Laboratorio Informatico - "PARTHENOPE"

Laboratorio Informatico
Promemoria degli argomenti
Interventi #3 e #4
prof. ing. Paolo Bidello
AA 2005/2006
Argomenti della 3a e 4a lezione
 Il Processore
 Caratteristiche dei processori
 Bit
 Frequenza
 Performance




La memoria RAM
Caratteristiche della memoria RAM
BUS
Memorie Cache
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Il Processore
 E’ la parte essenziale di un computer
deputata al calcolo e al controllo
 Esegue le istruzioni dei programmi
 Gestisce il flusso di informazioni da e per le
unità di I/O
 Il software (Sistema Operativo ed
Applicazioni) eseguibile da un computer è
strettamente dipendente dall’architettura e
dalle caratteristiche del processore
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Processori
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Caratteristiche essenziali
 Bit interni
 Questa caratteristica determina la
“portata” delle informazioni che possono
essere gestite dal processore in ogni
ciclo
 Esempio: una parola di 64 bit viene
spezzata da un processore a 32 bit
interni in due; da un processore a 16 bit
in quattro
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Caratteristiche essenziali
 Frequenza
 Questa caratteristica determina il “ritmo”
con il quale vengono gestite le
informazioni da un processore
 Esempio: un processore caratterizzato
dalla frequenza di 4 GHz è progettato per
eseguire più operazioni elementari
nell’unità di tempo (cicli) di un
processore caratterizzato dalla frequenza
di 1 GHz
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Unità di misura della frequenza
 Il numero di eventi nell’unità di
tempo è misurata in Hz (Hertz)
 Un Hertz corrisponde ad un evento
per secondo
 Multipli dell’Hertz sono:
 Il kHz=1.000 Hz
 Il MHz=1.000.000 Hz
 Il GHz=1.000.000.000 Hz
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Performance dei processori
 La performance di un processore è
dipendente dalla “portata” e dal
“ritmo” con il quale processa le
informazioni
 Quanto maggiore è il numero di bit
interni e la frequenza, migliore sarà la
sua performance
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Grandezze della performance
 MIPS (Millions of instructions per
second)
 Misura del numero di comandi interni che
vengono elaborati in un secondo
 FLOPS (Floating point operations per
second)
 Misura del numero di operazioni in
virgola mobile che vengono eseguiti in
un secondo
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La memoria RAM
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La memoria RAM
 RAM: Random Access Memory,
memoria ad accesso casuale
 Casuale: il tempo di accesso ad una
qualsiasi informazione contenuta nella
RAM è mediamente il medesimo cioè
non dipende dalla sua posizione
 L’accesso casuale alle informazioni è
intrinsecamente più veloce
dell’accesso sequenziale
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Caratteristiche della RAM
 La RAM è
 Volatile
 Veloce rispetto alle memorie di massa:
ha tempi medi di accesso alle
informazioni minori
 Costosa rispetto alle memorie di massa:
per unità di memoria immagazzinata
costa di più
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BUS
 Sono i “canali” attraverso i quali si
trasmettono le informazioni dalle
periferiche (vedi come periferica
anche la RAM) al processore
 Il parallelismo del flusso influenza la
“quantità” di informazioni che
vengono trasmesse nell’unità di
tempo
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BUS di sistema
 E’ il BUS principale che collega
direttamente RAM e Processore
 Nei primi PC in commercio il BUS era
caratterizzato da un parallelismo a
8bit
 Nei PC più moderni il parallelismo del
BUS arriva fino a 64bit
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Tempi medi di accesso
 I processori hanno accesso pressoché
immediato alle informazioni
contenute nei registri (piccole zone di
memoria interne)
 Le moderne RAM presentano tempi
medi di accesso intorno ai 60/70ns
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Memoria Cache
 Per quanto brevi siano i tempi medi di
accesso alle informazioni in RAM e
maggiore il parallelismo dei BUS, i
processori moderni devono inutilmente
spendere cicli di clock in attesa che arrivino
le informazioni da processare
 A partire dagli 80486, i processori sono
muniti di piccole zone di memoria interna
(cache) ad accesso molto veloce nelle quali
vengono immagazzinate le informazioni
usate più frequentemente in modo da
ottimizzare i tempi di elaborazione
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Cache di primo livello
 Le memorie cache direttamente
integrate nei processori si dicono di
primo livello (1LCache)
 Ammontano a pochi byte (fino a 64kB
o poco più)
 Presentano tempi medi di accesso
molto bassi (tra 15 e 20ns)
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Cache di secondo livello
 Sono di capacità più grande delle
1LCache (nell’ordine dei 512kB)
 Le 2LCache sono esterne al
processore (integrate sulla
motherboard) ma svolgono
ugualmente le funzioni delle 1LCache
 Presentano tempi medi di accesso
intermedi tra le 1LCache e le RAM
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Tempi medi di accesso
Registri interni alla CPU
Memoria cache 1L
Memoria cache 2L
disponibilità
Memoria RAM
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tempo di accesso
Qualche domanda
 Prova a descrivere le principali
caratteristiche di un processore
 Cos’è una memoria RAM?
 Da cosa dipendono le performance di
un PC? (non pensare solo al
processore!)
 A che serve la Memoria Cache?
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