Architetturadegli elaboratori

Memoria

Unità elaborazione

Unità uscita

Unità ingresso

I blocchi fondamentali dell’elaboratore

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Memoria

Unità elaborazione

Unità uscita

Unità ingresso

Memoriacentrale(RAM)

Memoriadi massa(dischi)

I blocchi fondamentali dell’elaboratore

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Microprocessore

Memoria centrale - RAM

I chip fondamentali

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Microprocessore

• Un microprocessore (sovente abbreviato come µP) è un chip che realizza le funzioni di una “central processing unit (CPU)” in un computer o in un sistema digitale

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Unità didecodifica istruzioni

Unità digestioneindirizzi

Unità digestione

BUS

ALUUnità dicontrollo

Registro

CPU (Central Processing Unit)

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Unità digestione

BUS

ABUSDBUS

CBUS

Microprocessore

7

I Bus (sistema circolatorio del PC)

8

Controllo

Interfaccia(controller)

Dati

Dispositivi periferici

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Unità di input/output

• Trasformano informazioni dal mondo umano a quello del computer e viceversa:

­ umano = diversi tipi di segnali fisici, analogici, asincroni

­ computer = segnali solo elettronici, digitali, sincroni

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Unità di controllo

Registri(Memoria locale)

Unità aritmetica(ALU)

CPU

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Registri

• Elementi di memoria locale usati per conservare temporaneamente dei dati (es. risultati parziali).

• Pochi (8...128)

• Dimensione di una word (8...64 bit)

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Unità operativa

• Svolge tutte le elaborazioni richieste (aritmetiche, logiche, grafiche, ...).

• E’ composta di:

­ ALU

­ flag

­ registri

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ALU (Arithmetic-Logic Unit)

• Svolge tutti i calcoli (aritmetici e logici)

• Solitamente composta da circuiti combinatori

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Unità di controllo

• E’ il cervello dell’elaboratore:

­ in base al programma fornitole ...

­ ed allo stato di tutte le unità ...

­ decide l’operazione da eseguire ...

­ ed emette gli ordini relativi

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CPU e FPU

• Central Processing Unit (CPU):

­ CPU = UO + UC

­ microprocessore (mP) = CPU + “frattaglie”

• Floating Point Unit (FPU):

­ UO dedicata ai numeri reali

­ alias “coprocessore matematico”

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Memoria

17

Memoria

• Memorizza i dati e le istruzioni necessarie all’elaboratore per operare.

• Caratteristiche:

­ indirizzamento

­ parallelismo

­ accesso (sequenziale o casuale)

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Indirizzamento

• La memoria è organizzata in celle (mimima unità accessibile direttamente). Ad ogni cella di memoria è associato un indirizzo (numerico) per identificarla univocamente.

1

2

3

5

6

7

8

9

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Parallelismo

• Ogni cella di memoria contiene una quantità fissa di bit:

­ identica per tutte le celle (di una certa unità di memoria)

­ accessibile con un’unica istruzione

­ è un multiplo del byte

­ minimo un byte (tipicamente una word per la memoria principale a supporto dell'UO)

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Memoria interna

• All’interno dell’elaboratore

• E` allo stato solido (chip)

• Solitamente è volatile

• Veloce (nanosecondi, 10-9s)

• Quantità limitata (qualche GB)

• Non rimovibile

• Costosa (0.1 € / MB)

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Memoria esterna

• All’esterno dell’elaboratore

• Talvolta rimovibile

• Non elettronica (es. magnetica)

• Permanente

• Lenta (millisecondi, 10-3 s)

• Grande quantità (qualche TB)

• Economica (0.1 € / GB)

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Memoria RAM (Random Access Memory)

• Circuiti integrati

• Il tempo di accesso è costante (indipendente dalla cella scelta)

• Ta = costante

• Ormai sinonimo di memoria interna volatile casuale a lettura e scrittura

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I bit li voglio nella RAM

Contengo i dati ed i programmi

in esecuzione

La memoria RAM

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Sistema Operativo

Programmi

Memoria Video

Programma d’avvio(boot program)

RAM

RAM

RAM video

ROM

La memoria centrale

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Memoria RAM

• Le memorie RAM possono essere di due tipi

­ SRAM: RAM statiche

• Veloci (10 ns)

• Minor impaccamento

• Elevato costo per bit

­ DRAM: RAM dinamiche

• Meno veloci (60 ns)

• Maggior impaccamento (64 Mbit/chip)

• Minor costo per bit

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La Famiglia delle DRAM

• EDO RAM

• BEDO RAM

• SD RAM

• DDR2 - DDR3

• DRAM (Rambus RAM)

DDR2

Rambus

DDR3

EDO RAM

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Le schede delle DRAM

• SIMMsingle in-line memory modulescanale di trasferimento a 32 bit

• DIMMdual in-line memory modulescanale di trasferimento a 32 bit

• RIMMRambus in-line memory module

SIMM

DIMM

RIMM

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Memoria ROM (Read-Only Memory)

• E’ un concetto (memorie a sola lettura ) … ma anche una classe di dispositivi allo stato solido (memorie a prevalente lettura = molto più veloce o facile della scrittura).

• ROM

­ dati scritti in fabbrica

• PROM (Programmable ROM)

­ dati scritti dall’utente tramite un apparecchio speciale (programmatore)

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Memoria ROM (Cont.)

• EPROM (Erasable PROM)

­ PROM cancellabile tramite UV

• EAROM (Electrically Alterable ROM)

­ PROM cancellabile tramite circuito elettronico speciale

• EEPROM, E2PROM (Electrically Erasable PROM)

­ scrivibile/cancellabile mediante specifiche istruzioni mentre è installata sul sistema

• Flash memory

­ EEPROM veloce nella cancellazione (un blocco/tutta invece di un byte alla volta)

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Unità di controllo

• E’ il cuore dell’elaboratore:

­ in base al programma fornitole ...

­ ed allo stato di tutte le unità ...

­ decide l’operazione da eseguire ...

­ ed emette gli ordini relativi

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Unità di controllo: schema funzionale

PC

IR

logica di

controllo

M

stato

comandi

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Componenti dell’UC

• PC (Program Counter)registro che indica sempre l’indirizzo della cella di memoria che contiene la prossima istruzione da eseguire

• IR (Instruction Register)registro che memorizza temporaneamente l’operazione corrente da eseguire

• Logica di controllointerpreta il codice macchina in IR per decidere ed emette gli ordini che le varie unità devono eseguire

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Esecuzione di un’istruzione

• Tre fasi distinte:

­ fetch IR ¬ M [ PC ]PC ¬ PC + 1

­ decode ordini ¬ decode(IR)

­ execute ready? go!

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Preleva una istruzionedalla memoria centrale

Interpreta l’istruzione

Esegue l’istruzione

Ciclo base di un elaboratore

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