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Linguaggi di programmazione

o Strumenti per la comunicazione uomomacchina. Consentono di esprimere e

rappresentare programmi comprensibili ed eseguibili da una macchina. Sono

simili ai linguaggi naturali ma senza ambiguità. Come i linguaggi naturali i

linguaggi di programmazione sono caratterizzati da:

Insieme di simboli (alfabeto) e di parole (dizionario) che possono

 essere usati per formare le frasi.

Insieme di regole grammaticali, ovvero formali per la composizione di

 programmi nel linguaggio scelto (sintassi).

Significato delle frasi da attribuire alle frasi costruite nel linguaggio scelto

 (semantica).

I linguaggi di programmazione si dividono in:

Linguaggio macchina

 Linguaggi di basso livello

 Linguaggi di alto livello



Il linguaggio macchina è il linguaggio compreso dalla CPU. Essendo composto

da istruzioni formate da sequenze di Bit è difficile da usare. Un programma

scritto in un linguaggio macchina per un’architettura non funziona in un’altra.

Utilizzare questo tipo di linguaggio ha un vantaggio quello della velocità di

esecuzione: Codice macchinaletto dalla CPUimmediatamente eseguito; però

possiede anche uno svantaggio quello di essere poco comprensibile dall’uomo

poiché composto da sequenze di bit.

Il linguaggio di basso livello (assembly): Per evitare di scrivere programmi

direttamente in linguaggio macchina sono stati introdotti i linguaggi di basso

livello (assembly) che usano un linguaggio elementare per rappresentare

istruzioni in linguaggio macchina. Un compilatore noto come assemblatore

viene utilizzato per convertire le istruzioni in linguaggio assembly in codice

macchina o codice oggetto.

Il linguaggio ad alto livello: linguaggi più vicini ai linguaggi naturali.

Richiedono un compilatore o un interprete in grado di tradurre le istruzioni in

linguaggio macchina. Esempi: Fortran, C, Java; PHP etc...

Architettura di un elaboratore

CPU (Central Processing Unit)

o Questa svolge le elaborazioni e il trasferimento dati, cioè esegue i

 programmi

Unita di controllo (CU): governa e controlla la stessa CPU

 Unità Aritmetico-Logica (ALU): esegue i calcoli aritmetici e logici

 Registri: sono celle di memoria veloce, utili per memorizzare dati e

 istruzioni.

CU (Control Unit): Coordina tutte le azioni necessarie ad eseguire delle

o istruzioni. Cosa fa la CU:

1.Prende in carico le istruzioni Fase di Fetch

2.Le Interpreta Fase di Decode

3. Le esegue Fase di execute

Questo ciclo viene proprio chiamato ciclo di FetchDecodeExecute:

Fetch: La CU preleva un’istruzione dalla memoria centrale e la

 sposta all’interno della CPU.

Decode: La CU interpreta l’istruzione così da capirla e poter

 restituire un risultato.

Execute: La CU esegue l’istruzione all’interno della CPU

 coinvolgendo sia l’ALU che i registri

Memoria Centrale:

o Con apposite operazioni di lettura o scrittura consente al processore di

 elaborare i dati.

RAM (Random Access Memory) ossia memoria ad accesso casuale

 questo vuol dire che le informazioni all’interno della RAM possono essere

utilizzate senza seguirne un ordine. È una memoria volatile ed è usata

per memorizzare dati e programmi in modo non permanente una volta

spento il computer questi vengono cancellati.

ROM (Read Only Memory) ossia memoria di sola lettura; è una

 memoria non volatile e viene utilizzata per memorizzare programmi di

sistema.

Cache: memoria di appoggio del processore che serve per evitare che

 ogni volta il nostro processore interroghi la RAM; perciò, in questa

memoria vengono salvati dei dati che aiutano a velocizzare i processi.

Memoria Secondaria (o di Massa): Memorizzano grandi quantità di informazioni,

o accesso meno rapido rispetto al Memoria Centrale. Di seguito alcuni esempi:

Disco rigido, nastri, CD riscrivibili, USB, Memory Card, Cloud (Da Remoto)

Dispositivi di ingresso-uscita (periferiche): Sono usate per far comunicare il

o calcolatore con l’esterno. Periferiche di input da utentea computer/ Periferiche

di output da computer a utente. Esempi di periferiche input: tastiera, mouse,

microfono, touchpad, scanner, joypad. Esempi periferiche di output: stampante,

monitor, casse acustiche

I monitor odierni touchscreen possono essere considerati sia periferiche di input

che di output poiché nel momento in cui io schiaccio sullo schermo do un input

quando il monitor poi mi restituisce qualcosa ricevo un output

Il Bus: è un canale fisico che mette in comunicazione le varie componenti del

o computer/calcolatore

Control bus (Bus di controllo): è il bus sul quale sono inviati i

 comandi che la CPU impartisce agli altri componenti di sistema.

Address bus (Bus Indirizzi): è il bus sul quale viene indicato

 l’indirizzo dell’unità interessata all’operazione, esempio la cella di

memoria.

Data bus (Bus Dati): destinato al trasferimento dei dati tra

 un’unità che trasmette e un’unità che riceve.

L’Hardware: CPU e Bus

I primi computer erano dei macchinari molto ingombranti, con migliaia di valvole da

questa tipologia nasce il termine Hardware (Ferraglia) ossia la parte tangibile del

nostro computer. Per questo motivo l’Hardware comprende tutte le componenti

elettroniche, elettriche, meccaniche e ottiche ecc.

All’ interno di un qualsiasi PC l’hardware va a svolgere le stesse funzioni di base

ovvero: Acquisire informazioni dall’esterno (Input) Dispositivi di Input

 Elaborare informazioni Unità Aritmetico-Logica (ALU)

 Memorizzare informazioniMemoria

 Fornire informazioni all’esterno (output)Dispositivi di output

 Controlla l’esecuzione nel tempo di tutte le funzioniUnità di controllo CU



L’ALU e CU costituiscono insieme l’Unità Centrale di Elaborazione (CPU)

CPU (Central Processing Unit): È l’unità più importante del sistema di

o elaborazione, è detta processore. Essa svolge le principali operazioni di calcolo

e di controllo del sistema. La velocità di elaborazione di questo componente è

misurata in Hertz.

Scheda Madre (Motherboard): è una componente fondamentale perché sopra di

o essa vengono montate le componenti elettroniche come anche la CPU. La

scheda madre è una scheda elettronica a circuito stampato dove viene inserita

la CPU e alla quale vengono collegati tutti i componenti del computer.

La CPU è composta da:

• una unità di controllo (CU) Controlla e gestisce tutte le altre unità del calcolatore



• una unità aritmetico-logica (ALU) Esegue le operazioni aritmetiche, logiche e di



confronto

• alcuni registri: (IR, PC, SR, Accumulatore)permettono lo scambio tra le varie unità e

la memorizzazione delle informazioni.

Registri:

o Sono delle particolari locazioni di memoria interne alla CPU a cui è possibile

accedere molto più rapidamente rispetto alla memoria (poiché è una

componente esterna). Il valore complessivo di tutti i registri della CPU

costituisce lo stato in cui essa si trova in quel determinato momento

Registro delle Istruzioni (IR-Instruction Register): contiene

 l’istruzione da eseguire quindi va a memorizzare per la CPU quale

sarà l’istruzione che deve andare ad eseguire.

Contatore di Programma (PC-Programm Counter): contiene la

 prossima istruzione da eseguire.

Registro di Stato (SR-Status Register): contiene le

 informazioni relative agli stati che la CPU può attraversare

Unità di Controllo (CU): è un dispositivo che controlla e gestisce tutte le altre

o unità del calcolatore e lo fa durante l’esecuzione di un programma. Essa è

formata da: Un decodificatore in grado di interpretare il codice

 dell’istruzione che deve essere eseguita

Una rete di controllo, che genera una successione di

 comandi relativi all’istruzione considerata in base a quello

che ha prodotto in uscita il decodificatore

Ciclo di esecuzione:

o Per eseguire un’istruzione, scritta in linguaggio macchina, la CPU esegue un

insieme di operazioni specifiche. L’elaborazione delle istruzioni di un

programma consiste nell’esecuzione, da parte dell’unità di controllo, di una

precisa successione di passi elementari detto Ciclo di esecuzione delle

istruzioni.

I passi che la CU esegue sono:

1. Prelevamento dalla memoria centrale dell’istruzione da eseguire

(Fase di Fetch)

2. Interpretazione dell’istruzione che coinvolge il decodificatore

(Fase di Decode)

3. Esecuzione dell’istruzione (Fase di Execute)

Fetch

Decode

Execute

Un ciclo di esecuzione delle istruzioni, ovvero una sequenza di fase fetch, decode ed

execute, è eseguito in un Ciclo di CLOCK ossia in un’unità di tempo che va a scandire

tutte quante le azioni.

Un clock è un segnale periodico che viene utilizzato per sincronizzare il

funzionamento dei dispositivi elettronici digitali. Un ciclo di clock invece è il tempo

che trascorre tra l’esecuzione di due colpi di clock successivi. La frequenza di clock

è invece il numero di colpi di clock che vengono eseguiti in una determinata unità di

tempo. L’unità di misura del clock è l’hertz, ovvero il numero di cicli di clock eseguiti

in un secondo. I clock in genere sono unità molto veloci e per questo necessitano di

multipli: Kilohertz (Khz): mille cicli al secondo;

 Megahertz (Mhz): un milione di cicli al secondo

 Gigahertz (Ghz): un miliardo di cicli al secondo



ALU (Arithmetic Logic Unit):

o è la componente del microprocessore incaricata all’ esecuzione di calcoli

matematici

A e B rappresentano i 2 operandi in ingresso

 R rappresenta il risultato dell’operazione in uscita

 F Rappresenta i segnali provenienti dalla CU

 D rappresenta i segnali di stato delle operazioni eseguite



Per poter sviluppare le sue funzioni l’ALU si avvale di:

Una rete logica costituita da un insieme di circuiti elettroni

 elementari che consentono di eseguire le operazioni aritmetiche o

logiche.

Uno o più registri accumulatori che vengono utilizzati per

 immagazzinare gli operandi dalle operazioni da eseguire.

Un registro di stato che serve per memorizzare particolari

 informazioni relative alle condizioni verificatesi nel corso dell’ultima

operazione eseguita.

In particolare, l’ALU esegue:

Operazioni Aritmetiche: Addizione, sottrazione, moltiplicazione e

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