Architettura degli elaboratori

Che cos'è un elaboratore?

Un elaboratore è l'insieme dei criteri di base su cui è progettato e realizzato un sistema informatico. L'elaboratore è una macchina in grado di eseguire automaticamente sequenze di operazioni logico-aritmetiche sui dati in ingresso e restituire i risultati di tali operazioni in uscita. Utilizzeremo come riferimento l'architettura di Von Neumann.

Un processore è composto da:

• Unità centrale di elaborazione (CPU)
• Processore
• Memoria
• Controlli I/O

La macchina di Turing universale

La macchina di Turing universale è una macchina che esegue una serie di codici (algoritmo). Questa macchina esegue solo calcoli semplici come addizioni e sottrazioni. Elaboro con l'architettura di Von Neumann. La macchina di Turing esegue una singola operazione alla volta e non può fare altro. Esegue solo operazioni elementari, una dopo l'altra, e non può parallelizzare (è sequenziale).

Architettura di Von Neumann

Nell'architettura di Von Neumann, l'elaboratore è progettato per eseguire operazioni logico-aritmetiche sui dati in ingresso. Questo tipo di architettura è sequenziale e non permette parallelizzazione delle operazioni.

Architettura Harvard

Un’architettura più recente che prende il nome dalla nota università presso la quale è stata progettata.

• ALU
• Control Unit ⇔ Data Memory
• Memoria istruzioni: Contiene solo righe di codice.
• I/O: Contiene solo dati.

Useremo come riferimento i processori MIPS, che vengono utilizzati ancora oggi, per determinate procedure. I processori MIPS sono dotati di un'architettura Harvard modificata (pipeline). Ogni processore, anche se funziona nello stesso modo di un altro processore, può presentare architetture realizzate in modi diversi. Ci sono vari livelli di progettazione.

PC Address Program Counter

Livelli di progettazione

1^o Livello di progettazione
Instruction Address Instruction Memory A Instruction Fetch Instruction Memory Instruction Program Counter Addr Add Sum

2^o Livello di progettazione
Register Numbers Register 1 Register 2 Read Data 1 Read Data 2 Write Register Read Data Write Data Reg Write Registri ALU ALU Result Zero 3x ALU Control

3^o Livello di progettazione
Operation 32 32 ALU 32 Result Implementazione ALU 32 BIT Carry Out Carry In

Implementazione ALU 32 bit

Bit e informazione

Un'informazione è qualcosa che accresce la tua conoscenza. L'unità di misura dell'informazione è la quantità di informazione necessaria a dimezzare l'insieme delle scelte possibili, => 1 bit. Per individuare un numero tra 2ⁿ occorrono n bit di informazioni.

• Chiedo se è maggiore di 7 (risposta sì = 1 bit)
• Chiedo se è maggiore di 12 (risposta sì = 2 bit)
• Chiedo se è maggiore di 14 (risposta sì = 3 bit)
• Mi manca 1 solo bit per scoprire il numero. Totale bit = 4

Sistema posizionare posato

Ogni cifra ha un peso.