spiegazione hardware e software, Dispense di Elementi di Informatica

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Hardware e Software

Prof. Maurizio Naldi Informatica (canale B) A.A. 2018/

Funzioni di un computer

All’interno di un calcolatore si svolgono varie funzioni, classificabili nelle categorie seguenti:

• Elaborazione dati
• Memorizzazione dati (temporanea e/o permanente)
• Trasferimento dati da/verso esterno (Input/Output - I/O - mediante periferiche e trasmissione dati)
• Controllo

Evoluzione dei computer (gen 1 - 3)

Generazione Prima (anni ‘50)

• Tecnologia a valvole
• Bassa affidabilità
• Elevati consumi energetici
• Linguaggio macchina Seconda (anni ‘60)
• Tecnologia a transistor
• Affidabilità più elevata
• Consumi minori Terza (anni ‘70)
• Tecnologia a circuiti integrati
• Linguaggi di programmazione di alto livello

Evoluzione dei computer (gen 4 - 5)

Generazione Quarta (anni ‘80)

• Personal computer
• Compattezza
• Costi ridotti
• Calore ridotto
• Aumento applicazioni Quinta (giorni nostri)
• Dimensioni ridotte
• Consumi molto bassi
• Connettività di rete elevata
• Interfacce user-friendly

Macchina di von Neumann

John von Neumann, è stato un matematico e informatico ungherese naturalizzato statunitense. Nel 1952 definì per la prima volta in modo rigoroso il concetto di elaboratore elettronico a programma memorizzato (la cosiddetta macchina di von Neumann)

Architettura della macchina di

von Neumann

Caratteristiche architettura a bus

• Semplicità
• Estendibilità (struttura modulare)
• Standardizzabilità
  • Lentezza (bus unico = collo di bottiglia)
  • Sovraccarico della CPU

L’unità centrale (CPU o processore)

Capacità di elaborazione

• L’esecuzione delle operazioni è regolata da un orologio (clock) ad altissima frequenza: - ~ 1 GigaHertz ⇒ ciclo = 0.000000001sec. - In generale, più alta è la frequenza maggiore è la potenza di elaborazione
• Una singola istruzione può richiedere più cicli
• Le moderne CPU hanno più core (unità di calcolo)
  • Possibile eseguire miliardi ( 9 ) di operazioni aritmetiche al secondo
  • L’unità di misura delle prestazioni sono i Giga FLOPS ( 9 istruzioni tra numeri reali, FLoating point OPerations per Second)
• I supercomputer hanno ormai prestazioni nell’ordine dei Peta FLOPS : 10 15 FLOPS.

La legge di Moore

Processori iPhone

• A10 Fusion a 2.3 GHz (iPhone 7/7 plus)
• A9 a 1.8 GHz (iPhone 6s/6s plus e SE)
• A8 a 1.4 GHz (iPhone 6/6 plus)
• A7 a 1.3 GHz (iPhone 5s)
• A6 a 1.3 GHz (iPhone 5/5c)
• A5 a 800 MHz (iPhone 4s)
• Produzione: Samsung (in calo) + TMSC (in

ascesa)

Interazione fra CPU e Memoria principale (centrale)

• Una volta caricata nella memoria centrale

un’intera sequenza di istruzioni (il programma ),

l’unità di controllo interna alla CPU esamina la

prima istruzione, la interpreta e ordina all’unità

aritmetico-logica di eseguirla

• Il processore registra quindi il risultato della

prima istruzione nella memoria centrale e

prende in esame l’istruzione successiva

• Il ciclo si ripete fino a quando tutte le istruzioni

sono state eseguite

Memoria principale e secondaria

• Diversi obiettivi:
  • (P) Supporto alla CPU: deve fornire alla CPU dati e istruzioni il più rapidamente possibile
  • (S) Archivio: deve consentire di archiviare dati e programmi garantendone la conservazione e la reperibilità anche dopo elevati periodi di tempo
• Diverse esigenze:
  • (P) velocità per il supporto alla CPU
  • (S) non volatilità ed elevata capacità
• Diverse tecnologie:
  • (P) elettronica: veloce, ma costosa e dinamica (volatile)
  • (S) stato solido (veloce e costosa); magnetica e ottica (economica, ma lenta)

Parametri di valutazione delle memorie

• Velocità di accesso
• Volatilità/Permanenza
• Capacità
• Costo (per bit)

Memoria vs. CPU