Von_Neumann - istruzioneonline

Elaboratore Elettronico
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3)
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Hardware e Software
Modello di Von Neumann – schema e componenti funzionali.
Periferiche ed interfacce I/O
Memoria centrale
a) Ram
b) Rom
c) Cache di primo livello e di secondo livello
5) CPU a) Unità di controllo
b) Unità aritmetico logica
c) Registri (Cache di primo livello)
Hardware e Software
Un elaboratore elettronico è costituito da due elementi fondamentali:
Hardware –
Software -
Tutto ciò che in un elaboratore elettronico ha consistenza fisica: Circuiti
elettronici digitali o analogici e dispositivi di I/O
Tutto ciò che in un calcolatore non ha consistenza fisica: Applicazioni,
Sistema Operativo e Documenti.
Macchina di Von Neumann
Il primo calcolatore con programmi memorizzabili fu progettato da Von Neumann intorno al 1945.
Lo schema di Von Neumann è ancora oggi utile a descrivere in modo semplificato il funzionamento
dei moderni eleboratori elettronici.
In questo schema la CPU (Central Processing Unit) ha la funzione di eseguire le applicazioni.
(Un'applicazione è un insieme ordinato di istruzioni).
Le applicazioni e i documenti sono memorizzati stabilmente nella memoria di massa. La memoria
di massa (Hard Disk) è una periferica indicata in figura come Memoria secondaria.
Perché un'applicazione possa essere eseguita dal processore, deve essere trasferita nella memoria
centrale.
L'utente può utilizzare l'elaboratore elettronico grazie ad un insieme programmi chiamato Sistema
Operativo.
Il computer comunica con il mondo esterno attraverso le periferiche di input e di output. Le
interfacce sono necessarie perché la macchina comprende soltanto la codifica digitale (codifica
numerica binaria) mentre l'utente comprende soltanto la codifica analogica ( significati codificati in
una forma).
Tutti gli elementi della macchina di Von Neumann hanno accesso ad un unico canale di
comunicazione chiamato Bus di Sistema. L’utilizzo del bus garantisce la modularità e
l’espandibilità del calcolatore.
Memoria Centrale
La memoria centrale è costituita da due tipi di memoria:
- RAM
- ROM
(random access memory)
(read only memory)
RAM
E' la memoria di lavoro del processore ==>
La RAM è volatile
==>
In essa vengono conservati i dati in corso di
elaborazione e le istruzioni del programma in
esecuzione (perciò tutti i dati durante un’intera
sessione di lavoro).
Le informazioni contenute nella RAM si cancellano quando si toglie
l'alimentazione.
La RAM è costituita da locazioni di memoria chiamate BYTE (8 bit)
Ogni BYTE ha un suo indirizzo progressivo.
La capacità di memoria della RAM si misura in Byte.
1kiloByte
==>
210 Byte
1MegaByte
==>
220 Byte
1GigaByte
==>
230 Byte
La comunicazione tra processore e RAM avviene attraverso il bus di sistema che però rallenta
l'accesso alle informazioni.
La cache di primo livello è una memoria ram molto veloce, di piccole dimensioni ed interna al
processore stesso.
La cache di secondo livello è esterna al processore ma è accessibile senza passare per il bus.
I tempi di accesso alla Cache Memory sono ridotti anche perché non viene utilizzato il bus per la
trasmissione dei dati.
ROM
(Read Only Memory)
La memoria ROM non è volatile
===> Le informazioni contenute nella ROM non si perdono
quando si toglie l'alimentazione.
La ROM serve a contenere i dati
necessari all'avvio del computer
==>
I dati più importanti contenuti nella ROM
Quando il computer viene acceso, il processore cerca le
prime istruzioni da eseguire nella memoria ROM
A)
Il bios
B)
Il Bootstrap
Il bios serve a controllare le interfacce con le periferiche di Input/Output
Il Bootstrap serve a caricare in memoria RAM il sistema operativo.
5
Central Processing Unit
La CPU (o microprocessore) è l'esecutore dei
programmi.
Un programma è costituito da un insieme
ordinato di istruzioni.
L'istruzione da eseguire viene prelevata dalla
RAM attraverso il bus di sistema e viene
memorizzata in un registro all'interno del
processore.
Ogni istruzione contiene un OPCODE (codice operativo) e gli eventuali operandi
l'esecuzione avviene in tre fasi:
fetch
Il processore preleva l'istruzione da eseguire
decodifica
Il processore decodifica il codice operativo per determinare quale operazione
deve essere eseguita.
esecuzione
Il processore esegue l'operazione indicata dall'opcode
Tutte le operazioni vengono coordinate dall'Unità di Controllo (CU) che è sincronizzata da un
circuito di Clock. Tale circuito opera ad una frequenza superiore al Ghz, cioè genera più di un
miliardo di impulsi al secondo. L'esecuzione della singola istruzione richiede più cicli di clock.
L'ALU è l'elemento che esegue le operazioni aritmetiche, le operazioni logiche (somma logica,
prodotto logico e negazione ) e le operazioni relazionali (cioè controlla se un numero è maggiore
minore o uguale ad un altro).