A.A. 2018/2019. CPU e Linguaggio Macchina FONDAMENTI DI INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE. Docente Prof. Raffaele Pizzolante
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1 A.A. 2018/2019 Docente Prof. Raffaele Pizzolante FONDAMENTI DI INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE
2 Architettura di Von Neumann Modello concettuale di un architettura di computer che permette di rappresentare, memorizzare ed elaborare le informazioni È il modello secondo il quale e organizzata la maggior parte dei moderni elaboratori Architettura di Von Neumann Sottosistema di interfaccia Sottosistema di memorizzazione Sottosistema di elaborazione Connessione/comunicazione
3 Architettura di Von Neumann: Caratteristiche Essenziali 1/2 Obiettivo: Realizzazione di un calcolatore universale (general purpose) Presenza di un dispositivo di memorizzazione in cui è possibile rappresentare sia dati che istruzioni Utilizzo dell aritmetica binaria invece che quella decimale (maggiori dettagli nelle lezioni successive) Separazione netta tra dispositivo di memorizzazione e dispositivo di elaborazione
4 Architettura di Von Neumann
5 Architettura di Von Neumann
6 Elaborazione L elaborazione nella macchina di Von Neumann è svolta dalla Central Processing Unit (CPU) Detta anche Processore 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
7 La CPU 1/4 La Central Processing Unit (o CPU) e l unità centrale di elaborazione Esegue le istruzioni dei programmi e ne regola il flusso Esegue i calcoli
8 La CPU 2/4 La CPU è un dispositivo sincrono, Viene regolato da una sorta di orologio (o clock) Stabilisce quante istruzioni al secondo possono essere eseguite dalla CPU Alla ricezione di un impulso di clock è eseguita una nuova istruzione Una CPU lavora a N GHz Segue un ritmo di N miliardi di impulsi al secondo Ad esempio: Una CPU che lavora 3 GHz riceve 3 miliardi di impulsi al secondo
9 La CPU 3/4 La frequenza di clock determina la velocità di elaborazione del computer Più alta è la frequenza di clock, maggiore è la velocità di elaborazione
10 La CPU 3/4 La frequenza di clock determina la velocità di elaborazione del computer Più alta è la frequenza di clock, maggiore è la velocità di elaborazione 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
11 CPU La CPU 4/4 Schema Logico Registri PC IR ALU CU
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 e verificato un Overflow, etc. AL U operation a b ALU Zero Result Overflow C arryout
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 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
20 La CPU Elementi Fondamentali: Registri 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
21 La CPU Elementi Fondamentali: Unità di Controllo La CPU è costituita da tre elementi fondamentali Unità Aritmetico-Logica (ALU) Registri Unità di Controllo (CU)
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
23 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
24 Istruzioni Base della CPU 1/2 Istruzioni di base eseguite dalla ALU Somma (da cui sottrazione) Scorrimento (shift) Operazioni logiche Operazioni di confronto
25 Istruzioni Base della CPU 1/2 Istruzioni di base eseguite dalla ALU Somma (da cui sottrazione) Scorrimento (shift) Operazioni logiche Operazioni di confronto Tramite le operazioni di somma e shift è possibile ricavare le operazioni di moltiplicazione e divisione
26 Istruzioni Base della CPU 2/2 Operazioni di accesso alla memoria (Non eseguite dalla ALU) Trasferimento di un dato da una locazione di memoria ad un altra Trasferimento da Memoria Registro della CPU Registro della CPU Memoria
27 Come si Eseguono i Programmi? Programma: sequenza di istruzioni da eseguire per ottenere la soluzione ad una data classe di problemi
28 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
29 Ciclo Fetch-Decode-Execute 1/2
30 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 La CPU esegue solo istruzioni codificate in linguaggio macchina, mediante il ciclo Fetch-Decode-Execute
31 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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)
32 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
33 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria NOTA CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione 3 Schema logico del sottoinsieme della CPU coinvolto nel ciclo Fetch-Decode-Execute P C CU IR
34 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
35 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
36 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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 Memoria Program Counter Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
37 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
38 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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 individua l Istruzione Memoria 1 CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
39 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
40 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
41 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Utilizziamo il BUS Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
42 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
43 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
44 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
45 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
46 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Utilizziamo ancora il BUS Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
47 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
48 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
49 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione 3 Memoria CPU Adesso l IR conterrà l Istruzione 1 P CU C IR
50 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
51 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
52 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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 Memoria l Istruzione 1 Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
53 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU Il PC verrà incrementato e punterà all Istruzione 2 IR
54 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR Il PC individua adesso l Istruzione 2
55 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 La CPU esegue Il PC individua solo istruzioni la prossima codificate istruzione in da linguaggio eseguire (ovvero, macchina, l Istruzione mediante 2) 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) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
56 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 La CPU esegue Il PC individua solo istruzioni la prossima codificate istruzione in da linguaggio eseguire (ovvero, macchina, l Istruzione mediante 2) il ciclo Fetch-Decode-Execute 1. Prendi l istruzione L IR contiene corrente l istruzione dalla memoria da eseguire (individuata (ovvero, l Istruzione dal contenuto 1) del PC). Salvala nell IR (Instruction Register) e contemporaneamente incrementa il PC in modo che contenga l indirizzo dell istruzione successiva (fetch) Memoria CPU Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione P C CU IR
57 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
58 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
59 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
60 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
61 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
62 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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)
63 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
64 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
65 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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
66 Ciclo Fetch-Decode-Execute 2/2 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)
67 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
68 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 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 PC
69 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
70 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 carica il registro B con il contenuto della cella 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 carica il registro B con il contenuto della cella somma i contenuti dei registi A e B carica il registro B con il contenuto della cella moltiplica i contenuti dei registri A e B copia il contenuto del registro A nella cella numero scrivi in output il contenuto della cella numero 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)
71 Funzionamento della macchina di Dati e Istruzioni Von Neumann Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma Dati binaria, e istruzioni cioè di mediante programma sequenze sono codificate finite di in bit forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit. Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Una istruzione codificata si compone di due parti: il codice operativo e uno o più operandi: Istruzione CO Op. 1 Op. n Il codice operativo specifica, secondo una convenzione dipendente dalla specifica macchina, l istruzione da eseguire. Per ogni macchina esistono tanti codici operativi differenti quante sono le istruzioni presenti nell insieme (set) CPU delle e Linguaggio istruzioni Macchina che la macchina è in
72 Funzionamento della macchina di Dati e Istruzioni Von Neumann Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma Dati binaria, e istruzioni cioè di mediante programma sequenze sono codificate finite di in bit forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit. Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Una istruzione codificata si compone di due parti: il codice operativo e uno o più operandi: Istruzione CO Op. 1 Op. n Il codice Il codice operativo operativo specifica specifica, l istruzione secondo da una eseguire. convenzione In dipendente ogni architettura dalla specifica è definito macchina, un certo l istruzione insiemeda di istruzioni eseguire. (set Per di ogni istruzioni) macchina con esistono gli associati tanti COcodici operativi differenti quante sono le istruzioni presenti nell insieme (set) CPU delle e Linguaggio istruzioni Macchina che la macchina è in
73 Funzionamento della macchina di Dati e Istruzioni Von Neumann Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma Dati binaria, e istruzioni cioe di mediante programma sequenze sono codificate finite di in bit forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit. Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Una istruzione codificata si compone di due parti: il codice operativo e uno o più operandi: Istruzione CO Op. 1 Op. n Il codice operativo Gli operandi specifica, secondo contengono una convenzione le informazioni dipendente dalla necessarie specifica macchina, a reperire l istruzione i dati da sui quali eseguire. Per ogni l istruzione macchina deve esistono operare tanti codici operativi differenti quante sono le istruzioni presenti nell insieme (set) CPU delle e Linguaggio istruzioni Macchina che la macchina è in
74 Funzionamento della macchina di Dati e Istruzioni Von Neumann Dati e istruzioni di un programma sono codificati in forma Dati binaria, e istruzioni cioè di mediante programma sequenze sono codificate finite di in bit forma binaria, cioè mediante sequenze finite di bit. Un istruzione codificata si compone di due parti Codice Operativo (CO) Uno o più operandi (Op. i) Una istruzione codificata si compone di due parti: il codice operativo e uno o più operandi: Istruzione CO Op. 1 Op. n Il codice Un istruzione operativo specifica, e strettamente secondo una legata convenzione dipendente all architettura dalla specifica della macchina, l istruzione da eseguire. Per ogni macchina esistono tanti codici operativi differenti quante sono le istruzioni presenti nell insieme (set) CPU delle e Linguaggio istruzioni Macchina che la macchina è in
75 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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