Architettura degli elaboratori

Memorie Secondarie: Non volatili, per archiviazione a lungo termine (es.

o dischi rigidi, SSD).

Memorie Esterne: Dispositivi rimovibili (es. USB, hard disk esterni).

o

5. Periferiche

Input: Tastiera, mouse, scanner.

o Output: Monitor, stampante, altoparlanti.

o I/O misti: Touch screen, dispositivi multifunzione.

o

Classificazione dei Calcolatori

1. Classificazione in base all’architettura:

Architettura Von Neumann:

o Memoria unica per dati e istruzioni.

 Semplice ma soggetta al "collo di bottiglia" della memoria.



Architettura Harvard:

o Memorie separate per dati e istruzioni.

 Prestazioni migliori ma più complessa.



2. Classificazione in base al numero di processori:

SISD (Single Instruction Single Data):

o Un processore esegue un’istruzione su un dato alla volta.



SIMD (Single Instruction Multiple Data):

o Un’istruzione eseguita su più dati (es. GPU).



MIMD (Multiple Instruction Multiple Data):

o Più processori eseguono istruzioni indipendenti su dati distinti.



3. Classificazione in base all’uso:

Computer Personali (PC): Uso individuale.

o Server: Gestione di risorse condivise.

o Mainframe: Grandi volumi di elaborazione dati.

o Supercomputer: Alte prestazioni per calcoli complessi.

o

Tipi di Memorie

1. Memoria Primaria:

RAM, ROM, Cache.

o

2. Memoria Secondaria:

HDD, SSD.

o

3. Memorie Esterne:

USB, SD card.

o

Pipeline e Parallelismo

1. Pipeline

Tecnica che suddivide un'operazione in più fasi eseguite

o contemporaneamente.

Aumenta le prestazioni senza incrementare la velocità del clock.

o

2. Parallelismo

A livello di istruzione: Esecuzione di più istruzioni simultaneamente (es.

o multi-core).

A livello di dati: Esecuzione della stessa istruzione su dati diversi (es.

o SIMD).

Unità di Elaborazione Grafica (GPU)

Specializzata per calcoli paralleli massivi.

 Ideale per applicazioni grafiche e scientifiche (es. AI, simulazioni).



Sistemi di Input/Output (I/O)

Gestiscono l'interazione tra il calcolatore e il mondo esterno.

 Controller: Hardware dedicato alla gestione di una periferica.

 DMA (Direct Memory Access): Trasferimento diretto tra memoria e periferica

 senza coinvolgimento della CPU.

Tecnologie Moderne

1. Processori Multi-Core:

Più core in un singolo chip per migliorare il parallelismo.

o

2. Memorie SSD (Solid State Drive):

Veloci e senza parti meccaniche.

o

3. Cloud Computing:

Archiviazione ed elaborazione remota.

o

4. Quantum Computing:

Basato sui qubit, offre potenza di calcolo superiore per problemi complessi.

o

Gestione della Memoria

La gestione della memoria è cruciale per garantire un utilizzo efficiente delle risorse e

supportare più processi in esecuzione.

Tipologie di Gestione della Memoria

1. Memoria Contigua:

I processi sono caricati in blocchi contigui di memoria.

o Può essere suddivisa in:

o Partizioni Fisse: Dimensioni dei blocchi predefinite.

 Partizioni Variabili: Blocchi di memoria adattabili alle dimensioni del

 processo.

2. Memoria Non Contigua:

I processi sono suddivisi e caricati in blocchi separati.

o Tecniche principali:

o Paginazione: La memoria è divisa in pagine (processi) e frame

 (RAM).

Segmentazione: La memoria è suddivisa in segmenti logici (es.

 codice, dati, stack).

3. Memoria Virtuale:

Usa lo spazio su disco per simulare memoria RAM.

o Supporta processi più grandi della memoria fisica disponibile.

o

Swapping

Processo di trasferimento di un processo tra memoria principale e disco per liberare

 spazio nella RAM.

Può causare rallentamenti noti come thrashing quando il sistema passa troppo

 tempo a scambiare processi.

Sistemi di Interconnessione

I sistemi di interconnessione permettono la comunicazione tra le diverse componenti di un

calcolatore, come CPU, memoria e periferiche.

Tipologie di Interconnessione

1. Bus Singolo:

Tutte le componenti condividono un unico canale.

o Economico ma con limitazioni di velocità.

o

2. Bus Multipli:

Canali separati per specifiche componenti (es. bus dati e bus I/O).

o Maggior velocità e parallellismo.

o

3. Reti On-Chip (NoC):

Utilizzate nei sistemi multi-core per interconnettere i core tramite una rete

o interna.

Gestione dei Processi

Un processo è un programma in esecuzione che richiede risorse (CPU, memoria, I/O) per

completarsi.

Stati di un Processo

1. Nuovo: Il processo è in fase di creazione.

2. Pronto: In attesa di essere eseguito dalla CPU.

3. In Esecuzione: La CPU sta elaborando il processo.

4. Bloccato: In attesa di risorse (es. I/O).

5. Terminato: Il processo ha completato l’esecuzione.

Scheduling dei Processi

Lo scheduling decide quale processo deve essere eseguito dalla CPU:

1. First-Come, First-Served (FCFS): Ordine di arrivo.

2. Shortest Job Next (SJN): Priorità ai processi più brevi.

3. Round Robin (RR): Assegna una quantità di tempo fissa a ciascun processo.

4. Priority Scheduling: Basato su priorità assegnate ai processi.

Dispositivi di Input/Output e Controller

I dispositivi I/O sono gestiti da controller hardware che fungono da intermediari tra

periferiche e CPU.

Tipologie di Comunicazione I/O

1. I/O Programmatico: