Calcolatori Elettronici e Sistemi Operativi

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1 Calcolatori Elettronici e Sistemi Operativi modulo Calcolatori Elettronici Prof. Laura Tarantino Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell Informazione Lezione 1 Argomento 3 Conservazione dell informazione: concetti di base Informatica informazione automatica Trattamento automatico dell informazione rappresentazione conservazione elaborazione deleghiamo uno strumento relazione tra dati deve esistere un linguaggio comune tra delegante e delegato 2 1

2 Flusso tradizionale dell informazione ambiente Trasferimento Elaborazione Controllo Memorizzazione 3 La macchina di Von Neumann (1) Sistema di calcolo Dispositivi Input Memoria (passiva) Output Processore (attivo) Central Processing Unit (CPU) 4 2

3 La macchina di Von Neumann (2) Sistema di calcolo Dispositivi Memoria Input Processore Output Unità di calcolo Unità di controllo 5 La memoria - generalità Funzioni: Supporto alla CPU: deve fornire dati ed istruzioni il più rapidamente possibile Archiviazione: deve consentire di archiviare dati e programmi, garantendone la conservazione e la reperibilità anche dopo elevati periodi di tempo Esigenze diverse: velocità per il supporto alla CPU non volatilità e capacità per l archiviazione Tecnologie diverse: elettronica: veloce, ma costosa e volatile magnetica e ottica: non volatile ed economica, ma molto lenta 6 3

4 La macchina di Von Neumann (3) Sistema di calcolo Dispositivi Memoria principale Input Output Processore Unità di calcolo Unità di controllo Memoria secondaria 7 Conservare in memoria - i componenti la memoria principale è una successione ordinata di componenti digitali che possono assumere uno tra due valori e conservarlo stabile nel tempo finché c è alimentazione ogni componente elementare della memoria può rappresentare e conservare un bit 8 4

5 Conservare in memoria - le celle i bit nella memoria sono raggruppati in celle tutte le celle della memoria sono composte dallo stesso numero di bit se una cella è composta da k bit può assumere 2 k configurazioni distinte 8 bit Esempio se una cella è composta da 8 bit (che costituiscono un byte) può assumere 2 8 = 256 configurazioni distinte possiamo ad esempio rappresentare i numeri assoluti nell intervallo [0, 255] 9 Conservare in memoria - gli indirizzi (1) bisogna poter accedere a celle selezionate, e non casualmente ogni cella della memoria viene associata ad un identificatore univoco detto indirizzo della cella se la memoria contiene N celle gli indirizzi vanno da 0 a N-1 8 bit Esempio se abbiamo una memoria con 8 parole gli indirizzi vanno da 0 a

6 Conservare in memoria - gli indirizzi (2) la cella è la più piccola unità di memoria indirizzabile nella maggior parte dei calcolatori una cella è composta da un byte (8 bit) si parla quindi di memoria indirizzabile al byte 11 Conservare in memoria - le parole per la maggior parte delle elaborazioni reali il potere rappresentazionale del byte (255 configurazioni) è insufficiente i byte vengono quindi raggruppati per formare stringhe di bit più lunghe, dette parole tutte le parole della memoria sono composte dallo stesso numero di byte nei calcolatori attuali le parole sono composte da 32 bit (4 byte) 32 bit 12 6

7 Terminologia - unità di misura (1) bit (quantità minima di informazione) 8 bit = 1 byte 16 bit = 2 byte = mezza parola 32 bit = 4 byte = 1 parola 64 bit = 8 byte = parola doppia 13 Terminologia - unità di misura (2) 1 kilobyte = 2 10 byte = 1024 byte 1 megabyte = 2 20 byte = circa un milione di byte 1 gigabyte = 2 30 byte = circa un miliardo di byte 1 terabyte = 2 40 byte = circa mille miliardi di byte 14 7

8 Conservare in memoria - indirizzi (3) l indirizzo della parola è l indirizzo di uno dei suoi byte bit 15 Conservare in memoria - indirizzi (4) Come vengono numerati i byte di una parola? little endian MSB (most significant byte) big endian LSB (least significant byte) Little Endian: Big Endian : la parola ha l indirizzo del byte meno significativo (Intel 80x86) la parola ha l indirizzo del byte più significativo (IBM/Motorola PowerPC, Sparc) 16 8

9 Conservare in memoria - indirizzi (5) Gli indirizzi in memoria sono codificati in binario Con k bit si possono costruire 2 k configurazioni diverse, quindi con un indirizzo da k bit si possono indirizzare: 2 k byte, ossia 2 k /4 = 2 k-2 parole (ricorda: 1 parola = 4 byte) Esempio con 8 bit si possono indirizzare 2 8 = 256 byte, ossia 2 8 /4 = 2 6 = 64 parole 17 Organizzazione della memoria Allineata se tutte le parole iniziano ad indirizzi che sono multipli di 4 Allineata Non Allineata 18 9

10 Conservazione nelle parole di memoria (1) tutte le stringhe sono da 32 bit si ottengono 2 32 configurazioni diverse che possono contenere interi, relativi, reali, caratteri (e istruzioni) Nel caso degli interi assoluti si possono rappresentare i numeri da 0 a = dieci Estensione (solo stringhe a 32 bit): aggiungere zeri in testa non cambia il valore del polinomio 19 Conservazione nelle parole di memoria (2) Nel caso dei relativi = = = = = = = = = = = =

11 Nel caso dei reali: Standard IEEE 754 (1) Precisione singola (una parola) segno mantissa esponente polarizzato significante della mantissa bisogna sottrargli 127 per ottenere l esponente reale l 1 della parte intera è sottinteso visto che è sempre presente polarizzazione num dieci = (-1) segno x (1 + significante) x 2 (esp_pol - 127) (-1) 0 = 1 (-1) 1 = Nel caso dei reali: Standard IEEE 754 (2) Precisione doppia (due parole) segno mantissa esponente polarizzato significante della mantissa (prima parte) significante della mantissa (seconda parte) 32 polarizzazione = 1023 in totale 52 bit per il significante 22 11

12 Nel caso dei reali: Casi speciali non viene aggiunto l 1 della parte intera della mantissa Esponente Significante polarizzato tra 0 e il più piccolo numero normalizzato Oggetto rappresentato tutti 0 tutti 0 0 tutti 0 0 numero denormalizzato tutti 1 tutti 0 +/- infinito tutti 1 0 Not a Number (NaN) altro qualsiasi numero in virgola mobile ad es., dopo divisione per zero dopo operazione non consentita ad es., 0/0 oppure