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Architettura degli Elaboratori: Hardware, Software, Algoritmi e Ciclo Fetch/Execute - Prof, Appunti di Elementi di Informatica

Informatica per comunicazione e media

Tipologia: Appunti

2019/2020

Caricato il 03/08/2023

elisa-fregosi-1
elisa-fregosi-1 🇮🇹

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ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
HARDWARE tutti gli oggetti fisici che compongono un computer:
- Solitamente elettronici
- Solitamente assemblati in un computer e in un insieme di dispositivi periferici e di supporto
SOFTWARE insieme di procedure che guidano un computer nell’attuazione delle proprie azioni
elementari
Concetto evoluto
Problemi e soluzioni
“Problema “ nel vocabolario:
- “ricerca che bisogna eseguire con procedimenti scientifici” (Larousse)
- “Quesito che richiede la determinazione o la costruzione di uno o più enti che soddisfano a date
condizioni fissate in precedenza” (Devoto)
Soluzione elenco delle istruzioni che consentono di ottenere i risultati
Esecutore:
- Per risolvere un problema serve un esecutore che compia azioni
-L’esecutore è definito dalle azioni atomiche (elementari) che può compiere
Risoluzione di un problema
- Azioni per passare da uno stato iniziale a uno stato finale attraverso stati successivi
- Il risolutore comunica le istruzioni all’esecutore attraverso un linguaggio
Algoritmo- definizione informale
Sequenza di azioni elementari (atomiche) porta a un risultato in un tempo infinito
Non Ambiguità le azioni elementari che devono essere interpretabili in maniera univoca
dall’esecutore
Finitezza il numero di azioni elementari che dev’essere finito
Terminazione l’esecuzione che deve terminare in un tempo finito
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ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI

HARDWARE  tutti gli oggetti fisici che compongono un computer:

  • Solitamente elettronici
  • Solitamente assemblati in un computer e in un insieme di dispositivi periferici e di supporto SOFTWARE  insieme di procedure che guidano un computer nell’attuazione delle proprie azioni elementari Concetto evoluto Problemi e soluzioni “Problema “ nel vocabolario:
  • “ricerca che bisogna eseguire con procedimenti scientifici” (Larousse)
  • “Quesito che richiede la determinazione o la costruzione di uno o più enti che soddisfano a date condizioni fissate in precedenza” (Devoto) Soluzione  elenco delle istruzioni che consentono di ottenere i risultati Esecutore:
  • Per risolvere un problema serve un esecutore che compia azioni
  • L’esecutore è definito dalle azioni atomiche (elementari) che può compiere Risoluzione di un problema
  • Azioni per passare da uno  stato iniziale a uno  stato finale attraverso stati successivi
  • Il risolutore  comunica le istruzioni all’esecutore attraverso un linguaggio Algoritmo- definizione informale Sequenza di azioni elementari (atomiche)  porta a un risultato in un tempo infinito  Non Ambiguità  le azioni elementari che devono essere interpretabili in maniera univoca dall’esecutore  Finitezza  il numero di azioni elementari che dev’essere finito  Terminazione  l’esecuzione che deve terminare in un tempo finito

Uno stesso elenco di istruzioni può servire a risolvere problemi diversi sfruttando diversi parametri come:  Parametri di una classe di problemi che vengono attualizzati in  argomenti  Esempio: trovare la somma di 314 e 512 Macchine Astratte In generale un esecutore ha a disposizione 4 elementi:

  • Organo di ingresso  da cui leggere dati di ingresso
  • Organo di uscita  per mostrare dati finali
  • Una memoria  virtualmente illiminata per per memorizzare risultati intermedi
  • Una procedura risolutiva di un problema MACCHINA DI VON NEUMANN 1  tutti i calcolatori moderni data all’esecutore utilizzando un linguaggio opportuno :
  • può essere memorizzata nella stessa memoria utilizzata per i risultati intermedi
  • può essere scritta in termini di numeri detta anche macchina a programma memorizzato

ALU  componente elettronico  compie operazioni aritmetiche e logiche tra interi  Operazione da eseguire sull’input (M bit)  Dati di input da elaborare  ognuno di N bit  Flag che modificano il comportamento dell’operazione

  • Somma 1 al risultato  cambia di segno il risultato, ..  Output dell’elaborazione (N bit)  Flag che indicano situazioni particolari
  • Overflow, il risultato è 0, il risultato è negativo FPU  componente nelle CPU non obbligatoria  unità di calcolo che effettua operazioni tra numeri reali rappresentati nei calcolatori usando la rappresentazione in virgola mobile REGISTRI  memorie all’interno della CPU direttamente collegate alla ALU e alla FPU, attraverso un collegamento  bus interno Registri di uso speciale (special - purpose register) Hanno usi particolari all’interno della CPU Esempi:
  • Registro di stato  un insieme di bit che indicano lo stato attuale della CPU  “bit Z” indica se l’ultima operazione richiesta alla ALU ha dato risultato, mentre bit N contiene il bit di segno dell’ultima operazione richiesta alla ALU
  • Program counter 
  • Instruction register Registri di uso generale (general- use purpose register) Esempi:
  • Accumulatori  registri che possono essere collegati alla ALU per memorizzare operandi e risultati
  • Altri

MEMORIA  dispositivo che permette di leggere/scrivere dati  di lunghezza fissa in base ad un indirizzo Una volta scritti i dati permangono e possono essere letti in futuro CARATTERISTICHE  Dimensione delle celle  vi è un numero di bit a cui è associato un certo indirizzo  Numero di celle  numero di diversi indirizzi che la memoria contiene  Capacità  numero di bit contenuti nella memoria (misurato in multipli di byte)  Velocità di accesso in scrittura e lettura GERARCHIA DI MEMORIA  si vuole massima capacità e massima velocità al minimo costo (quindi si stabilisce una gerarchia di memoria) Le memorie a semiconduttore :

  • Capienza limitata
  • Molto veloci
  • Molto costose Le memorie di massa (dischi, CD)
  • Molto capienti
  • Poco veloci
  • Poco costose
  • Se l’istruzione lo prevede  sono scritti gli eventuali risultati in memoria
  • Il ciclo ricomincia con una fase successiva di execute CLOCK  tempo che intercorre tra l’attivazione di due fasi di fecth successive  il comando di campionamento periodico  Periodo clock: periodo di tempo minimo tra due attivazioni successive  misurato in frazione di secondo  Frequenza di clock: inverso del periodo di clock  misurato in multipli di Hz Quando si acquista un computer valutare la velocità del processore