Corso di Architettura degli Elaboratori

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1 Corso di Architettura degli Elaboratori Introduzione: linguaggi, livelli e macchine virtuali Dipartimento di Informatica Università degli Studi di Torino C.so Svizzera, 185 I Torino baldoni@di.unito.it ~baldoni 1 Chi sono e come contattarmi Dipartimento di Informatica Università degli Studi di Torino Corso Svizzera, 185 I Torino (ITALY) baldoni@di.unito.it URL: ~baldoni Tel.: Fax.: Pagina del corso: ~baldoni/didattica/ Sono nato a Torino nel 1968, nel febbraio 1993 mi sono laureato in Scienze dell Informazione e nel febbraio 1998 sono diventato Dottore in Ricerca in Informatica. Dal luglio 1999 sono ricercatore in informatica presso il Dipartimento di Informatica dell Università degli Studi di Torino. 2

2 Bibliografia Il libro di testo Andrew S. Tanenbaum. Architettura dei computer, un approccio strutturato. UTET Libreria, ,80. Andrew S. Tanenbaum Altre letture D. A. Patterson, J. L. Hennessy. Architettura dei computer: un approccio quantitativo. Jackson Libri, ,50. 3 L`esame L'esame sarà scritto Per superare lo scritto è necessario studiare sul libro di testo (i lucidi che saranno messi a disposizione non lo sostituiscono) Stesse modaltà sia per il corso A che il corso B Il corso A è per chi ha il cognome dalla lettera A alla lettera K 4

3 Ricordarsi che potete chiedermi ed interrompermi se qualcosa non vi è chiaro o avete domande in genere sono buono e comprensivo ma... se farete rumore o disturberete posso incavolarmi e... 5 Obiettivi del corso Lo studio dell'architettura dei calcolatori Come è organizzato un calcolatore? Nel libro sono discussi: Pentium II UltraSPARC Java Chip Ma questo non è un corso di hardware!! 6

4 Livelli come astrazioni Un computer è una macchina programmabile, tuttavia esso non è direttamente utilizzabile da parte degli utenti poiché richiederebbe la conoscenza sull organizzazione fisica della specifica macchina e del suo linguaggio macchina? Utente?? Ogni machina avrebbe le sue differenti caratteristiche Il linguaggio macchina è estremamente complicato e non di facile gestione Linguaggio Macchina 7 Livelli come astrazioni In altre parole desideriamo astrarci dai dettagli fisici della macchina in oggetto e dal suo specifico linguaggio macchina Utente L idea è quella di realizzare al di sopra della macchina reale una macchina virtuale astratta che abbia le funzionalità desiderate e che sia facile da utilizzare per l utente L utente interagisce con la macchina virtuale, ogni comando viene poi tradotto nei corrispondenti comandi sulla macchina fisica Software traduzione in LM Linguaggio Macchina La macchina virtuale è realizzata mediante software (programmi) Macchina Virtuale 8

5 Livelli come astrazioni La macchina virtuale viene realizzata in genere mediante il software di base: Sistema Operativo: file system, memoria, cpu, risorse ausiliarie, comunicazione Linguaggi e ambienti di programmazione ad alto livello: interpreti e compilatori Utente Software traduzione Software traduzione in LM Non vi sono limiti al numero e al tipo di macchine virtuali che possono essere realizzate Linguaggio Macchina In genere nelle macchine moderne sono strutturate su più livelli (struttura a cipolla) Macchina Virtuale Macchina Virtuale 9 Livelli come astrazioni Un browser è un programma Utente Un browser interpreta il linguaggio HTML e visualizza le pagine sullo schermo Per la visualizzazione delle pagine un browser che per farlo si appoggia al software di base BROWSER traduzione Software traduzione in LM Il software di base si appoggia alla macchina fisica per realizzare effettivamente il rendering della pagina su video Linguaggio Macchina Macchina Virtuale Macchina Virtuale 10

6 Interpretazione Sparc/Solaris Codice Sorgente MacOS Sparc/Solaris Apple Intel/GNU-Linux (JavaScript, Scheme, Prolog): Interazione. Più facile modificare un programma durante l'esecuzione Intel/GNU-Linux Intel/Windows 11 Interpretazione Affinché le due persone di lingua diversa possano dialogare tra di loro (nel caso nessuna delle due conosca la lingua dell altro) è necessario che qualcuno interpreti (traduca sul momento) quanto dice una persona nella propria lingua nella lingua di chi ascolta Si interpreta quando è necessario una stretta interazione, quando si desidera dialogare e non solo trasmettere un messaggio 12

7 Traduzione o compilazione Compilatore Sparc/Solaris binario Codice Sorgente Compilatore MacOS binario Sparc/Solaris Apple Compilatore Intel/GNU-Linux binario Compilazione (Pascal, C, Ada, C++): Efficienza di esecuzione. Il codice generato dal compilatore può essere ottimizzato, perché la compilazione è fatta una sola volta Intel/GNU-Linux Intel/Wind 13 Traduzione o compilazione La traduzione è adatta per comunicare messaggio, come ad esempio una lettera Anche per effettuare una traduzione è necessario l intervento di qualcuno che sia in grado di comprendere le frasi di un linguaggio e riportarle in un altro ma questo può operare in tempi separati rispetto la scrittura del messaggio e la sua lettura La lettura è più rapida e semplice, il traduttore ha senz altro avuto tempo per meglio adattare il testo ma si penalizza l interattività 14

8 Soluzione mista: Java Soluzione mista (Java): Portabilità. Per eseguire un programma su macchine diverse è sufficiente implementare l'interprete del linguaggio intermedio, e non tutto il compilatore Java/Solaris Sparc/Solaris bytecode Java/MacOS Apple Codice Sorgente Compilatore Java Java/GNU-Linux Java/PalmOS Intel/GNU-Linux Intel/Wind Palm 15 Panoramica del corso Organizzazione strutturata del calcolatore Studieremo i livelli 0, 1, 2 Nel secondo anno studierete il livello 3 e 4 Nel primo e secondo trimestre avete incominciato a studiare il livello 5 (alcuni con me...) 16

9 Panoramica del corso L'insieme di tipi di dati, operazioni e caratteristiche di ogni livello si chiama architetura Lo studio dei come progettare le parti di un sistema che sono visibili ai programmatori si chiama architettura dei calcolatori Architettura sinonimo di organizzazione 17 Livelli di macchine HARDWARE E SOFTWARE SONO LOGICAMENTE EQUIVALENTI 18

10 Hardware Software Potremmo anche simulare l'hardware di un intero computer via software Un esempio è la 'vmware workstation' Una virtual machine che simula l'hardware di un PC! 19 Hardware Software Tale software permette di installare un sistema operativo senza nessuna differenza con una installazione su un vero computer Windows 2000 GNU/Linux RedHat 20