Architettura di un elaboratore

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1 Informatica 1 Hardware e Software ing. Luigi Puzone 1 Architettura di un elaboratore Architettura organizzazione logica dei componenti interni della macchina modo in cui questi componenti cooperano per eseguire operazioni più o meno complesse. 2 1

2 Architettura di un elaboratore L architettura di una macchina potrà essere dedotta dalla conoscenza della struttura interna e dal modo in cui è possibile far cooperare le unità fisiche tramite alcune istruzioni, che definiscono il linguaggio macchina 3 Architettura di un elaboratore I computer moderni, dai palmari ai mainframe hanno tutti un architettura interna che deriva da una macchina ideale chiamata macchina di Von Neumann 4 2

3 Input Memoria Output CPU Schema di principio della macchina di Von Neumann 5 Input Output BUS Memoria CPU Schema di principio della macchina di Von Neumann: Bus di comunicazione 6 3

4 Il BUS è il canale di comunicazione che connette la CPU A TUTTI GLI ELEMENTI Il blocco denominato Input serve ad immettere i dati iniziali ed il programma in Memoria, la CPU (sigla inglese dalle iniziali di Central Processing Unit) è il blocco funzionale in cui vengono eseguite le elaborazioni, la Memoria è un dispositivo in grado di memorizzare i dati in ingresso/uscita Il blocco Output è il dispositivo mediante il quale sono resi disponibili i dati in uscita, per esempio su schermo video. 7 La memoria è quel componente del calcolatore in grado di svolgere la funzione di memorizzare. Dovranno poter essere memorizzati: i programmi da eseguire i dati sui quali il calcolatore deve operare i risultati intermedi delle elaborazioni i risultati finali delle elaborazioni 8 4

5 Input Output BUS Memoria ALU CPU CU Schema di principio della macchina di Von Neumann: Bus di comunicazione 9 ll processore (CPU Central Processing Unit) esegue i singoli passi di un programma e comunica attraverso le linee di comunicazione (il BUS) con la memoria e con le di ingresso/uscita. Le componenti fondamentali della cpu sono: unità di controllo; unità aritmetico-logica. 10 5

6 L unità di controllo: organizza e gestisce l elaborazione dei dati; controlla il funzionamento delle altre componenti del computer; l unità aritmetico-logica: esegue i calcoli aritmetici e le operazioni logiche. 11 Le unità di ingresso/uscita (spesso indicate come unità di input/output, spesso abbreviato in unità di I/O) hanno il ruolo di introdurre i dati nell elaboratore e di emetterli all esterno. Sono unità di questo tipo la tastiera, la stampante, il video e tutte quelle unità accessorie che hanno il ruolo di comunicazione tra la macchina e l uomo che la utilizza. 12 6

7 Tra le unità di input, la tastiera consente di immettere dati e programmi nell elaboratore, oppure di formulare richieste o impartire istruzioni alla macchina. Dati e programmi possono essere inseriti nell elaboratore anche tramite altre unità di input quali dischi magnetici, lettori ottici, ecc. Le unità di output riportano i risultati delle elaborazioni nella forma desiderata dall utente stampata, video, magnetica, ecc.); le più comuni sono il video, la stampante e le unità a dischi. 13 Ricapitolando: La è uno schema ideato dal matematico John von Neumann. Lo schema si basa su quattro componenti fondamentali: CPU o unità di lavoro che si divide a sua volta in Unità di calcolo o ALU Unità di controllo Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale (RAM, Random Access Memory) Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore 14 7

8 In questa schematizzazione sintetica quando si parla di unità di memoria si intende la memoria principale, le memorie di massa sono considerate dispositivi di I/O. Il motivo di ciò è innanzitutto storico, in quanto negli anni Quaranta non esistevano ancora hard disk, CD-ROM e i nastri magnetici, I dati da elaborare sono comunque caricati in RAM, (anche se provengono da tastiera o da hard-disk). 15 Leggi di Moore e di Joy Legge di Moore: Il numero di transistor che riusciamo a integrare su un circuito cresce in modo tale da raddoppiare ogni 18 mesi 16 8

9 Leggi di Moore e di Joy In generale la crescita del jnumerio di transistor integrabili questo comporta un incremento della velocità ed efficienza dei processori e delle macchine. legge di Joy: numero di istruzioni eseguibili su un elaboratore cresce secondo la seguente formula: MIPS=2 (anno-1984) 17 9