Sintesi Calcolatori Elettronici

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1 Sintesi Calcolatori Elettronici Unità di misura Byte 1 2 KiloByte MegaByte GigaByte TeraByte Byte = 8 bit Complemento a 1 I numeri positivi vengono rappresentati con la normale rappresentazione posizionale. Per rappresentare un numero negativo, lo rappresento prima come se fosse positivo e poi inverto tutti i bit. Complemento a 2 I numeri positivi vengono rappresentati con la normale rappresentazione posizionale. Per rappresentare un numero negativo, lo rappresento prima come se fosse positivo e poi inverto tutti i bit a partire dal primo 1 (escluso) che incontro, scorrendo il numerale da destra a sinistra (dal bit meno significativo al più significativo). Eccesso Prendo il numero e lo rappresento in complemento a 2, poi inverto il bit più significativo. Notazione in virgola mobile (standard IEEE 754) A singola precisione (32 bit): 1 bit per il segno, 8 bit per l esponente, 23 bit per la mantissa. A doppia precisione (64 bit): 1 bit per il segno, 11 bit per l esponente, 52 bit per la mantissa. Per rappresentare un numero in virgola mobile, il primo bit rappresenta il segno (in genere 1 per dire che è negativo e 0 per dire che è positivo). Quindi prendo il numerale di partenza e scrivo o 1 o 0 a seconda se sia negativo o positivo. Poi prendo il modulo del numerale di partenza e conto (partendo da 0) fino a trovare la posizione dell ultimo 1 (partendo a contare da destra verso sinistra). Il numero ottenuto è l esponente che quindi andrò a rappresentare in binario con la notazione data (in genere è con l eccesso, perciò calcolo il complemento a due del numero e inverto il bit più significativo). Poi prendo i bit seguenti al primo uno e questi andranno a formare la mantissa, prendo tante cifre binarie quanti sono i bit a disposizione per la mantissa (se ho meno cifre di quelle richieste dalla mantissa aggiungo degli 0). L errore assoluto è dato dai bit avanzati (che non ho messo nella mantissa) convertiti in decimale con il classico sistema posizionale. Aumentando l esponente si aumenta l intervallo di rappresentazione. Aumentando la mantissa si aumenta la precisione di rappresentazione (cioè c è un arrotondamento minore). Il valore della mantissa si calcola sommando 2 (che è il valore dell 1 prima della virgola) più i vari 2 dove rappresenta la posizione (partendo da 1 e contando da sinistra verso destra) dei vari 1 che si incontrano.

2 L errore assoluto è pari a 2 dove rappresenta la posizione del primo 1 (tra i bit esclusi dalla mantissa) che si incontra partendo a contare da uno da sinistra verso destra (quindi da dopo la virgola). Distanza di Hamming Per rilevare d errori occorre una distanza di Hamming pari a: 1 Per correggere d errori occorre una distanza di Hamming pari a: 21 Il numero di check bit necessari a rilevare un errore singolo non cresce con la lunghezza complessiva della codifica. Il numero di check bit necessari a correggere un errore singolo cresce con la lunghezza complessiva della codifica. La percentuale di bit di controllo rispetto alla lunghezza complessiva di un codice a correzione di errore singolo diminuisce all'aumentare della lunghezza del codice. Architetture RISC - Prestazioni migliori rispetto alle architetture CISC perché l hardware esegue direttamente le istruzioni - Repertorio di istruzioni ristretto (alcune decine) - Istruzioni prevalentemente sui registri - Una istruzione per ciclo macchina (= percorso dati) - Il livello della microprogrammazione non esiste - Esiste un numero molto limitato di istruzioni che fanno riferimento alla RAM - Le istruzioni macchina di tipo aritmetico non fanno riferimento a dati memorizzati in locazioni di memoria, ma a dati memorizzati in registri. - Un linguaggio macchina per un microprocessore con architettura CISC non può essere implementato su un'architettura RISC. Architetture CISC - Interpretazione delle istruzioni tramite microprogramma - Repertorio di istruzioni esteso (alcune centinaia) - Istruzioni anche riguardanti la memoria RAM - Molti cicli macchina per istruzione (perché un istruzione viene scomposta in tante microistruzioni) - Non è possibile programmare al livello delle microistruzioni - In fase di compilazione, non è possibile tradurre un programma di alto livello in una sequenza di microistruzioni. - Un linguaggio macchina per un microprocessore con architettura RISC può essere implementato su un'architettura CISC. Latenza E il tempo per eseguire un istruzione (ovvero il tempo per attraversare la pipeline). Indicando con il numero di stadi della pipeline si può dire che la latenza è pari a: Ampiezza di banda L ampiezza di banda è il numero di istruzioni completate per unità di tempo e si misura in MIPS (milioni di istruzioni per secondo). L ampiezza di banda è pari a: 1000/ Cache Hit Ratio

3 Indica la percentuale di successo a trovare un dato in memoria. Se un dato viene letto volte: 1 Tempo medio di accesso alla memoria per quel dato: 1 Dove è il tempo di accesso alla cache e è il tempo di accesso alla memoria principale (RAM). Dischi RAID In un RAID di livello 3 se si rompe il disco di parità è comunque possibile recuperare i dati. Memorie secondarie

4 In una unità disco un cilindro è l'insieme delle tracce alla stessa distanza dal centro. Il burst rate di un unità a disco è la velocità con cui si possono leggere i dati dopo essersi posizionati sul primo bit. Il Sustained rate, è la velocità di trasferimento in un certo intervallo. Il tempo di seek è il tempo che le testine impiegano per posizionarsi sul cilindro desiderato. Il tempo di latency è lo spostamento sul settore desiderato. Sui cavi SCSI i dati vengono trasmessi parallelamente (8 linee per i dati + 1 per la parità). Il tempo di latenza di un'unità a disco è il tempo di spostamento del settore desiderato di una traccia sotto la testina. Proprietà dell algebra booleana Tipologie di memoria RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory) SRAM ( Static RAM) Memoria volatile fatta da flip-flop, molto veloce DRAM (Dynamic RAM) Memoria volatile fatta da condensatori che devono essere continuamente ricaricati per non far disperdere la loro carica. E piuttosto comune ed economica. SDRAM (Synchronous DRAM) E una memoria DRAM sincrona al segnale di clock, ha prestazioni migliori DDR (Double Data Rate) E una particolare SDRAM con una velocità migliore riguardo al trasferimento dati DDR2,DDR3 Memorie dello stesso tipo ancora più veloci

5 PROM (Programmable ROM) Fatta da una griglia di fusibili alcuni dei quali vengono fusi (dal cliente) per creare determinati collegamenti. E una memoria di sola lettura scrivibile una sola volta. EPROM (Erasable PROM) Può essere cancellato il suo contenuto grazie a dei raggi ultravioletti e quindi riscritta più volte. EEPROM Cancellabile elettricamente Flash Memory Simile alla EEPROM con un massimo di riscritture Bus e processori Il bus PCI può trasmettere fino a 64 bit per volta. Le linee dati e indirizzi sono condivise per poter ridurre il numero di pin. Si possono collegare fino a 127 dispositivi per un bus USB. Nei bus di memoria dei Pentium, essendo strutturati a pipeline, possono avvenire fino a 8 transazioni contemporaneamente, mentre nei bus PCI solo una alla volta. Anche nell I7 possono avvenire più transazioni (fino a 4 contemporaneamente). Il bus AGP adotta una tecnica di pipeling. La comunicazione lungo un bus PCI Express non è basata su un meccanismo di pipeline.