La struttura fisica e logica di un elaboratore Unità B1 La struttura fisica e logica di un elaboratore © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Obiettivi Comprendere il concetto di “macchina universale” Conoscere le componenti degli elaboratori Sapere distinguere tra hardware e software Conoscere i compiti del processore Conoscere i compiti della memoria Conoscere i vari tipi di memoria di massa Distinguere tra periferiche di input e di output Comprendere l’architettura di Von Neumann © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Macchina universale Il computer non si limita a eseguire un insieme di azioni, magari ampio ma comunque determinato. A seconda delle istruzioni che gli vengono fornite, lo stesso computer è in grado di svolgere compiti differenti. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Hardware e Software Hardware = componente meccanica, concreta della macchina Software = parte immateriale, l’insieme delle istruzioni e dei dati. Un elaboratore riceve programmi e dati in ingresso (input), li archivia all’interno della memoria, elabora i dati eseguendo la successione di istruzioni definite dal programma e, infine, invia le informazioni risultanti in uscita (output) © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

Le risorse di un computer Hardware unità centrale di elaborazione o processore; memoria centrale; periferiche di input/output; memorie di massa o ausiliarie; Software dati e programmi. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

Processore – CPU (Central Process Unit) Svolge le operazioni interpretando il software ed eseguendone le istruzioni La CPU è suddivisa in due componenti: l’unità di controllo o CU (Control Unit); l’unità logico-aritmetica o ALU (Arithmetic and Logic Unit). © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Clock Orologio interno per inviare i segnali di controllo rilasciando un segnale a intervalli regolari. La frequenza con cui il clock invia i suoi segnali è misurata in hertz (vibrazioni al secondo). Il primo personal computer operava a 4,77 megahertz (MHz) - 4,77 milioni di cicli al secondo. Attualmente la velocità del clock viene misurata in gigahertz (GHz) - miliardi di cicli al secondo. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Registri Elementi di memoria interni alla ALU registro di stato contiene le informazioni relative allo stato in cui si trova il processore. registro istruzione (IR, Instruction Register) in cui si trova l’istruzione che è in corso di esecuzione; registro contatore del programma (PC, Program Counter) contiene l’indirizzo della cella di memoria della prossima istruzione da eseguire; registro accumulatore in cui vengono memorizzati i risultati parziali delle varie operazioni; registro dati contiene i dati pronti per il trasferimento in memoria oppure quelli appena trasferiti dalla memoria; registro puntatore alla memoria contiene l’indirizzo di memoria da cui prelevare i dati o in cui depositare quelli presenti nel registro dati. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

Processo di elaborazione Fasi elementari : 1. L’unità di controllo preleva dalla memoria l’istruzione da eseguire. 2. L’unità di controllo verifica il tipo dell’istruzione e: 2.1 se si tratta di un’istruzione di elaborazione, passa i dati alla ALU, controlla che i calcoli siano effettuati in maniera corretta e quindi riporta il risultato in memoria; 2.2 se si tratta di un’istruzione di input controlla il corretto passaggio dei dati dalla periferica coinvolta alla memoria; 2.3 se si tratta di un’istruzione di output controlla il corretto passaggio dei dati dalla memoria alla periferica coinvolta. 3. Vengono iterati nuovamente i precedenti due punti fino all’ultima istruzione. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Stati della CPU fetching (prelevamento) in cui preleva dalla memoria centrale l’istruzione da eseguire; decoding (decodifica) in cui l’unità di controllo converte l’istruzione prelevata dalla memoria centrale in segnali di controllo inviati alla ALU; executing (esecuzione) in cui la ALU esegue l’istruzione decodificata. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Memoria centrale - RAM La memoria centrale è il contenitore in cui il processore memorizza le istruzioni e i dati su cui lavora. Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) è realizzata fisicamente con uno o più chip. Ciascuno di questi chip contiene un numero elevato di microscopici elementi elettronici noti come bistabili che contengono la rappresentazione di un singolo bit. Un bistabile è come una lampadina che può trovarsi in due soli stati: accesa o spenta. E’ una memoria volatile, tutto il suo contenuto viene cancellato se si spegne il computer. © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

Periferiche di input output Tastiera Monitor Telecamera Microfono Scanner Plotter © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Le porte di I/O © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

© 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo Memorie di massa Memorie non volatili L’espressione memoria di massa deriva dalla possibilità di archiviare su questo tipo di memorie grandi quantità (ovvero masse) di dati. Caratterizzate da Capacità Tempo di accesso Tempo di trasferimento © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo

Architettura di Von Neumann © 2007 SEI-Società Editrice Internazionale, Apogeo