Calcolatori Elettronici

SCHEMA LOGICO

• Si parte da teorie Algebra di boole (1854)
• Concetti logico teorici, variabili ed operandi logici, nati per descrivere

IL CALCOLATORE DI VON NEUMANN

• CPU
• MEMORIA

I/O

• SVILUPPO E PRIME IMPLEMENTAZIONI HW
• Reti con MEMORIA
• Reti senza MEMORIA

I SISTEMI DI MEMORIA

• CONSERVAZIONE DELL'INFO e conseguente
• Correzione degli errori creativi.

MEMORIE INTERNE e MEMORIE ESTERNE

• CPU
• SET DELLE ISTRUZIONI DI MACCHINA
• PROGETTAZIONE
• LINGUAGGI DI BASSO LIVELLO
• LINGUAGGI ASSEMBLATORI
• RAPPRESENTAZIONE BINARIA E VINCOLATA DI NUMERI E CARATTERI ALFABETICI

Algebra nel Calcolatore

UNITÀ I/O

• Molte volte via BUS DI SISTEMA

Cap 1

• 1854: L'algebra di boole
• Variabili logiche
• Operazioni che agiscono sulle var
• Tabella di verità x definire gli operatori e il funzionamento delle variabili:
• Elencono i valori assunti dall'operazione x tutte le possibili combinazioni
• dei valori delle variabili

• Reti combinatorie
• Analisi e sintesi (esempi)
• Ritardi

• Reti seq. Elementi di memoria
• Latch S/Asincrone
• Analisi e sintesi
• Master-Slave
• Esempi: Riconoscitore di seq.

UDM ESTERNE → NON ACCESSIBILI IN MANIERA DIRETTA AL PROCESSORE

• DISCHI MAGNETICI
• DISCHI OTTICI
• NASINI MAGNETICI
• DISCHI MAGNETICO-OTTICI

FORMATTAZIONE DEL DATO

• TRACCE
• SETTORI (divisi dai GAP)
• CAMPI (ANCH'ESSI SEPARATI DA GAP)

SUDDIVISI IN

• ID FIELD
• DATA FIELD
• HEAD

Classificazione x caratteristiche fisiche:

• MOVIMENTO TESTINA
• REMOVIBILITÀ
• LATI DEL DISCO
• PIATTI

DISCO → I/O → PROCESSORE

Il tempo di attesa dipende da:

• PERIFERICA LIBERA
• CANALE DI COMUNICAZIONE LIBERO (ES BUS)
• TEMPO DI ACCESSO AL DISCO

Abbiamo detto che le istr. di alto livello si trasformano in file calcolatore in stringhe di bit, che però risultano essere difficili da interpretare per il programmatore, per cui si ricorre ai linguaggi assemblatori (es. MIPS).

• Dosi di istruzioni:
  • Istruzioni logiche ed aritmetiche
  • Istruzioni di memorizzazione
  • Op. I/O

Controllo del flusso di esecuzione = SALTO

CHIAMATA A PROCEDURA

• Numero di indirizzi per istruzione (num. di operandi "supportati" dell'istruzione).
  • 3 INDIRIZZI
    • 2 IN
    • 1 OUT
  • 2 INDIRIZZI
    • 1 IN
    • 1 IN/OUT
  • 1 INDIRIZZO
    • 1 IN
    • Gli altri nel registro accumulatore
  • 0 INDIRIZZI
    • TUTTI NELLO STACK
    • Area di memoria dedicata

ALL aumentar della complessiti delle intruzioni diminuisce il numero di indirizzi necessari, anche se la loro interpretazione diventa più complessa.

CAPITOLO 5

• Il linguaggio assembly

  • OPERAZIONI FONDAMENTALI
    • ADD
    • SUB
  • OPERANDI

• I registri (32)

  • I registri speciali

• Trasferimento da memoria a registri (LW)

  Trasferimento da registri a memoria (SW)

• Le ETICHETTE

• L'organizzazione della memoria (DISTANZA tra parole)

  Che cos'è un vettore? → SEQUENZA DI LOCazioni DI MEMORIA CONTIGUE A PARTIRE DA UN DATO INDIRIZZO BASE

• Istruzioni di salto → ESECUZIONE DI OPERAZIONI DIVERSE A SECONDA DELLA SITUAZIONI

  • BNE
  • BEQ
  • J

  NON SONO I SALTI A PROCEDURA

• Altro

  Altre istruzioni di salto e confronto

Rappresentazione binaria dei numeri

• Sappiamo già che nel calcolo binario, la rappresentazione di qualsiasi numero avviene in basato ai bit, che valgono "0" o "1". Il soggetto per una corretta rappresentazione è la corretta posizione del bit. Se dobbiamo rappresentare numeri con un segno avviene dunque sicuramente la necessità di:
  1. Conoscere il valore del bit di segno
  2. Conoscere la sua posizione

- Sappiamo che:

• Il segno + è rappresentato dal bit 0 nella posizione più significativa (tutto a sinistra)
• Il segno - è rappresentato dal bit 1 sempre nella posizione più significativa

- Se vogliamo pensare in generale ai numeri senza un segno, La formula che permette avere i numeri rappresentabili è:

A = Σ_i=0^n-2 2ⁱ a_i

Convenzioni di rappresentazione:

Ci sono due diverse convenzioni (modi per dire una cosa e capirsi in tutto il mondo) per rappresentare i numeri col segno nei calcolatori, uno è più intuitivo, via che può avere problemi a livello macchino, l'altro è più complesso ma non riesce ad avere diverse modalità di calcolo:

• Rappresentazione dei nativi in segno e valore
• Rappresentazione in complemento a due

Le operazioni

L'addizione, viene eseguita con le regole consuete; si ha overflow se sono necessari più bit di quelli a disposizione per rappresentare il risultato; ciò si verifica se il flag overflow valga 1, il risultato è sbagliato.

Occorre verificare se il segno del risultato è discordante con quello degli addendi.

Si può avere overflow anche senza riporto:

• -4 1100
• -4 0100
• +4 0000

= 7 0001

= 6 0010

10011

somma di segno è discordante con gli addendi è un overflow "cattivo"

La sottrazione

Si esegue con la somma del minuendo al sottraendo negato in complemento a due

a +(-b)

• 2 0010
• -7 1001

1011 -> -5

Se si verifica overflow valore non preciso

1010 -> -6

1100 -> -4

10110overflow

Per eseguire la somma di due numeri in floating point si fa:

• la differenza degli esponenti.
• Il segno del risultato indica quale dei due esponenti è più piccolo.
• Il modulo indica invece il numero di scorrimenti verso destra che devono essere eseguiti sulla mantissa del num. più piccolo.

Quindi il registro che contiene la mantissa deve essere di tipo scorrimento.

• Gli scorrimenti possono essere pilotati da un contatore caricato con la differenza fra gli esponenti; ad ogni scorrimento questo contatore viene decrementato di uno fino a svuotarsi.

Che ci dà proprio il numero di scorrimenti.

Struttura del Parallel Adder:

È dato dalla connessione in serie di più "Full Adder".

Cos'è un full adder? È un passo successivo al sommatore elementare, l'half adder (che dati due bit in ingresso, presenta in uscita la somma e il riporto).

Infatti il full adder presenta quindi in ingresso i due bit e il riporto, calcolata in uscita la somma ed il riporto nuovo.

• Ripple Carry Adder → insieme di full adder.

La somma complessiva dipende dal tempo che ogni singolo full adder impiega a generare il riporto per lo stadio successivo (ritardo).

È chiaro che, se il ritardo di uno stadio è t e io ho m stadi nel P.A. il ritardo totale sarà m·t.