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LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Modello di Von Neumann (Parte 2)

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Presentazione sul tema: "LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Modello di Von Neumann (Parte 2)"— Transcript della presentazione:

1 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Modello di Von Neumann (Parte 2)

2 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 2 Argomenti trattati Funzionamento della macchina di Von Neumann Funzionamento della macchina di Von Neumann Esecuzione di un programma Esecuzione di un programma Ciclo fondamentale della CPU Ciclo fondamentale della CPU Dispositivi di I/O Dispositivi di I/O Periferiche principali Periferiche principali Interfacce e porte di comunicazione Interfacce e porte di comunicazione

3 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 3 Esecuzione di un programma Le istruzioni vengono eseguite una alla volta secondo l'ordine specificato nel programma Le istruzioni vengono eseguite una alla volta secondo l'ordine specificato nel programma Quando si incontra unistruzione di controllo, si altera il flusso sequenziale stabilendo il numero dordine della successiva istruzione da eseguire Quando si incontra unistruzione di controllo, si altera il flusso sequenziale stabilendo il numero dordine della successiva istruzione da eseguire

4 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 4 Ciclo fondamentale della CPU L'unità centrale di elaborazione accede alle informazioni contenute nella memoria centrale: L'unità centrale di elaborazione accede alle informazioni contenute nella memoria centrale: estrae le istruzioni del programma eseguibile a partire da quella il cui indirizzo si trova nel registro contatore di programma (PC) estrae le istruzioni del programma eseguibile a partire da quella il cui indirizzo si trova nel registro contatore di programma (PC) le decodifica le decodifica le esegue le esegue Le tre fasi che vengono ripetute per ogni istruzione fino a quando viene eseguita l'istruzione halt sono dette di fetch, decode ed execute Le tre fasi che vengono ripetute per ogni istruzione fino a quando viene eseguita l'istruzione halt sono dette di fetch, decode ed execute

5 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 5 Ciclo fondamentale della CPU fetch decode execute MAR PC MDR Mem[MAR] IR MDR PC PC+1 DECODE EXEC HALT ? no si PC 1° istruzione

6 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 6 Ciclo fondamentale della CPU Acquisizione dellistruzione (fetch) Acquisizione dellistruzione (fetch) quattro sottopassi (micro operazioni) quattro sottopassi (micro operazioni) Interpretazione o decodifica (decode) Interpretazione o decodifica (decode) Incremento del PC Incremento del PC Memoria centrale PC MAR MDR IR 0 Codice operativo (leggi)

7 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 7 Ciclo fondamentale della CPU Esecuzione (execute) : Esecuzione (execute) : un numero variabile di micro operazioni un numero variabile di micro operazioni sequenze molto diverse sequenze molto diverse Memoria centrale R2 MAR MDR IR Indirizzo delloperando Valore letto dalla periferica

8 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 8 Funzionamento della macchina di Von Neumann Il modello della Macchina di Von Neumann anche se ha ormai quasi cinquanta anni di vita è tuttora adottato dalla maggior parte degli elaboratori Il modello della Macchina di Von Neumann anche se ha ormai quasi cinquanta anni di vita è tuttora adottato dalla maggior parte degli elaboratori Caratteristiche della Macchina di Von Neumann: Caratteristiche della Macchina di Von Neumann: il programma è registrato in memoria (stored program computer) insieme ai dati il programma è registrato in memoria (stored program computer) insieme ai dati Il programma è considerato dall'esecutore a sua volta come se fosse un dato Il programma è considerato dall'esecutore a sua volta come se fosse un dato Il suo principale limite è che tutte le operazioni vengono eseguite in stretta sequenza Il suo principale limite è che tutte le operazioni vengono eseguite in stretta sequenza Modelli più evoluti prevedono di introdurre varie forme di parallelismo Modelli più evoluti prevedono di introdurre varie forme di parallelismo

9 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 9 Elementi del modello di Von Neumann: Dispositivi di I/O Memoria Centrale

10 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 10 Elementi del modello di Von Neumann: Dispositivi di I/O I dispositivi di input/output permettono la comunicazione e quindi il trasferimento dei dati tra calcolatore e unità periferiche e viceversa I dispositivi di input/output permettono la comunicazione e quindi il trasferimento dei dati tra calcolatore e unità periferiche e viceversa Le unità periferiche principali sono: Le unità periferiche principali sono: le unità di memoria secondaria o di massa le unità di memoria secondaria o di massa tastiera, mouse, video e stampante tastiera, mouse, video e stampante i lettori magnetici e ottici i lettori magnetici e ottici i plotter i plotter … Le unità periferiche vere e proprie, anche se sono componenti essenziali di un sistema informatico, non fanno parte della macchina di Von Neumann Le unità periferiche vere e proprie, anche se sono componenti essenziali di un sistema informatico, non fanno parte della macchina di Von Neumann

11 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 11 Memoria secondaria Una memoria secondaria ha le seguenti caratteristiche fondamentali,che la differenziano dalla memoria centrale: Una memoria secondaria ha le seguenti caratteristiche fondamentali,che la differenziano dalla memoria centrale: Non volatilità. I dati memorizzati non vengono persi allo spegnimento del calcolatore (perché memorizzati in forma magnetica o ottica e non elettronica) Non volatilità. I dati memorizzati non vengono persi allo spegnimento del calcolatore (perché memorizzati in forma magnetica o ottica e non elettronica) Grande capacità. Una unità di memoria secondaria ha capacità maggiore (anche di diversi ordini di grandezza, es. 100 GB) rispetto alla memoria centrale Grande capacità. Una unità di memoria secondaria ha capacità maggiore (anche di diversi ordini di grandezza, es. 100 GB) rispetto alla memoria centrale Bassi costi. Il costo per bit di una memoria secondaria è minore (di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale Bassi costi. Il costo per bit di una memoria secondaria è minore (di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale

12 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 12 Memoria secondaria Collabora per aumentare la capacità della memoria primaria (swap sul disco) Collabora per aumentare la capacità della memoria primaria (swap sul disco) Una memoria secondaria è solitamente formata da uno o più hard disk (dispositivi magnetici) Una memoria secondaria è solitamente formata da uno o più hard disk (dispositivi magnetici) Parametri caratteristici di un hard disk: Parametri caratteristici di un hard disk: Velocità di rotazione = 1200 – rpm (rotations per minute) Velocità di rotazione = 1200 – rpm (rotations per minute) Tempo di accesso = 5 – 200 ms Tempo di accesso = 5 – 200 ms Velocità di trasferimento = 1 – 15 Mbps per testina Velocità di trasferimento = 1 – 15 Mbps per testina Capacità = 10 – 50 GB Capacità = 10 – 50 GB

13 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 13 Hard Disk

14 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 14 Approfondimenti: Controller dellHard Disk Dispositivi che si occupano della corretta gestione dellhard disk (indirizzamento, ricerca, lettura e scrittura). La CPU è liberata da questi compiti ed emette solo dei comandi verso questi dispositivi: Dispositivi che si occupano della corretta gestione dellhard disk (indirizzamento, ricerca, lettura e scrittura). La CPU è liberata da questi compiti ed emette solo dei comandi verso questi dispositivi: EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics): EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics): Offre buone prestazioni (dischi fino a 7200 rpm) Offre buone prestazioni (dischi fino a 7200 rpm) Supporta DMA (Direct Memory Access) Supporta DMA (Direct Memory Access) Consente anche collegamento CDROM, DVD, Masterizzatori, … Consente anche collegamento CDROM, DVD, Masterizzatori, … SCSI (Small Computer System Interface): SCSI (Small Computer System Interface): Offre ottime prestazioni (dischi rpm) Offre ottime prestazioni (dischi rpm) Velocità MBps Velocità MBps Attività parallela e gestione dischi RAID Attività parallela e gestione dischi RAID Costo elevato Costo elevato Consente anche collegamento di molti altri dispositivi sia interni che esterni Consente anche collegamento di molti altri dispositivi sia interni che esterni

15 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 15 Memoria di archiviazione Serve per memorizzare in modo permanente i programmi e i dati (backup, scambio con altre persone, acquisto/vendita programmi, ecc…) Serve per memorizzare in modo permanente i programmi e i dati (backup, scambio con altre persone, acquisto/vendita programmi, ecc…) Consente operazioni di lettura e scrittura Consente operazioni di lettura e scrittura Alcuni tipi: Alcuni tipi: Floppy1.44 MB (per i dati) Floppy1.44 MB (per i dati) CDROM 700 MB (per i programmi / dati) CDROM 700 MB (per i programmi / dati) Nastro4 GB (per il backup dei dati) Nastro4 GB (per il backup dei dati) DVD4,5 GB (contenuti multimediali) DVD4,5 GB (contenuti multimediali)

16 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 16 Monitor CRT (tubo a raggi catodici) o LCD (display a cristalli liquidi) CRT (tubo a raggi catodici) o LCD (display a cristalli liquidi) Alcune definzioni: Alcune definzioni: PIXEL (picture element) un singolo puntino dello schermo PIXEL (picture element) un singolo puntino dello schermo PIXMAP o BITMAP linsieme dei pixel (disposti in righe e colonne) PIXMAP o BITMAP linsieme dei pixel (disposti in righe e colonne) Risoluzione quantità di pixel presenti su uno schermo (640x480, 1024x768, 1600x1280, …) Risoluzione quantità di pixel presenti su uno schermo (640x480, 1024x768, 1600x1280, …) Dot pitch spazio tra i singoli pixel (0.28 mm) Dot pitch spazio tra i singoli pixel (0.28 mm) Frequenza di refresh frequenza con cui viene rinnovata limmagine sullo schermo (50 Hz, 75 Hz, 100 Hz) Frequenza di refresh frequenza con cui viene rinnovata limmagine sullo schermo (50 Hz, 75 Hz, 100 Hz) Bit plane numero di bit che sono assegnati ad ogni pixel (es 8 per 256 colori, 24 per 16 milioni di colori, …) Bit plane numero di bit che sono assegnati ad ogni pixel (es 8 per 256 colori, 24 per 16 milioni di colori, …)

17 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 17 Stampanti Sono dispositivi che permettono di trascrivere i risultati delle elaborazioni su un supporto cartaceo Sono dispositivi che permettono di trascrivere i risultati delle elaborazioni su un supporto cartaceo Alcune definizioni: Alcune definizioni: Dot un singolo puntino di stampa (simile al pixel) Dot un singolo puntino di stampa (simile al pixel) DPI (Dots Per Inch) numero di dot che possono essere stampati in un pollice (2.54 cm) DPI (Dots Per Inch) numero di dot che possono essere stampati in un pollice (2.54 cm) CPS (Characters Per Second) numero di caratteri alfanumerici che possono essere stampati in un secondo CPS (Characters Per Second) numero di caratteri alfanumerici che possono essere stampati in un secondo PPM (Pages Per Minute) numero di pagine che possono essere stampati in un minuto PPM (Pages Per Minute) numero di pagine che possono essere stampati in un minuto

18 LArchitettura del Sistema di Elaborazione. Il Modello di Von Neumann (parte 2) 18 Interfacce e porte di comunicazione Uninterfaccia è un componente hardware che serve a collegare fra loro i componenti di un sistema informatico Uninterfaccia è un componente hardware che serve a collegare fra loro i componenti di un sistema informatico Una porta di comunicazione è uninterfaccia tra il computer ed il mondo esterno Una porta di comunicazione è uninterfaccia tra il computer ed il mondo esterno


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