La macchina di Von Neumann. Archite(ura di un calcolatore. L unità di elaborazione (CPU) Sequenza di le(ura. Il bus di sistema



Documenti analoghi
CPU. Maurizio Palesi

Architettura del calcolatore

Il processore. Il processore. Il processore. Il processore. Architettura dell elaboratore

Introduzione alle tecnologie informatiche. Strumenti mentali per il futuro

I Thread. I Thread. I due processi dovrebbero lavorare sullo stesso testo

Lezione 3: Architettura del calcolatore

C. P. U. MEMORIA CENTRALE

Introduzione. Classificazione di Flynn... 2 Macchine a pipeline... 3 Macchine vettoriali e Array Processor... 4 Macchine MIMD... 6

UNITÀ DI ELABORAZIONE (CPU) UNITÀ DI ELABORAZIONE (CPU) Opcode OpCode Operazione

CALCOLO PARALLELO SUPERARE I LIMITI DI CALCOLO. A cura di Tania Caprini

Struttura del calcolatore

Università degli Studi G. d'annunzio C.L. Economia e Informatica per l'impresa. Sistemi Operativi e Reti A.A. 2014/2015 prof.

Calcolatori Elettronici

Architettura di un calcolatore

Architettura hardware

Programma ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE MACCHINA DI VON NEUMANN CPU & MEMORIA UNITÀ DI ELABORAZIONE (CPU) Questa settimana:

Laboratorio di Informatica

CPU pipeline 4: le CPU moderne

Calcolo numerico e programmazione Architettura dei calcolatori

Laboratorio di Informatica Corso di Laurea in Matematica A.A. 2007/2008

ARCHITETTURA DI UN PERSONAL COMPUTER

La memoria centrale (RAM)

Architettura dei calcolatori

Fondamenti di informatica: un po di storia

Calcolatori Elettronici

Esame di INFORMATICA

Architettura hw. La memoria e la cpu

L unità di elaborazione pipeline L unità Pipelining

CPU pipeline 4: le CPU moderne

Dispensa di Informatica I.1

Vari tipi di computer

Le prestazioni di un sistema informatico

La Gestione delle risorse Renato Agati

Von Neumann. John Von Neumann ( )

1.4a: Hardware (Processore)

SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI

Il Sistema Operativo. Di cosa parleremo? Come si esegue un programma. La nozione di processo. Il sistema operativo

Dispensa di Fondamenti di Informatica. Architettura di un calcolatore

In realtà, non un solo microprocessore, ma un intera famiglia, dalle CPU più semplici con una sola pipeline a CPU molto complesse per applicazioni ad

I componenti di un Sistema di elaborazione. CPU (central process unit)

Informatica - A.A. 2010/11

Il Processore: i registri

Introduzione all'architettura dei Calcolatori

Contenuti. Visione macroscopica Hardware Software. 1 Introduzione. 2 Rappresentazione dell informazione. 3 Architettura del calcolatore

INFORMATICA. Il Sistema Operativo. di Roberta Molinari

Lezione n.19 Processori RISC e CISC

L architettura di riferimento

DIMENSIONI E PRESTAZIONI

L Architettura di un Calcolatore

Architettura di un computer

Fondamenti di Informatica PROBLEMI E ALGORITMI. Fondamenti di Informatica - D. Talia - UNICAL 1

Definizione Parte del software che gestisce I programmi applicativi L interfaccia tra il calcolatore e i programmi applicativi Le funzionalità di base

Unità Periferiche. Rete Di Controllo

Estensioni all architettura di Von Neumann

Interpreti e compilatori La macchina di Von Neumann

Approccio stratificato

Architettura del computer (C.Busso)

Input/Output. Moduli di Input/ Output. gestiscono quantità di dati differenti a velocità diverse in formati diversi. n Grande varietà di periferiche

Funzionalità di un calcolatore

Architettura dei calcolatori I parte Introduzione, CPU

Il Sistema Operativo. Introduzione di programmi di utilità. Elementi di Informatica Docente: Giorgio Fumera

Corso di Sistemi di Elaborazione delle informazioni

L informatica INTRODUZIONE. L informatica. Tassonomia: criteri. È la disciplina scientifica che studia

Il Sistema Operativo. C. Marrocco. Università degli Studi di Cassino

Calcolatori Elettronici A a.a. 2008/2009

Corso di Calcolatori Elettronici I A.A Il processore Lezione 18

ARCHITETTURA DEL CALCOLATORE

Architettura dei computer

CALCOLATORI ELETTRONICI A cura di Luca Orrù. Lezione n.7. Il moltiplicatore binario e il ciclo di base di una CPU

Componenti dell elaboratore

Tecniche di parallelismo, processori RISC

Il sistema di I/O. Hardware di I/O Interfacce di I/O Software di I/O. Introduzione

Anatomia e fisiologia del computer: l architettura del calcolatore

Architettura di un calcolatore: introduzione

INCREMENTO DELLE PRESTAZIONI DI UN PROCESSORE

PROGRAMMAZIONE MODULARE

La macchina programmata Instruction Set Architecture (1)

In un modello a strati il SO si pone come un guscio (shell) tra la macchina reale (HW) e le applicazioni 1 :

Gerarchia delle memorie

Il processore - CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT)

Il computer: primi elementi

PROVA INTRACORSO TRACCIA A Pagina 1 di 6

Ciclo di Istruzione. Ciclo di Istruzione. Controllo. Ciclo di Istruzione (diagramma di flusso) Lezione 5 e 6

introduzione I MICROCONTROLLORI

Pronto Esecuzione Attesa Terminazione

Modulo 1 Test di verifica. Concetti teorici di base delle T.I.C.

Architettura di un sistema di calcolo

Informatica di base. Hardware: CPU SCHEDA MADRE. Informatica Hardware di un PC Prof. Corrado Lai

- Algoritmi ed esecutori di algoritmi - ALGORITMI MACCHINA DI VON NEUMANN

Architetture CISC e RISC

1 Processo, risorsa, richiesta, assegnazione 2 Concorrenza 3 Grafo di Holt 4 Thread 5 Sincronizzazione tra processi

Schedulazione dinamica. Elettronica dei Calcolatori 1

ARCHITETTURA DELL ELABORATORE

Il Sistema Operativo (1)

MODELLO CLIENT/SERVER. Gianluca Daino Dipartimento di Ingegneria dell Informazione Università degli Studi di Siena

Parte IV Architettura della CPU Central Processing Unit

Il Sistema Operativo

Livello logico digitale. bus e memorie

CALCOLATORI ELETTRONICI A cura di Luca Orrù

Informatica. Scopo della lezione

Transcript:

La macchina di Von Neumann rchite(ura di un calcolatore us di sistema Collegamento Unità di Elaborazione (CPU) Memoria Centrale (MM) Esecuzione istruzioni Memoria di lavoro Interfaccia Periferica P 1 Interfaccia Periferica P 2 Memoria di massa, stampante, terminale La macchina di von Neumann L unità di elaborazione (CPU) Indirizzo prox istruzione Registro contatore di programma (PC) Registro interruzioni (INTR) Registro istruzione corrente (CIR) Istruzione in elaborazione Registro di stato (SR) Clock Stato CPU Operazioni Flag: C, Z, S, V aritmetiche e logiche Unità aritmetico logica Registri operandi (LU) Registri generali Unità di controllo (CU) Registro dati (DR) Sincronizzazione Parola letta/da scrivere in MM Registro indirizzi (R) Indirizzo cella MM Controllo: -Prelievo -Decodifica -Esecuzione Registro contatore di programma (PC) Registro interruzioni (INTR) Registro istruzione corrente (CIR) Il bus di sistema Registro di stato (SR) Clock Unità aritmetico logica (LU) Unità di controllo (CU) CPU Passo 3 PC INTR CIR DR 42 Sequenza di le(ura SR Ck R 123 LU CU RED OK 0 Passo 1 Passo 24 123 42 1023 Registro dati (DR) Registro indirizzi (R) Master/slave us dati, us indirizzi, us controlli us di sistema 1

Passo 2 PC INTR CIR DR 70 Sequenza di scri(ura SR Ck R 123 LU CU WRITE OK 0 Passo 1 Passo 35 123 42 Passo 4 1023 70 Estensioni all architettura di von Neumann Problemi con l architettura di von Neumann Legge di Moore L esecuzione dei programmi avviene in sequenza, senza sfruttare le potenzialità di esecuzione in parallelo dei programmi stessi L unità di elaborazione attende una risposta da parte di componenti più lenti La velocità di accesso alla memoria centrale (RM) è bassa rispetto alla velocità elaborazione della CPU (legge di Moore) la legge di Moore mostra il crescente divario tra la velocità dei processori e quella delle memorie Possibili estensioni Eseguire in parallelo le fasi di una istruzione rchitetture Pipeline rchitetture con parallelismo a livello istruzione Usare gerarchie di memorie con costi e prestazioni diversi memoria di massa memoria centrale memoria cache Usare più processori in un unico elaboratore co-processori processori grafici architetture multi-processore dotate di CPU indipendenti rchitetture pipeline e superscalari 2

rchitetture pipeline e con ILP Pipeline: ciascuna fase nell esecuzione di un istruzione è affidata a un dispositivo specifico mentre il processore sta eseguendo un istruzione, può contemporaneamente acquisire e interpretare le istruzioni successive superpipeline: pipeline più lunga rchitetture con ILP: replicano i componenti interni del calcolatore in modo che sia possibile lanciare l esecuzione di più istruzioni in ogni stadio della pipeline Tipologia di ILP: Dinamico: rchitetture superscalari Statico: rchitetture VLIW rchitettura Harvard Memorie per i dati e per le istruzioni sono diverse Stadi della pipeline Stadi della pipeline Fasi necessarie per interpretare ed eseguire un istruzione 1 ISTR. 1 ISTR. 2 ISTR. 3 Esempio 1. Caricamento istruzione 2. Decodifica e preparazione operandi 3. Eventuale lettura di valori dalla memoria o Esecuzione operazione ritmetico Logica 4. Scrittura risultato 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 rchitetture CISC CISC (Complex Instruction Set Computers) il linguaggio macchina contiene un grande numero di istruzioni ogni istruzione è complessa l esecuzione di ogni istruzione richiede più tempo per la CPU rchitetture RISC RISC (Reduced Instruction Set Computers). poche istruzioni semplici è possibile creare pipeline più lunghe e più efficienti i programmi richiedono l esecuzione di molte istruzioni 3

La memoria cache Limitazioni della memoria tradizionale Legge di Moore il tempo di accesso alla memoria è più lento rispetto alla velocità del processore Quando il processore accede alla memoria deve aspettare che i dati di cui ha bisogno vengano caricati dalla memoria il processore spreca cicli di clock in attesa dei dati senza poter fare del lavoro utile si dice che il processore va in stallo Memoria ad alta velocità e di capacità ridotta situata tra la memoria principale e il processore Contiene i dati utilizzati con maggior frequenza dal processore questi dati non devono essere richiamati ogni volta dalla memoria più lenta Possono esistere più livelli di cache Memoria cache Classificazione di Flynn rchitetture di calcolo parallele Un solo flusso di istruzioni Più flussi di istruzioni Un solo flusso di dati SISD MISD Più flussi di dati SIMD MIMD 4

Classificazione di Flynn Memoria distribuita vs. condivisa rchitettura di un sistema SMP SMP e CMP rchitetture CMP dual core Multi-core vs. hyper threading Multi-core: due o più processori (chiamati core) sono presenti sullo stesso chip Hyper-threading: il processore in certi casi è in grado, di eseguire due serie (thread) di istruzioni allo stesso tempo funziona duplicando alcune parti del processore ma non quelle responsabili dell esecuzione delle istruzioni. 5

Superscalar Fine-grained Multithreading Simultaneous Multithreading Comparison of pipeline issue slots in three different architectures 6