dipendono dalla CPU Generalmente, tutti gli elaboratori forniscono le seguenti istruzioni

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31 Cosa fanno i programmi? I programmi forniscono all'elaboratore delle strategie risolutive a determinati problemi Una strategia risolutiva che gode di certe proprietà prende il nome di algoritmo

32 Algoritmo Ricorda: Un algoritmo è una sequenza di passi che portano alla realizzazione di un compito Caratteristiche di un algoritmo non ambiguità i passi devono essere univocamente interpretabili dall'esecutore eseguibilità l'esecutore deve essere in grado di eseguire ogni passo utilizzando le risorse di cui dispone finitezza l'esecuzione di un algoritmo deve terminare in un tempo finito

33 Es. Pascal, C, Java,

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