Appunti di architettura dei calcolatori

Lezione 1

Concetti

Elaboratore:Macchina capace di eseguire istruzioni semplici.

Programma:Sequenza di istruzioni della macchina.Programma → dati su cui il programma lavora sono nella memoria del calcolatore. Possono chiamarsi dato o file.

1. Architettura Architecture2. Programma Program3. Programma eseguito da architettura tramite calcolo dati: Data4. I dati vengono messi nella memoria, infatti sotto forma di files.

Nazioni:

• Operativa = con cui lavora la macchina
• Geometria = dove immagazzina i files

Capacità Memoria

Si chiama byte: 1 byte = 8 bit.

• KB (Kilobyte) = 10³ ≈ 1024 ≈ 1000 byte = 10³
• MB (Megabyte) = 2⁸ = 1.000.000 byte = 10⁶
• GB (GB Gigabyte) = 2¹⁰ ≈ 1.000.000.000 byte = 10⁹

Si prende il perché 1 byte è 8 bit e i bit assumo 2 valori.

PROCESSORE

Il cuore dell'elaboratore che esegue le istruzioni. Si chiama anche CPU.

Processore e memoria vengono realizzati mediante circuiti integrati o chip,

che contengono transistor.

BUS

Che l'utente e connettore sono in contatto tramite i bus, che collegano processore,

memoria e periferiche.

Sistema Operativo

Parte centrale del software nella macchina, che permette di eseguire i programmi.

LIVELLI

• Level 5
  • Problem-oriented language level
  • Translation (compiler)
• Level 4
  • Assembly language level
  • Translation (assembler)
• Level 3
  • Operating system machine level
  • Partial interpretation (operating system)
• Level 2
  • Instruction set architecture level
  • Interpretation (microprogram) or direct execution
• Level 1
  • Microarchitecture level
  • Hardware
• Level 0
  • Digital logic level

Lezione 3

Algebra Booleana

Descrivere circuito con espressione algebrica tramite valori di verità.

Operatori:

• AND: A • B = prodotto logico
• OR: A + B = somma logica
• NOT: A = negazione

Convenzioni:

• Segno prodotto può essere omesso
• (A + B) • C • A
• Prodotto ha precedenza su somma
• AND e OR sono espressioni associative (AB)C = ABC = A(BC) (AB) + C = A + B + AC

Equivalenze Booleane

• Elemento nullo: 0 + A = A
• Identità: 1 • A = A
• Idempotenza: A + A = A
• Inverso: A + A = 1
• Commutatività: A + B = B + A
• Associatività: (A + B) + C = A + (B + C)
• Distributività: A(B + C) = AB + AC
• Assorbimento: A + (A • B) = A
• De Morgan: A + B = A • B
• Negazione: A = A

SOMMATORE COMPLETO

Somma 2 numeri sommatori

Carry al finale anche riporti

SHIFTER (TRASLATORE)

Trasla bit da destra a sinistra e viceversa es. 0001110000000111

Traslare a sx (parte significativa) = moltiplicare x 2 a dx ( ) = dividere x 2

Traslazione dei bit a dx (C = 1) oppure a sx (C = 0).Uso: moltiplicatore per 2 oppure divisore per 2.

\[ \left( \sum_{i=-k}^{n} d_i \cdot 2^i \right) \cdot 2 = \sum_{i=-k}^{n} d_i \cdot 2^{i+1} = \sum_{i=-k+1}^{n+1} d_i-1 \cdot 2^i. \]

SOMMATORE COMPLETO

Rappresentazione dell'informazione

Lezione 2

CodificaCodificaBit -> RegistroL’hardware gestisce codifiche (sequenze di bit) di numeri e caratteri con simboli 0 e 1.

Proprietà delle codifiche:

• È compatta: limita numero di bit / byte necessari
• È pratica: semplifica calcoli
• È accurata: non perde informazioni

Notazione esponenziale432_4,1 = 4 x 3¹ + 2 x 3⁰ + 5 x 3^-1 + 2 x 5^-1 = 147,2Σ_i=0³ d_i x 5ⁱ

Conversione binaria

Il calcolatore sa la base, 0, ma fa vedere le cose in base 10. Bisogna specificare la base utilizzata.

432_4,1 = 2 x 2³ + 1 x 2² + 0 x 2¹ + 1 x 2⁰ + 0.1 x 2^-1 + 0 x 2^-2 + 0 x 2^-3 + 1 x 2^-4 = 2999_dec

Metodo non efficiente:

Convers. Base due a decimaleMetodo efficiente: Add per conversione

Da base 5 a base 10Σ d_i x 5ⁱ

Numeri interi11492 (Resto)

• 746,0
• 372,0
• 186,0
• 93,1
• 46,1
• 23,0
• 11,1
• 5,1
• 2,0
• 1,0

Numeri decimali periodici0.4_ten = 0.01011_two

• 0.2, 0
• 0.4, 0
• 0.8, 1

STANDARD 8859

X mettere a ordine tra le diverse estensioni si definisce l'unico standard. Code page a 8 anziché 7 bit.X riconosce come leggerlo. Il codice che segue c'è l'header: codice di carattere.

• 8859-1: _{Latin 1}, West Europe
• 8859-2: _{Latin 2}, East Europe
• 8859-3: _{Latin 3}, South Europe
• Cyrillic
• Arabic

Il software deve sapere su che pagina opera e non possono mescolare le lingue.

UNICODE

Aumenta a 2 byte 1 carattere, 2¹⁶=65000 caratteri.Utilizza simboli matematici, musicali e grafici e font print, anche di 4 per lo stesso carattere.

UTF-8

Codice a lunghezza variabile: da 1 a 6 byte 1 carattere.È la scelta di maggior esplicitudine in uso.Si possono rappresentare tutti i caratteri così e si generano file compatti.

• 0-127 (1 byte): Caratteri _ascii standard.
• 128-255 (2 byte): estensioni ASCII.
• 32 bit per ideogrammi: altre lingue.

UTF-16: Rappresentazione + compatta degli ideogrammi cinesi.

• Y bits = 0dddddddd: 1 byte o base 2 byte
• 1 bit = 1ddddddd + 1dddddddd: servono 2 byte.

ERRORI

• Disturbi sulla linea (trasmissione)
• Integrazione, supporto (memoria disco)
• Radoaccuttura (operator)

Codici di correzione

Individuano errori e provano a risolverli, servono + byte.

Codice ASCII = _Correlato

X multiplicare le valutare si possono usare codici che raddoppiano le lettere.Caaaasa censo o caroli? = Rilevato errore.

Il Calcolatore e BUS

Appunti lezione 18

Poort Charlie si occupa dell'alimentazione tra CPU e memoria

Linee di controllo

Linee/mezzi di collegamento tra componenti: gestiscono il trasferimento dei volori in base alla quantità di byte da trasferire.

Tra il collegamento remoto, devono minimizzare la perdita di dati.

Campo magnetico generato dal cavo

Soluzione: si mettono i cavi coassiali.I dispositivi devono collegarsi con ponte che portano come scelta qualsiasi volore (buffer).

Frequenza

^o/_a ^o/_a t [s]

Es.: 3 bit trasmesso

Temometro 1 bit/sec 0/1/0/1 = minore frequenzaTermometro 2 bit/sec 0,5/1/0,5/1 = maggiore frequenza

• Bus grafo
• Inferenza
• Perde la sincronizzazione