Riassunto esame Fondamenti di informatica, prof. Chianese

Modello di esecutore

Il computer esegue operazioni elementari ad altissima velocità in modo automatico. Questo è possibile a patto che gli venga comunicato un algoritmo, una descrizione del lavoro che deve svolgere, in modo che esso possa comprenderlo. Il prodotto derivante dall'esecuzione dell'algoritmo è detto processo e chi lo esegue è denominato processore. Un algoritmo può produrre uno o più processi in base alle condizioni di lavoro.

Modello di von Neumann

Questo modello si basa sul concetto di programma memorizzato e si costituisce di:

• CPU: che coordina l'esecuzione delle operazioni.
• Memoria: in cui viene memorizzato l'algoritmo da eseguire e i dati su cui esso lavora.
• Dispositivi I/O: con i quali si interfaccia con il mondo esterno.

Ciò che ne ha decretato il successo è:

• Schema semplice e lineare
• Velocità e affidabilità nell'eseguire algoritmi (con velocità che superano i MIPS e affidabilità dato che non sbaglia mai ad eseguire gli algoritmi!)
• Adeguata capacità di memoria
• Costo ridotto

Memorie

Le memorie sono composte da registri, di dimensione finita misurati in bit. Ogni registro è dotato di un proprio indirizzo di memoria grazie al quale si può far riferimento. Il bit permette di assumere ai diversi tipi di memoria 2 stati:

• Di tipo elettronico: 5 volt, 0 volt.
• Di tipo magnetico: polarizzato positivamente o negativamente.
• Di tipo ottico: diverso riflesso del raggio di luce del laser.

In base alle dimensioni dei registri si dividono in:

• Byte se sono composti da 8 bit
• Voce se sono composti da un numero maggiore di bit (16, 32)

Il comportamento delle memorie può essere reso analogo a quello di una lavagna:

• Si leggono le informazioni a patto che vi siano scritte.
• Ciò che si legge non altera il contenuto della memoria.
• Ciò che si scrive è distruttivo per il contenuto precedente.

Store → scrittura del dato (copia dal buffer al registro)

Load → lettura del dato (copia dal registro al buffer)

Le operazioni avvengono nel seguente modo:

1. La CPU fornisce l'indirizzo del registro interessato.
2. La memoria lo decodifica.
3. Attiva solo l'indirizzo specificato dalla CPU.

Le prestazioni delle memorie si misurano in tempi di accesso, che non è altro che il tempo nel quale avvengono le operazioni di load e store. La selezione del registro è classificata in:

• Casuale, quando il tempo di accesso è indipendente dalla posizione (RAM).
• Sequenziale, quando il tempo di accesso dipende dalla posizione (nastri magnetici).

Alcune memorie sono costruite per la sola lettura e sono dette ROM; questo tipo di memoria è importante quando si vuole che alcuni file rimangano sempre inalterati!!

In base alla capacità di conservare o meno le informazioni quando non sono alimentate si classificano in:

• Volatili
• Permanenti

Allo schema di von Neumann col tempo sono state introdotte delle modifiche. L'aggiunta allo schema di memorie di alta capacità chiamate memorie di massa. Le memorie di massa differiscono da quella centrale per i seguenti fattori:

• Solo la memoria centrale può comunicare in modo diretto con la CPU.
• La memoria centrale è molto più veloce delle memorie di massa.

A questo difetto si è provveduto con i buffer dati, porzione di memoria centrale incaricata alla gestione dei dati (magazzino) in modo tale da regolarizzare i tempi tra i due dispositivi. Le memorie di massa sono di tipo magnetico o ottico permanenti. Le memorie RAM sono di tipo elettronico e volatili.

CPU

La CPU contiene tutto il necessario per acquisire ed eseguire i programmi provenienti dalla memoria centrale. Si compone di:

• UC: control unit
• ALU: unità logico-aritmetica
• Registri interni

La UC:

• Preleva le istruzioni dalla memoria centrale
• Decodifica
• Prende dati dalla memoria se servono
• Esegue l'istruzione

Per porre in run la CU è necessario che venga informata dell'indirizzo di memoria della prima istruzione da eseguire. La suddetta operazione è chiamata boot. La CU dopo aver recepito il boot esegue ininterrottamente l'algoritmo detto ciclo del processore. Il ciclo del processore si divide in 3 fasi:

1. Fetch
2. Operand assembly
3. Execute

L'ALU esegue operazioni di tipo logico-aritmetico e il prodotto delle sue operazioni viene segnalato da appositi bit del condition code (CC). Durante le operazioni la CPU può porre tutto ciò che le serve nei registri interni, dato che i tempi di accesso sono notevolmente minori. I registri interni più comuni sono:

• IR: registro istruzioni
• PI: registro prossima istruzione
• ACC: accumulatore (serve come deposito dell'ALU)
• CC: condition code; che indica condizioni che si verificano durante l'elaborazione (risultato nullo, overflow, underflow, negativo)

Bus

I bus sono i canali di interconnessione tra i dispositivi. Il trasferimento dei dati è coordinato dalla CPU. I bus possono essere:

• Seriali: Le informazioni viaggiano una dietro l'altra.
• Parallelo: Le informazioni viaggiano in parallelo.

Esistono 3 tipi di bus:

• Data bus
• Address bus
• Control bus

Control bus: serve alla CU per indicare ai dispositivi cosa devono fare.

Data bus: assicura il fluire dei dati nelle operazioni load/store.

Address bus: serve a indirizzare i dati correttamente.