Macchina di Von Neumann

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1 Avvertenza Quanto segue NON è un libro, ma è una copia dei lucidi usati a lezione che NON sostituisce i libri di testo adottati e consigliati per l insegnamento di Informatica Generale. Questa copia è SOLO ED ESCLUSIVAMENTE una traccia usata dal docente a lezione, essa NON è necessariamente completa di tutti gli argomenti trattati durante il corso di Informatica Generale e NON è garantita essere corretta. Quindi SI SCONSIGLIA di utilizzare solo ed esclusivamente questa traccia per preparare l esame. 1 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

2 Macchina di Von Neumann 2 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

3 Macchina di Von Neumann La prima proposta pratica di architettura per un elaboratore è di John Von Neumann (1945) CPU Memoria Centrale Unità di I/O Bus Indirizzi B U S Bus Controllo Bus Dati Linee di servizio (tensione, terra,...) 3 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

4 Memoria Centrale Contiene i dati e programmi su cui opera l elaboratore. È composta da unità elementari dette celle di memoria e da un gestore delle operazioni. Le celle di memoria di un elaboratore: sono ordinate ed ognuna può essere indirizzata L indirizzo di una cella di memoria è la sua posizione rispetto alla prima cella (posizione 0). hanno tutte la stessa capacità, sono dispositivi a semiconduttore di tipo: volatile: Random Access Memory (RAM), semipermanente: Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM), permamente: Read Only Memory (ROM). 4 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

5 Bus di Sistema (1) Collega tra loro due o più componenti dell elaboratore (CPU, Memoria Centrale ed Interfacce delle periferiche). È un mezzo di trasmissione condiviso, e quindi: tutti i dispositivi vedono i dati trasmessi. affinchè venga garantita l integrità dei dati, una sola componente per volta può trasmettere sul bus. È composto da linee elettriche lungo cui fluiscono, in parallelo, i dati. 5 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

6 Bus di Sistema (2) Logicamente è diviso in: Bus Dati: costituisce il percorso per trasferire i dati tra le componenti dell elaboratore. Il numero di linee che lo compongono specifica la dimensione del bus. Bus Indirizzi: indica la sorgente o la destinazione dei dati che transitano sul bus dati. Bus di Controllo: è usato per controllare l uso e l accesso al bus dati ed al bus indirizzi. 6 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

7 Bus di Sistema: Operazioni Una componente A invia dei dati ad una componente B: A attraverso il bus di controllo acquisisce il diritto all uso del bus. A scrive nel bus di controllo il codice del comando. A scrive nel bus dati il dato da inviare a B. A scrive nel bus indirizzi l identificativo di B e la posizione in B dove scrivere i dati. Una componente A richiede dei dati di una componente B: A attraverso il bus di controllo acquisisce il diritto all uso del bus. A scrive nel bus di controllo il codice del comando. A scrive nel bus indirizzi l identificativo di B e la posizione in B dove si trovano i dati da ricevere. A si mette in attesa dei dati. 7 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

8 CPU program counter (PC) registro di stato (RS) registro interruzioni (RINT) registro istruzione corrente (RIC) registro A registro B registro di lavoro 1... registro di lavoro n ALU Unità di Controllo e di Governo registro indirizzi (RI) registro dati (RD) CLOCK 8 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

9 Unità Aritmetico-Logica (ALU) Si occupa dell esecuzione delle operazioni aritmetiche e logiche in base agli ordini ricevuti dall unità di controllo e governo. 9 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

10 Registri di Supporto (1) Sono dispositivi di memoria utilizzati per contenere i dati su cui operano l UCG e l ALU. Registro Indirizzi (RI): contiene l indirizzo della cella di memoria coinvolta in una operazione di lettura o scrittura. La sua dimensione determina il numero di celle della memoria centrale indirizzabili dalla CPU; Registro Dati (RD): contiene il dato che la CPU ha letto o intende scrivere da/in memoria centrale. La sua dimensione è un multiplo della dimensione di una cella di memoria. Registro Istruzione Corrente (RIC): contiene l istruzione in corso di esecuzione. La sua dimensione è pari a quella del registro dati; 10 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

11 Registri di Supporto (2) Contatore di Programma (PC): contiene l indirizzo della prossima istruzione da eseguire. La sua dimensione è pari a quella del registro indirizzi; Registro Interruzioni (RINT): memorizza lo stato di funzionamento delle periferiche; Registro di Stato (RS): riporta informazioni relative al risultato dell operazione svolta dalla ALU (quali overflow, riporto, risultato con valore zero, segno del risultato) più altre informazioni accessorie; Registri di uso generale (ad esempio registri per contenere gli operandi). 11 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

12 Unità di Controllo e Governo (UCG) Preleva le istruzioni, decodifica ed gestisce l esecuzione delle istruzioni in memoria centrale che compongono un programma. INIZIO FETCH (1ª Istruzione) FETCH DECODE FINE EXECUTE 12 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

13 Fase di Fetch Durante la fase di reperimento dell istruzione: 1. L unità di controllo copia il contenuto del contatore di programma nel registro indirizzi; 2. Viene eseguita la fase di lettura di un dato dalla memoria centrale; 3. L unità di controllo copia il contenuto del registro dati nel registro istruzione corrente; 4. L unità di controllo impartisce il comando di incremento del contatore di programma. 13 Architettura.tex: Versione 1.0, aa

14 Interfacce ingresso/uscita Sono gli elementi circuitali che consentono il collegamento dell elaboratore con il mondo esterno attraverso dispositivi periferici. L interfaccia contiene: 1. Registri per inviare comandi alla periferica, scambiare i dati e controllare il funzionamento della periferica; 2. La circuiteria per interfacciarsi con il bus di sistema e la periferica. Le interfacce si differenziano a secondo delle periferiche che devono servire. 14 Architettura.tex: Versione 1.0, aa