Architettura dei sistemi di elaborazione - Appunti e schemi

INTRODUZIONE AL CORSO

A cosa servono i computer?

• DEFINIZIONE CLASSICA
  • elaborazione automatica delle informazioni
• OGGI
  • acquisizione automatica informazioni
  • elaborazione
  • condivisione informazioni e delle attività tramite reti

INTERNET

• PC SERVER
  • eseguono servizi

• RETE
  • TELEFONIA
  • PC
  • WORKSTATION
  • COMPUTER "CLIENT" (utilizzatori dei servizi offerti)

Come funziona un computer?

• COMPUTER = MACCHINA
  • elettronica
  • automatica
  • NO intelligenza NO coscienza
  • basata su dispositivi elettronici
  • svolge compiti in autonomia se viene caricata con le istruzioni
  • vasto campo di applicazioni

Possibilità e Limiti

• acquisizione informazioni → INPUT
• invio informazioni → OUTPUT
• memorizzazione permanente informazioni
• recupero delle informazioni
• trasmissione delle informazioni

• elaborazione informazioni
  • istruzioni elementari semplici: calcoli, confronti
  • sequenze istruzioni elementari
    • selezioni
    • ordinamenti
    • organizzazione dati
    • risoluzione problemi

N.B. I computer NON prendono iniziative e funzionano imprevisti

Come funziona un computer?

interfacce

dischi

CPU

memoria

segnali digitali

segnali elettrici

Programma

sequenza di istruzioni che il calcolatore elabora in modo automatico

Architettura di un calcolatore

• Control Unit
• PC
• IR
• SP
• ALU
• R0
• R1
• Rm

Address Bus

Data Bus

Control Bus

Hardware e software

• Hardware — insieme dei componenti fisici dell'elaboratore
• Software — è l'insieme dei programmi (algoritmi + strutture dati)

Sistemi operativi

Compilatori, interpreti

Software applicativo

Istruzioni PrivilEgiatE

Per eseguire un'istruzione privilegiata è necessario cambiare il modo, ma

questa istruzione viene eseguita nel modo user.

necessità di eseguire una istruzione privilegiata

sottomissione del SO in modalità protetta

all'utilizzo di passare in modalità non protetta

Protezione della memoria

• Sono definite diverse possibilità di accesso:
  • no access
  • read only
  • read/write
• ie SO deve pure essere completo da accesso inappropriato alla memoriada parte di programmi utente
• programmi utente sono anche protetti gli uni dagli altri

File system e protezione file

— Sistema multiutente —

• file dei vari utenti risiedono nella memoria di massa condivisa da tutti
• — ie SO offre tecniche di protezione degli archivi e delle directory di accesso utente, per impedire che gli altri utenti possanoleggere o modificare il contenuto

Utente A ᐅ File utente A

Utente B ᐊ

Sudddivisione tipica utenti

• Root, System, Amministratore r
• Owner, User
• Group
• World

Privilegi accordabili

• Read
• Write
• Execute
• Delete

*Root è l'admin del SO e in genere gode di tutti i privilegi*World e "il resto del mondo", ovvero tutti gli utential di fuori del gruppo

Linguaggio Macchina e Linguaggio Assembly

Formato della istruzione:

• Gruppi
• Metodo indirizzamento
• Primo registro (se presente)
• Secondo registro (se presente)

In alternativa può contenere un "offset" scritto su 8 bit per calcoli di salti.

GRUPPI

• Trasferimento dati da e verso le memorie o fra registri (1)codice 0 (00₂)
• Somma aritmetico - logico (2)codice 1 (01₂)
• Input/output (3)codice 2 (10₂)
• Istruzioni controllo (4)codice 3 (11₂)

MODI DI INDIRIZZAMENTO

• operandi immediato → codice 1 (01₂), mnemonico I:la parola che segue l'istruzione contiene il dato
• indirizzo assoluto → codice 2 (10₂), mnemonico A:la parola che segue l'indirizzo contiene l'indirizzo del dato
• indirizzo in registro → codice 3 (11₂), mnemonico R:l'indirizzo del dato è contenuto nel registro specificato

GRUPPO "TRASFERIMENTO DATI" (1)

Gruppo "trasferimento dati"

• LDWI d x load word 00010000dddd0000 DATA(16)
• LDWA d a load word 0001001dddd0000 ADDR(16)
• LDWR d r load word 00010010dddd0000 DATA(16)
• LDWI d x load byte 00010011dddd0000 ADDR(16)
• LDBA d a load byte 00010100dddd0000 DATA(16)
• LDBR d r load byte 00010101dddd0000 ADDR(16)
• STRA s a store word 00010110sssss0000 ADDR(16)
• STRR s r store word 00010111sssss0000 ADDR(16)
• STBA s a store byte 00011000sssss0000 ADDR(16)
• STBR s r store byte 00011001sssss0000 ADDR(16)
• WRR s write word 00011010ssssss0000
• PUSH push 00011011sssss0000
• POP pop 00011100dddd0000
• SPRD read SP 00011101dddd0000
• SPWS write SP 000111101sssss0000

s, d, x: codici dei registri, n: istruzione A, B:(s = source, d = destination, x = address)

traduzione - FIBO - PARTE I

FIBO: MV R1 R2 ; int fibo (int R1)

JUMP2 CONT-2 ;

CONT-1: LOWI R0 0 ; if (R1 == 0)

RET ; return 0

CONT-2: LOWI R0 1

SUB0 R1 R2

JUMPN CONT-1 ; if (R1 >= 1)

LOWI R0 1 ; return 1

RET

traduzione - FIBO - PARTE II

DEC R1

PUSH R1

CALL FIBO ; /* chiama fibo (R1-1) */

POP R1

MV R0 R2

DEC R1

PUSH R1

PUSH R2

CALL FIBO ; /* chiama fibo (R1-2) */

POP R2

POP R1

ADD R2 R0

RET ; return fibo (R1-1) + fibo (R1-2)

Interrupt timeline

USER PROCESS EXECUTING

PROCESSING

TRANSFERRING

I/O REQUEST

TRANSFER DONE

I/O REQUEST

TRANSFER DONE

I/O Structure

• dopo l'inizio dell'I/O, il controllo ritorna all'user program solo al momento del completamento dell'I/O
• espleta istruzioni rimanenti restituendo della CPU fino all'interrupt successivo
• aspetta e cede (specific per il memory access)
• al massimo una richiesta I/O è in sospeso alla volta, non si può avere processamento simultaneo di I/O

• dopo l'inizio dell'I/O, il controllo ritorna all'user program senza aspettare il completamento dell'I/O
  • system call ⟶ richiesta al sistema operativo e permette all'user di specificare il completamento dell'I/O
  • device-status table ⟶ contiene l'entry per ogni I/O device, includendo il tipo, indirizzo e lo stato
• il sistema operativo ispeziona l'I/O device table per determinare se device status e per modificare la table entry per includere l'interrupt

Storage Definition and Notation Review

• basic unit of computer storage ⟶ BIT
• tutto il resto dell'immagazzinamento dato nel computer è basato su collezione di bit. Esistono due bit valori ₀ e ¹ che permettono, quante cose può rappresentare il computer

• 1 BYTE è formato da 8 bit
• la maggior parte dei computer non hanno un'istruzione per manovrare il bit ma una per manovrare il byte
• un item di memoria comunemente è WORD ed è un'unità di dato nella architettura dei computer
• una WORD è formata da una o più byte e il computer esegue molte operazioni nella una WORD che richiede piuttosto una che bit né byte