Architettura di von Neumann

Documenti analoghi
Il calcolatore. È un sistema complesso costituito da un numero elevato di componenti. è strutturato in forma gerarchica

Elementi di informatica

Elementi di informatica

Corso di Fondamenti di Informatica Elementi di Architettura

Architettura dei calcolatori

L ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI. Il processore La memoria centrale La memoria di massa Le periferiche di I/O

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE! Ispirata al modello della Macchina di Von Neumann (Princeton, Institute for Advanced Study, anni 40).!

Componenti principali. Programma cablato. Architettura di Von Neumann. Programma cablato. Cos e un programma? Componenti e connessioni

Componenti principali

Lezione 1: L hardware

Introduzione all'architettura dei Calcolatori

Università degli Studi di Cassino Corso di Fondamenti di Informatica Elementi di Architettura. Anno Accademico 2010/2011 Francesco Tortorella

Secondo l architettura di Von Neumann il bus rappresenta il punto di interconnessione di tutti i componenti del calcolatore.

Componenti e connessioni. Capitolo 3

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

La CPU e la Memoria. Sistemi e Tecnologie Informatiche 1. Struttura del computer. Sistemi e Tecnologie Informatiche 2

Struttura di un elaboratore

Programma del corso. Introduzione Rappresentazione delle Informazioni Calcolo proposizionale Architettura del calcolatore Reti di calcolatori

Architettura di Von Neumann. Architettura di Von Neumann. Architettura di Von Neumann INFORMATICA PER LE DISCIPLINE UMANISTICHE 2 (13042)

Macchina di von Neumann/Turing

ARCHITETTURA DI UN CALCOLATORE ELETTRONICO

Architettura hardware

Architettura di Von Neumann

Il computer. Architettura

Corso di Alfabetizzazione Informatica 2001/2002. La CPU. F. Tortorella Università degli Studi. di Cassino

Architettura dei calcolatori

Architettura del calcolatore

Architettura del Calcolatore

Programmazione A.A Architettura dei Calcolatori. ( Lezione V ) Componenti hardware e loro schema funzionale

LA GESTIONE DELLA I/O

Il processore. Istituzionii di Informatica -- Rossano Gaeta

Sistemi di numerazione

Lezione 22 La Memoria Interna (1)

Architettura dei Calcolatori Elettronici

Architettura degli Elaboratori

Il modello di Von Neumann

Lezione 3: Architettura del calcolatore

Fondamenti di Informatica

Architettura dei computer

La macchina di Von Neumann

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

Esame di INFORMATICA Lezione 4

Architettura dei calcolatori. Architettura dei calcolatori. Cos'è un computer?

Microelettronica Corso introduttivo di progettazione di sistemi embedded

Architettura hardware

Organizzata secondo il modello della macchina di von Neumann definita nei tardi anni 40 all Institute for Advanced Study di Princeton.

Architettura di un elaboratore. Il modello di von Neumann

La memoria principale

Componenti di un processore

Architettura degli Elaboratori

Architettura degli Elaboratori

ARCHITETTURA DI UN SISTEMA DI ELABORAZIONE

Note sull architettura del calcolatore

Architettura dei Calcolatori

Architettura generale del calcolatore Hardware (tutto ciò che e tangibile) Software (tutto ciò che non e tangibile)

Modulo: Elementi di Informatica

Architettura dei calcolatori e Software di sistema

Corso di Calcolatori Elettronici I. Memorie. Prof. Roberto Canonico

Sottosistemi ed Architetture Memorie

Sistemi e reti CPU Concetti di base

Struttura dell elaboratore elettronico

Memoria cache. Memoria cache. Miss e Hit. Problemi. Fondamenti di Informatica

Il modello di von Neumann

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

Struttura del calcolatore

Informatica di Base - 6 c.f.u.

Lezione 15. L elaboratore Elettronico

Il sistema di elaborazione

Ispirata al modello della Macchina di Von Neumann (Princeton, Institute for Advanced Study, anni 40).

Il Processore: l unità di controllo

Il computer P R O F. L O R E N Z O P A R I S I

Capitolo 5 Elementi architetturali di base

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

Architettura dei calcolatori

Informatica A.A. 2006/2007. Università degli Studi di Catania. Giuseppe Nicosia

Il Processore. Informatica di Base -- R.Gaeta 27

G L O S S A R I O. Fondamenti di Informatica I - Università degli Studi di Trento Dott. Roberti Pierluigi

Input/Output (Cap. 7, Stallings)

2. Architettura di un calcolatore

Introduzione all Architettura dei Calcolatori Elettronici

Memoria cache, interrupt e DMA

Architettura di un Computer

Lezione 2 Chiamate di procedura e risposta alle interruzioni

Lez. 4 L hardware. Prof. Pasquale De Michele Gruppo 2

Elementi di base del calcolatore

Architettura di un calcolatore e ciclo macchina. Appunti per la classe 3 Dinf

Informatica e Bioinformatica anno 2013/2014

Struttura di un sistema di elaborazione. SDE: basi. Descrizione dei componenti (2) Descrizione delle componenti

Il Microprocessore. Modello di Von Neumann

Tecnologie per il web e lo sviluppo multimediale. Sistemi per l elaborazione delle informazioni

CODIFICA DI CARATTERI

Informatica. Informazione L Informazione è un dato, o un insieme di dati, interpretati in un determinato contesto.

Computer e Programmazione

Il Modello di von Neumann (2) Prevede 3 entità logiche:

Introduzione al funzionamento di un calcolatore elettronico

SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI

Fondamenti di Informatica

INFORMATICA GENERALE

Transcript:

Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 Architettura di von Neumann Stefano Ferrari UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO DIPARTIMENTO DI TECNOLOGIE DELL INFORMAZIONE Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 1/26 Scomposizione funzionale Il calcolatore può essere descritto scomponendolo iterativamente in una gerarchia di sottosistemi. Ogni componente: è responsabile di una funzionalità; interagisce con gli altri componenti e con l ambiente; è, a sua volta, dotato di una struttura interna. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 2/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 1

Funzionalità principali Le funzionalità principali sono: scambio dati con l esterno; memorizzazione; elaborazione; controllo. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 3/26 Trasferimento dati È la funzionalità che consente di scambiare dati con l esterno: input/output(i/o). Si realizza mediante: dispositivi di I/O; connessione in rete. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 4/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 2

Memorizzazione Vi sono almeno due tipi di memorizzazione: a breve termine; a lungo termine. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 5/26 Elaborazione Risulta come compromesso tra le diverse caratteristiche di un calcolatore: flessibilità; modularità; scalabilità; standardizzazione; costo; semplicità; disponibilità di applicazioni. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 6/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 3

Controllo È esercitato da: utente(ad alto livello); CPU(a basso livello); unità di controllo(a bassissimo livello). Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 7/26 Calcolatore programmabile Il calcolatore è una macchina estremamente flessibile: le funzionalità vengono fornite dall hardware; la specializzazione viene fornita dal software. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 8/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 4

Architettura di von Neumann La cosidetta architettura di von Neumann si compone di: una unità elaborazione centrale(central Processing Unit CPU); un dispositivo di memoria, costituito da un insieme di elementi identificabili tramite il loro indirizzo; alcuni dispositivi, detti periferiche, per l interazione con l esterno; una linea di interconnessione, detta bus, con modalità master/slave. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 9/26 CPU È il componente principale, a cui sono affidate le funzioni di: controllo; coordinamento; elaborazione. La tecnologia realizzativa è la microelettronica, le CPU vengono chiamate microprocessori. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 10/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 5

Memoria centrale La memoria centrale: ospita i dati coinvolti nell elaborazione(talvolta anche quelli delle periferiche); è costituita da insieme di celle adiacenti, ognuna delle quali è identificata da un indirizzo numerico. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 11/26 Periferiche Le periferiche: interagiscono con l utente(e l ambiente); comunicano tramite l interfaccia di I/O. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 12/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 6

Bus Ilbusèunalineaacuisonocollegate contemporaneamente diverse unità: lacpusvolgeilruolodimaster; le altre unità funzionano da slave. Architettura master/slave vantaggi semplicità; estendibilità; standardizzabilità; svantaggi lentezza; capacità del canale limitante; sovraccarico CPU. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 13/26 Bus Sul bus transitano informazioni di tre tipi: dati; indirizzi; segnali di controllo. Esse viaggiano su linee separate. Pertanto, il bus è scomponibile in: bus dati; bus indirizzi; bus controllo. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 14/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 7

Esecutore L idea fondamentale ancora oggi seguita nella realizzazione dei sistemi di calcolo: codificare le istruzioni in forma numerica; inserirle nella memoria centrale. Nella macchina di von Neumann: dati e istruzioni memorizzati in un unica memoria che permette lettura e scrittura; la memoria è costituita da celle uguali, indirizzate dalla loro posizione; le istruzioni vengono eseguite in modo sequenziale. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 15/26 Linguaggio macchina I programmi vengono codificati in un linguaggio detto linguaggio macchina, o assembly, caratterizzato da: assenza di struttura o tipo di dato; istruzioni semplici e in numero ridotto; istruzioni composte dall identificativo dell operazione più eventuali operandi: esempio: <Somma> <Reg1> <Reg2>. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 16/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 8

Codice operativo Il codice operativo è il valore numerico che identifica l operazione effettuata da una istruzione assembly. Sihache: CPU della stessa famiglia hanno lo stesso codice operativo; CPU di diversi produttori possono adottare lo stesso codice operativo(compatibilità). Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 17/26 Esecuzione del programma Quandoilprogrammaeidatirisiedonoinmemoria,la CPU opera in modo ciclico: viene recuperata dalla memoria l istruzione da eseguire(fetch); viene decodificata(decode); vengono eseguite le operazioni che compongono l istruzione(execute). Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 18/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 9

CPU È composta da: ALU(Arithmetic-Logic Unit) registri: Program Counter(PC) bus dati bus indirizzi bus controllo MDR MAR Instruction Register(IR) Memory Address Register(MAR) IR UC PC PSW Memory Data Register(MDR) Processor Status Word(PSW) Registri di lavoro unità di controllo CPU REG 1... REG N b a d ALU c e Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 19/26 Fetch Nella fase di fetch: 1.l UCmettePCinMAR; 2.l UCmetteilcomandodi lettura sul bus controllo; bus dati bus indirizzi bus controllo MDR IR UC MAR PC PSW 3.MDRvienemessoinIR incremento di PC. CPU REG 1... REG N b a d ALU c e Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 20/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 10

Memoria Si divide in: memoria centrale; memoria di massa. Si classifica per: velocità d accesso; densità; volatilità; costo per bit. Diverse tecnologie hanno caratteristiche diverse. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 21/26 Gerarchia di memoria Dalla più rapida alla più lenta: memoria interna alla CPU: registri, cache(a volte è esterna,manonpassaperilbus); memoria interna al calcolatore: memoria centrale; memoria esterna al calcolatore: memoria di massa (dischi, nastri). L uso della della cache è motivato dalle proprietà di località spaziale e temporale degli accessi a memoria. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 22/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 11

Periferiche Modalità: seriale(usb, Firewire, Bluetooth); parallela. Interfaccia di I/O è composta da: registro dati; registro di controllo; registro di stato. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 23/26 Controllo delle periferiche Ci sono due modalità di controllo delle periferiche: in modalità memory mapped, la CPU accede ai registri della periferica con un operazione di lettura o scritturainmemoria,malofainindirizzichela memoria non riconosce come propri; tramite istruzioni dedicate, previste nell instruction set della CPU. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 24/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 12

Modalità di I/O Gestione I/O a controllo di programma: la CPU controlla direttamente lo stato della periferica (polling). Gestione I/O a interrupt: la periferica avvisa la CPU. Gestione I/O tramite DMA: la CPU controlla il controllore DMA. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 25/26 Approfondimento Istruzioni particolari possono alterare il prelievo delle istruzioni da celle consecutive(e quindi la sequenzialità): istruzioni di salto; istruzioni di chiamata a sotto-programmi; istruzioni di interruzione. Stefano Ferrari Università degli Studi di Milano Fondamenti di Informatica per la Sicurezza Architettura di von Neumann a.a. 2008/09- p. 26/26 Stefano Ferrari Fondamenti di Informatica per la Sicurezza a.a. 2008/09 13