Dall'architettura di Von Neumann al personal computer

DALL’ARCHITETTURA DI VON

NEUMANN AL PERSONAL

COMPUTER

è un’architettura che si rifà a questo ungherese Von Neumann che è scappato negli

Stati Uniti ed è stato uno degli artefici del “progetto Manatthan” che è ciò che ha

portato alla creazione della bomba atomica (il suo scopo era quello che la bomba

atomica uccidesse il maggior numero di persone).

quando deve costruire il primo computer, il calcolatore elettronico ENIAC di

Filadelfia, si chiedeva: “dove vado a mettere i risultati? dove memorizzo i risultati che

trovo?”.

La memorizzazione temporanea dei dati nei registri ci permette di comprendere la

modalità con cui il computer esegue i calcoli → problema dove mettere:

i risultati del calcolo

le istruzioni necessarie al calcolo

la soluzione era quella di infilare sia i dati che le istruzioni nella memoria del

computer → da cui l’architettura di Von Neumann, che fa si che si che il nostro

computer abbia sia dati che istruzioni in memoria.

architettura di Von Neumann:

distingue le unità di elaborazione dell’informazione

dalle unità di memorizzazione

comprende quattro componenti principali

fa uso di un bus, ovvero di una serie di fili a cui

sono collegati tutti i componenti del calcolatore

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questa architettura è costituita da 4 componenti, noi

vediamo il computer come costituito da 4 pezzi, divisi in

due: da un alto ciò che memorizza l’informazione,

dall’altro ciò che elabora l’informazione. Questi 4

componenti sono collegati da un bus (e il bus è uno dei

4 componenti):

1. CPU (unità centrale di operazione o Central Processing Unit)

dentro la cpu c’è

unità di controllo (quella che apre e chiude i latch)

unità logico aritmetica ALU

registri

la cpu è collegata in ingresso e in uscita è collegata al bus (che non è quello il bus

della cpu per i regosti etc, ma un altro più macroscopico che collega i 3 componenti).

La CPU può effettuare collegamenti verso l’esterno secondo due modalità:

accedendo alla memoria centrale

attraverso istruzioni di input/output

in entrambi i casi viene fatto uso dei cosiddetti “indirizzi”. Un indirizzo è un numero

binario che consente di identificare (e quindi di raggiungere) esattamente una cella

di memoria, analogamente all’indirizzo che ci consente di identificare (e di

raggiungere) una località sulla terra.

2. unità di memoria

questa è la vera e propria RAM (random access memory, memoria d’accesso

casuale) ovviamente anche lei è collegata in ingresso e in uscita al bus,

perchè potrebbe avere delle informazioni che deve dare al

processore che viene processata e rimandata indietro.

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3. unità di I / O

modo per interagire con il mondo esterno Input e Outpu che anche loro sono

collegate al bus ma è ovvio che l’unità di input è collegata in ingresso al bus e

l’output in uscita.

4. bus

bus di sistema, per differenziarlo dall’altro bus del processore, perchè tutto il sistema

colloquia tramite questo bus.

CHIP → registri che vedevamo costituiti da 8 bit sono registri

che vanno bene per i processori ma nel momento in cui

dobbiamo gestire una quantità enorme di memoria, come la

ram, allora la disposizione è diversa e la disposizione logica

di questi circuiti flip-flop è una disposizione a quadrato.

16 x 16 = 256 bit

come si effettua la selezione dei dati all’interno di un chip?

le celle di memoria sono strutturate come una matrice,

secondo righe e colonne

per selezionare una particolare cella basta attivare la

corrispondente riga e la corrispondente colonna.

supponiamo che l’indirizzo sia 00111001:

i primi 4 bit indicano la riga (0011 in base 2 = 3 in base

decimale), mentre i estanti 4 bit indicamo la colonna

(1001 in base 2 = 9 in base decimale).

in corrispondenza della riga 3 e della colonna 9 c’è una

cella il cui valore è 1.

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quante informazioni devo utilizzare per arrivare a leggere 1 bit: 16 colonne

corrispodono a 16 stati: logaritmo in base 2 di 16 → 4. necessito di 4 bit per gestire

16 stati righe. e altri 4 per colonne, quindi con 8 bit totali per leggerne 1.

gli ingegneri, siccome usare 8 bit per

leggerne 1 è dispendioso, hanno

pensato che se di chip ne metto 8, con

lo stesso indirizzo io posso accedere

all’informazione di altri chip: con lo

stesso indirizzo ad 8 bit riesco a

leggere 8 bit.

Il numero binario è scritto su più chip →

non cambia niente se non che con 8 bit

ho 8 bit di informazione.

questo consente che il nostro chip abbia un sistema che consente di recuperare

l’informazione. Se distribuisco l’info con gli 8 chip, se si rovina l’8 chip, della singola

sequenza da 8 bit perdo solo l’ultima cifra (che era 0 o 1). Ma le memorie sono

costruite in modo intelligente perchè oltre a questi 8 chip, ce n’è un nono (chip di

parità), che scrive il risultato della somma binaria di tutti gli 8 i numeri.

1 0 0 1 0 1 0 0 1

il risultato della somma è 1, se per caso l’ottavo chip non funziona

1 0 0 1 0 1 0 ???? 1

ricavo il risultato dell’ottavo chip tramite la somma. La di tutti gli altri chip superstiti

ho come risultato 1 e il chip di parità vale 1, quindi ottavo chip deve valere per forza

0 (numero che aggiunto ad 1 faccia 1).

CICLO DEL PROCESSORE

ciclo perchè quando accendiamo il computer e quan do lo lasciamo a non fare nulla,

lui in realtà non è in pausa ma fa sempre qualcosa, il processore esegue in modalità

ciclica le operazioni descritte qui sotto:

1. bisogna caricare l’informazione, chiamata anche fase di fetch. La fase di fetch

utilizza il Program counter (PC) per prelevare dalla memoria l’istruzione che

deve essere eseguita ed eventualmente i dati (per esempio se l’istruzione è

“somma” saranno caricati anche i dati necessari a fare la somma, cioè i due

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numeri da sommare). L’istruzione e i dati vengono caricati nel registro istruzioni;

per caricare l’info, bisogna quindi conoscere l’indirizzo di questa info e lo chiedo

al registro degli indirizzi (che è un pò come la rubric