IL CALCOLATORE
Architettura di von Neumann
- La macchina di Turing ha fornito il punto di riferimento per la progettazione delle architetture su cui si basano i
calcolatori moderni
- In particolare l’ENIAC, ovvero il “primo” computer elettronico universale della storia e “primo” computer elettronico
Turing completo della storia, fu progettato secondo l’architettura di von Neumann che divenne quindi un punto di
riferimento, valido ancora oggi (primo per una genealogia di architetture, ma dal punto di vista storico in Germania
già negli anni della guerra si hanno progetti)
- Presentata nel febbraio del 1946 all’Università di Pennsylvania da John Mauchly e John Presper Eckert, questa
macchina era stata pensata inizialmente per le attività di calcolo delle procedure balistiche dell’aeronautica
militare statunitense per il lancio dei proiettili d’artiglieria, finì addirittura per avere un ruolo importante nello
sviluppo della prima bomba a idrogeno.
- Le dimensioni della macchina erano 30x1x2,5 m, occupava una stanza molto ampia, e aveva una velocità di
calcolo di 200 Hz (quindi 200 cicli al secondo). Per capire di che cifre stiamo parlando consideriamo che un
portatile odierno può tranquillamente arrivare tra i 3 e i 5 GHz, mentre uno smartphone arriva in media a 2 o 3
GHz.
-Architetture di un calcolatore componenti che costruiscono un calcolatore, ci sono diverse architetture, alcune
si sono poste come standard e diventano per noi il punto di riferimento.
- Un computer è costituito da hardware e software:
HARDWARE (HW) da hard + ware, cioè componente dura, rappresenta l’insieme dei componenti materiali
(fisici, elettronici e meccanici) che compongono il computer. Queste componenti possono trovarsi sia
all’interno del computer, sotto forma di schede elettroniche e circuiti, sia all’esterno del computer, sotto forma
di particolari componenti, come monitor, tastiere e mouse…
SOFTWARE (SW) da soft + ware, cioè componente morbida, indica l’insieme dei vari programmi
appartenenti ad una ben specifica piattaforma, che a loro volta non sono altro che una certa sequenza di
istruzioni messe insieme e impartite all’hardware per permettere alla macchina di svolgere determinate
funzioni.
- L’unione di hardware e software rende possibile tutta una serie di operazioni di cui usufruiamo quotidianamente,
anche quando non si utilizza direttamente un computer
- Abbiamo due diversi tipi di software:
1. Software di sistema: cioè il sistema operativo (Windows, Dos, Linux…) o software di base, comprende
programmi di utilizzo generale che consentono l’interazione dell’utente con il calcolatore, gestiscono le risorse
in dotazione e supportano l’esecuzione del software applicativo.
2. Software applicativi: programmi che consistono in una serie di istruzioni che fanno compiere alla macchina le
attività che ci interessano, come scrivere un testo (es. Word), creare un foglio di calcolo (es. Excel), creare
una presentazione (es. PowerPoint), o semplicemente giocare.
- L’architettura di Von Neumann è una tipologia di architettura hardware per computer digitali e la sua struttura si
basa su diversi componenti I principali sono: processore, memoria, interfaccia, bus.
PROCESSORE o CPU (Central processing Unit)
- è il centro governativo del calcolatore, rappresenta l’unità di lavoro e di elaborazione. Questa comprende:
unità aritmetico-logica (Arithmetic Logic Unit): si occupa dell’esecuzione dei calcoli e del confronto tra i dati;
unità di controllo (Control Unit): inserisce i dati nei registri e tiene traccia delle operazioni da eseguire,
vigilando sul funzionamento dei programmi e coordinando il lavoro degli altri componenti hardware del
calcolatore
registri, memorie ad accesso rapido utilizzabili dal processore per effettuare i calcoli.
- Le attività della CPU possono essere così riassunte:
1. Lettura e acquisizione (fetch) dalla memoria delle istruzioni, memorizzate poi nell’Instruction Register.
2. Decodifica delle istruzioni macchina (in binario): viene determinata quale operazione debba essere eseguita e
come ottenere gli operandi
3. Esecuzione: elaborazione delle istruzioni macchina e svolgimento dei calcoli matematici del programma
informatico caricato in memoria (elaborazione dati) e organizzazione dei flussi di dati da verso i dispositivi di
input/output del computer.
4. Scrittura: il risultato dell’esecuzione è trascritto in uno dei registri interni alla CPU o all’interno della memoria
centrale.
- La CPU è dotata di una propria memoria speciale, la memoria cache (deposito): questa conserva una quantità di
dati inferiore rispetto alla RAM, ma è molto più rapida memoria ad accesso immediato perché il PC memorizza
nella cache le informazioni che si utilizzano più di frequente, ricordando le funzioni svolte più spesso può rendere
più veloce l’elaboratore.
- La velocità del processore è uno dei parametri principali da tenere in considerazione per stabilire la potenza di un
calcolatore clock, un oscillatore al quarzo che scandisce le operazioni all’interno dei circuiti elettrici tramite un
impulso elettrico generato con frequenza regolare: frequenza di clock, misurata in Hertz, indica la velocità
massima con cui la CPU può operare.
MEMORIA
