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Architettura von Neumann
Il modello a cui si rifà la maggior parte degli attuali calcolatori risale ad un lavoro di von
Neumann uscito nel 1946, che tracciava le linee essenziali su cui basare un calcolatore
elettronico.
L’elemento che contraddistingue il modello di macchina di von Neumann è la sua
proceduralità: la macchina si aspetta un programma costituito da un insieme di istruzioni
che le dica cosa fare un istante dopo l’altro.
Un calcolatore, secondo il modello di von Neumann è costituito da una memoria e da un
processore. Nella memoria sono contenuti dati e programmi. Il processore ha il compito di
estrarre le istruzioni del programma dalla memoria , interpretarle ed eseguirle una dopo
l’altra. I dati vengono trasformati dal programma in esecuzione attraverso una successione
di stati l’ultimo dei quali è rappresentato dai risultati.
Canale di comunicazione
Memoria
Processore
bus
programma
dati
Benché ci siano in memoria una quantità di istruzioni e di dati che attendono di essere
elaborati, il processore estrae le istruzioni una alla volta ed elabora i dati uno alla volta.
IL PROCESSORE
Il processore è un interprete del set di istruzioni. Esso contiene al suo interno meccanismi
per :
 Estrarre e decodificare una istruzione dalla memoria ( fase di fetch)
 Eseguire l’istruzione appena estratta ( fase execute)
 Determinare quale sarà la prossima istruzione da estrarre ed eseguire ( di norma
la successiva)
Con questa semplice sequenza di operazioni, eseguita all’infinito, un processore è in
grado di eseguire programmi comunque complessi. Si può osservare che la fase di fetch è
sempre la stessa per tutte le istruzioni, mentre di fasi di execute ne esistono tante quanti
sono i diversi tipi di istruzione.
Istante per istante il processore deve conoscere quale istruzione del programma sta
elaborando, i dati su cui deve operare e quale sarà la prossima istruzione da eseguire:
deve avere inoltre una registrazione precisa dello stato di tutte le risorse a sua
disposizione. Tutte queste informazioni sono in particolari memorie ad alta velocità
chiamate registri.
Le istruzioni direttamente interpretabili dal processore costituiscono il linguaggio macchina
del calcolatore. Esse sono codificate in binario e sono memorizzate in un certo numero di
byte della memoria.
Architettura di von Neumann
Unità operativa
CPU
Con l'espressione architettura di von Neumann (o macchina di von Neumann) ci si riferisce a
uno schema di progettazione di calcolatori elettronici che prende nome dal matematico John
von Neumann.
Lo schema si basa su cinque componenti fondamentali:
CPU o unità di lavoro che si divide a sua volta in
1.- Unità operativa, nella quale uno dei sottosistemi più rilevanti è l'ALU (Arithmetic Logic
Unit)
1.- Unità di controllo
2.- Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale (RAM, Random
Access Memory)
3.- Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati
4.- Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore
5.- Bus, un canale che collega tutti i componenti fra loro
All'interno dell' unità operativa è presente un registro detto accumulatore, che può fare anche
da buffer tra input e output .
È importante sottolineare che tale architettura, a differenza di altre, si distingue per la
caratteristica di immagazzinare all'interno dell'unità di memoria, sia i dati dei programmi in
esecuzione che il codice di questi ultimi.
Bisogna comunque precisare che questa è una schematizzazione molto sintetica, sebbene
molto potente: basti pensare che i computer di uso comune sono progettati secondo
l'architettura Von Neumann (ciò non è necessariamente sempre vero).
Inoltre, quando si parla di unità di memoria si intende la memoria principale, mentre le
memorie di massa sono considerate dispositivi di I/O. Il motivo di ciò è innanzitutto storico, in
quanto negli anni Quaranta, epoca a cui risale questa architettura, la tecnologia non lasciava
neanche presupporre dispositivi come hard disk, CD-ROM, DVD-ROM o anche solo nastri
magnetici, ma anche tecnico, se si considera che in effetti i dati da elaborare devono
comunque essere caricati in RAM, siano essi provenienti da tastiera o da hard-disk.