Fondamenti di Informatica e Programmazione. P ro f. G i a n n i D A n g e l o
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- Lamberto Casali
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1 Fondamenti di Informatica e Programmazione CPU e Linguag gio Macchina P ro f. G i a n n i D A n g e l o giadangelo@unisa.it A.A. 2018/19
2 Elaborazione dell Informazione L'elaborazione delle informazioni consiste in una sequenza determinata di operazioni eseguite sui dati di partenza (l'input). ALGORITMO Più formalmente, un algoritmo è una sequenza di operazioni che risolvono un problema o una parte di esso. Ne riparleremo!!
3 Elaborazione Chi esegue gli ALGORITMI??
4 Elaboratori (o Calcolatori) Elettronici Chi esegue gli algoritmi? Il Calcolatore Elettronico è un esecutore di Algoritmi Gli Algoritmi vengono descritti tramite Programmi I Programmi sono sequenze di istruzioni scritte in un opportuno Linguaggio comprensibile dal calcolatore
5 Architettura di Von Neumann Architettura hardware che condivide i dati del programma e le istruzioni del programma nello stesso spazio di memoria. Obiettivo: Realizzare un calcolatore universale (general purpose) L'importanza dell'architettura di von Neumann è notevole in quanto è l'architettura hardware su cui sono basati la maggior parte dei moderni computer programmabili.
6 Architettura di Von Neumann
7 Architettura di Von Neumann
8 La CPU La Central Processing Unit (CPU, Processore) è l unità centrale di elaborazione. Esegue i calcoli. Esegue le istruzioni dei programmi e ne Regola il flusso
9 CPU ed Elaborazione Le istruzioni di un programma corrispondono ad operazioni elementari di elaborazione Ad esempio: Operazioni aritmetiche Operazioni relazionali (confronto tra dati) Operazioni su caratteri e valori di verità Altre operazioni numeriche
10 Central Processing Unit: CPU Macchina di Von Neumann Unità di controllo: esegue le istruzioni scritte nei programmi. ALU: Arithmetic Logic Unit, Esegue operazioni aritmetiche e logiche Registri: Memorizzano informazioni utili all esecuzione delle istruzioni. Dati, Informazione ed Elaborazione dell Informazione
11 La CPU Schema Logico CPU Registri PC ALU CU IR
12 La CPU Elementi Fondamentali: ALU La CPU è costituita da tre elementi fondamentali Unità Aritmetico-Logica (ALU)
13 La CPU Elementi Fondamentali: ALU La ALU (Arithmetic-Logic Unit), detta anche Unità Aritmetico-Logica, si occupa di eseguire operazioni aritmetiche e logiche su 2 operandi Oltre al risultato dell operazione stessa, la ALU può produrre ulteriori informazioni Il risultato è Zero, si è verificato un Overflow, etc. A L U o p e r a ti o n a ALU Z e ro R e s u lt O v e r f lo w b C arry O u t
14 La CPU Elementi Fondamentali: Registri La CPU è costituita da tre elementi fondamentali Unità Aritmetico-Logica (ALU) Registri
15 La CPU Elementi Fondamentali: Registri I registri sono dispositivi di memorizzazione che consentono un accesso molto veloce ai dati contenuti Hanno dimensioni prefissate
16 La CPU Elementi Fondamentali: Registri I registri sono dispositivi di memorizzazione che consentono un accesso molto veloce ai dati contenuti Hanno dimensioni prefissate Alcuni registri hanno funzioni specifiche
17 La CPU Elementi Fondamentali: Registri I registri sono dispositivi di memorizzazione che consentono un accesso molto veloce ai dati contenuti Hanno dimensioni prefissate Alcuni registri hanno funzioni specifiche Il registro PC (Program Counter) individua la prossima istruzione da eseguire
18 La CPU Elementi Fondamentali: Registri I registri sono dispositivi di memorizzazione che consentono un accesso molto veloce ai dati contenuti Hanno dimensioni prefissate Alcuni registri hanno funzioni specifiche Il registro PC (Program Counter) individua la prossima istruzione da eseguire Il registro IR (Instruction Register) contiene l istruzione da eseguire
19 Stato della CPU Lo stato della CPU è rappresentato dalle informazioni memorizzate negli opportuni registri. Dati da elaborare Contenuti nei Registri Dati Istruzione da eseguire Contenuta nel registro IR (Instruction Register) Indirizzo in memoria della prossima istruzione da eseguire Contenuto nel registro PC (Program Counter) Eventuali anomalie o eventi verificatisi durante l elaborazione Contenuti nei registri di stato o flag
20 La CPU Elementi Fondamentali: Unità di Controllo La CPU è costituita da tre elementi fondamentali Unità Aritmetico-Logica (ALU) Registri Unità di Controllo (CU)
21 La CPU Elementi Fondamentali: Unità di Controllo Il coordinamento tra le varie parti del calcolatore è svolto dall unità di controllo (CU) È una componente dell unità centrale di elaborazione Ogni componente del calcolatore esegue solo le azioni che gli vengono richieste dall unità di controllo
22 La CPU Elementi Fondamentali: Unità di Controllo Il coordinamento tra le varie parti del calcolatore è svolto dall unità di controllo (CU) È una componente dell unità centrale di elaborazione Ogni componente del calcolatore esegue solo le azioni che gli vengono richieste dall unità di controllo Il controllo consiste nel coordinamento dell esecuzione temporale delle operazioni Sia internamente alla CPU sia negli altri elementi funzionali
23 Il Clock della CPU La CPU è un dispositivo sincrono, La frequenza con cui si eseguono i cicli di esecuzione è scandita dal clock (sorta di orologio interno ). Ad ogni impulso di clock l unità di controllo esegue una operazione. ATTENZIONE..! Per eseguire una istruzione il processore esegue più operazioni. Quindi, se il processore è in grado di eseguire 1000 operazioni al secondo, ciò non significa che esegue 1000 istruzioni al secondo.
24 Misura del Clock # Operazioni / secondi = Hz 1KHz = 1,000 Hz 1MHz = 1,000 KHz = 1,000,000 Hz 1GHz= 1,000 MHz = 1,000,000 KHz= 1,000,000,000 Hz Attualmente si parla di GHz. Question? Una CPU che lavora a 3 GHz significa che esegue 3 miliardi di istruzioni al secondo?? Tuttavia La frequenza di clock determina la velocità di elaborazione del computer. Più alta è la frequenza di clock, maggiore è la velocità di elaborazione.
25 Velocità e Potenza La frequenza di clock determina la velocità di elaborazione del computer La velocità e la potenza di un computer dipendono anche dalla larghezza del bus Quantità di dati che il processore è in grado di ricevere ed elaborare simultaneamente La potenza dipende anche da altri numerosi parametri.
26 Istruzioni Base della CPU Istruzioni di base eseguite dalla ALU: Somma (da cui sottrazione) Scorrimento (shift) Tramite le operazioni di somma e shift è possibile ricavare le operazioni di moltiplicazione e divisione Operazioni logiche (and, or, not) Operazioni di confronto (<, >, =)
27 Istruzioni Base della CPU Operazioni di accesso alla memoria (Non eseguite dalla ALU) Esempio: Trasferimento di un dato da una locazione di memoria ad un altra Trasferimento Memoria Registro della CPU Trasferimento Registro della CPU Memoria
28 Istruzioni Base della CPU Operazioni di Jumping (Non eseguite dalla ALU) Invece di eseguire l'istruzione che segue, il processore "salta" su un'istruzione da qualche altra parte in memoria. RAM Indirizzi di memoria
29 Come si Eseguono i Programmi? Programma: sequenza di istruzioni da eseguire per ottenere la soluzione ad una data classe di problemi. Il processore esegue ogni istruzione mediante la seguente sequenza di operazioni, detta ciclo di istruzione o ciclo macchina: 1. Estrazione di un istruzione: fase di fetch 2. Interpretazione di un istruzione: fase di decode 3. Esecuzione dell istruzione: fase di execute
30 Ciclo Macchina: Fetch-DecodeExecute
31 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute
32 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch)
33 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
34 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU NOTA Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione 3 Schema logico del sottoinsieme della CPU coinvolto nel ciclo Fetch-Decode-Execute P C CU IR
35 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
36 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
37 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) PC Registro CPU Program Counter Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
38 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
39 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Il PC individua l Istruzione Memoria 1 Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
40 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
41 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
42 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Utilizziamo il BUS Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
43 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
44 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
45 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
46 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
47 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Utilizziamo ancora il BUS Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
48 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
49 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR CU
50 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione Adesso l IR conterrà l Istruzione 1 P CU C IR
51 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR CU
52 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR CU
53 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) Il PC individuava CPU l Istruzione 1 Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR CU
54 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C Il PC verrà incrementato e punterà all Istruzione 2 IR CU
55 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR Il PC individua adesso l Istruzione 2 CU
56 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni macchina, mediante il Il PC individua la prossimacodificate istruzione in da linguaggio eseguire (ovvero, l Istruzione 2) ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR CU
57 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni macchina, mediante il Il PC individua la prossimacodificate istruzione in da linguaggio eseguire (ovvero, l Istruzione 2) ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). L IR contiene l istruzione da eseguire (ovvero, l Istruzione 1) Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) CPU Memoria Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C IR CU
58 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva FASE DI FETCH
59 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire
60 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire L istruzione da eseguire si trova nel registro IR
61 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU
62 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU FASE DI DECODE
63 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU
64 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU 3. Esegui l istruzione (execute) FASE DI EXECUTE
65 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU 3. Esegui l istruzione (execute)
66 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU 3. Esegui l istruzione (execute) 4. Torna al punto 1. ed inizia ad elaborare l istruzione successiva
67 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU 3. Esegui l istruzione (execute) 4. Torna al punto 1. ed inizia ad elaborare l istruzione successiva
68 Ciclo Fetch-Decode-Execute La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione corrente dalla memoria (individuata dal contenuto del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) 2. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l istruzione usa dati presenti in memoria, determinane la posizione Carica tali dati nei registri della CPU 3. Esegui l istruzione (execute) 4. Torna al punto 1. ed inizia ad elaborare l istruzione successiva Mediante il passo 4., i passi precedenti vengono eseguiti ciclicamente (ciclo Fetch-Decode-Execute)
69 Linguaggio (o Codice) Macchina Definizione Insieme di istruzioni eseguite direttamente dalla CPU Ogni istruzione svolge un compito specifico Istruzioni piuttosto rudimentali, codificate in binario Il numero di operandi è limitato (in genere non più di due) Il numero di operazioni previste è ridotto Ogni tipo di processore è in grado di eseguire un numero limitato di istruzioni Combinando in modo diverso sequenze anche molto lunghe di istruzioni (i programmi) si può istruire l elaboratore a fare tantissime cose, anche completamente diverse tra loro
70 Il Linguaggio Macchina Un programma in esecuzione risiede nella memoria centrale È rappresentato da una serie di numeri binari che codificano le istruzioni eseguibili dalla CPU PC Osservando esclusivamente il contenuto della memoria, il programma non è distinguibile dai dati Le istruzioni sono individuate dai valori assunti dal registro PC durante l esecuzione del programma
71 Il Set di Istruzioni Macchina L insieme delle istruzioni eseguibili e la relativa codifica sono generalmente diverse per modelli diversi di processore Le categorie di istruzioni normalmente disponibili sono: Trasferimento dati Spostano dati tra registri, memoria principale e dispositivi di ingresso/uscita (I/O) Aritmetico-logiche Eseguono i calcoli nella ALU Salti (condizionati e incondizionati) Prendono decisioni e alterano la normale esecuzione sequenziale delle istruzioni
72 Esempio di Programma in Linguaggio Macchina leggi un valore in ingresso e ponilo nella cella numero 16 (variabile x) leggi un valore e ponilo nella cella numero 17 (variabile y) leggi un valore e ponilo nella cella numero 18 (variabile z) leggi un valore e ponilo nella cella numero 19 (variabile r) carica il registro A con il contenuto della cella 16 carica il registro B con il contenuto della cella 17 somma i contenuti dei dei registri A e B copia il contenuto del registro A nella cella 20 (risultato, variabile s) carica il registro A con il contenuto della cella 18 carica il registro B con il contenuto della cella 19 somma i contenuti dei registi A e B carica il registro B con il contenuto della cella 20 moltiplica i contenuti dei registri A e B copia il contenuto del registro A nella cella numero 20 scrivi in output il contenuto della cella numero 20 arresta l esecuzione (HALT) spazio per la variabile x (cella 16) spazio per la variabile y (cella 17) spazio per la variabile z (cella 18) spazio per la variabile r (cella 19) spazio per la variabile s (cella 20)
73 Dati e Istruzioni Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit è Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Istruzione CO Op. 1 ù Op. n è
74 Dati e Istruzioni Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit è Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Istruzione CO Op. 1 ù Op. n Il codice operativo specifica l istruzione da eseguire. insieme di In ogni architettura è definito un certo istruzioni (set di istruzioni) con gli associati CO è
75 Dati e Istruzioni Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit è Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Istruzione CO Op. 1 ù Op. n Gli operandi contengono le informazioni necessarie a reperire i dati sui quali l istruzione deve operare è
76 Dati e Istruzioni Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit è Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Istruzione CO Op. 1 ù Op. n Un istruzione è strettamente legata all architettura della macchina è
77 Riferimenti Libro di testo Capitolo 1 Paragrafo 1 Capitolo 2 Paragrafo 1 Capitolo 6 Paragrafi 1 [NO Approfondimento], 2 [NO 6.2.2, 6.2.3], 3, 3.1, 3.2, 4 [NO dettagli], 5 [NO dettagli] e 6 [NO dettagli]
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