Architettura generale del calcolatore Hardware (tutto ciò che e tangibile) Software (tutto ciò che non e tangibile)

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1 Architettura generale del calcolatore Hardware (tutto ciò che e tangibile) La macchina di Von Neumann Le periferiche Software (tutto ciò che non e tangibile) Il sistema operativo I programmi applicativi 1/23 2/23

2 3/23 4/23

3 5/23 6/23

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5 La macchina di Von Neumann La macchina di Von Neumann Architettura di base dei moderni calcolatori Risale agli anni 40 (1943, ENIAC) Descrive le componenti fondamentali del calcolatore ed il loro ruolo Dati e programmi, durante l'esecuzione, sono ospitati nella stessa memoria (principale) Un processore esegue programmi che elaborano dati introdotti attraverso dispositivi di input/output 9/23 Processore Funzionamento della macchina di Von Neumann Programmi ELABORAZIONE Memoria Principale Dati Input/output Periferiche 10/23

6 Architettura di un attuale computer(1) Un computer e costituito da diverse parti: Central Processing Unit (CPU) BUS di sistema Memoria principale Memoria di massa Periferiche di Input/output 11/23 Architettura di un attuale computer(2) 12/23

7 13/23 Architettura di un attuale computer(3) Monitor PERIFERICHE DI INPUT/OUTPUT Tastiera Mouse CD-DVD Audio Stampante BUS DI SISTEMA CPU RAM Hard Disk 14/23

8 La CPU La Central Processing Unit (CPU) costituisce la parte del calcolatore delegata all elaborazione dei dati Viene comunemente detta processore E costituita da un insieme di circuiti elettronici detti transistor La CPU può essere suddivisa in tre parti fondamentali Unità Logico Aritmetica (ALU) Unità di Controllo Registri 15/23 16/23

9 ALU Effettua operazioni aritmetiche sui dati contenuti nei registri Addizione Sottrazione Moltiplicazione Divisione Effettua operazioni logiche su dati contenuti nei registri Comparazione Unione Intersezione Negazione A sua volta e suddivisa in vari componenti Addizionatore Moltiplicatore Ecc. 17/23 Unità di Controllo Gestisce la ALU indicandole di volta in volta il tipo di operazione da compiere Gestisce il trasferimento dei dati dalla memoria verso il processore e viceversa Gestisce le periferiche di input/output Gestisce i registri 18/23

10 Componenti della CPU all opera Per eseguire un operazione (addizione) su dei dati che si trovano in memoria principale l Unita di Controllo deve: Trasferirli dalla memoria ai registri interni Attivare gli opportuni circuiti nella ALU Predisporre i registri che dovranno contenere i risultati L ALU effettua l operazione richiesta e deposita i risultati nei registri indicati dall unita di controllo ALU CPU Unità di controllo Registro Registro Registro 19/23 Trasferimento dati da e verso la CPU: Il BUS di sistema CPU ALU Unità di controllo BUS RAM Registro Registro Registro Il BUS di sistema non e altro che un insieme di fili metallici con il compito di trasmettere impulsi elettrici (bit) tra i vari componenti del computer Il BUS viene suddiviso in: BUS di indirizzi BUS di dati 20/23

11 CPU Esempio di lettura da una cella Cella ALU Unità di controllo BUS - indirizzi RAM Indirizzo BUS - dati Registro Registro Registro Per reperire un dato da un cella della memoria principale l Unita di Controllo specifica l indirizzo della cella alla RAM attraverso il BUS indirizzi (rosso) La RAM attiva i circuiti corrispondenti e fornisce i dati contenuti nella cella attraverso il BUS di dati (blu) 21/23 Gli step di una addizione C = A + B Unità di controllo: fornisce alla RAM l indirizzo della cella ove e contenuto A (BUS indirizzi) Unità controllo: copia A nel registro R1 (BUS dati) Unità di controllo: fornisce alla RAM l indirizzo della cella ove e contenuto B (BUS indirizzi) Unità controllo: copia B nel registro R2 (BUS dati) Unità di controllo: dice alla ALU di effettuare la somma ALU: somma il contenuto di R1 con R2 e lo deposita nel registro R3 Unità controllo: fornisce alla RAM l indirizzo della cella dove dovrà essere scritto C (BUS indirizzi) Unità controllo: copia il contenuto di R3 nella cella della RAM (BUS dati) 22/23

12 Sincronizzazione Le operazioni della CPU devono essere sincronizzate con le operazioni delle altre componenti che costituiscono il calcolatore Clock di sistema (orologio di sistema) determina la durata dell intervallo di tempo necessario per una singola operazione All interno di tutti i componenti il tempo e scandito dallo stesso orologio di sistema Il clock di sistema determina la velocità di un calcolatore Es: un processore a 3 GHz avrà un clock di sistema che invia ai suoi componenti un segnale temporale ogni 3 miliardesimo di secondo ad ogni segnale il processore compie un istruzione 23/23