Informatica

Caratteristiche tecniche di un calcolatore

Tutto ciò va a definire una delle caratteristiche tecniche di un calcolatore, ovvero lo spazio di indirizzamento che è l'insieme delle celle indirizzabili direttamente. Il numero di celle indirizzabili corrisponde al numero di informazioni rappresentabile con un certo numero di bit.

Random Access Memory (RAM): memoria ad accesso casuale

Perché si chiama "ad accesso casuale"?

• Si può accedere direttamente alle varie celle, una volta noto il loro indirizzo
• Il tempo necessario per accedere ad una cella è lo stesso, indipendentemente dalla posizione della cella nella sequenza
• Il termine "random" indica proprio il fatto che non vi sono differenze nell'accesso alle varie celle della memoria

La RAM è:

• veloce
• volatile
• formata da componenti elettronici
• relativamente costosa

ROM (Read-Only Memory)

La ROM è una memoria in sola lettura;

• non può essere modificata dagli utenti;
• non è volatile;

Perché deve mantenere in maniera permanente il suo contenuto;

• veloce quasi quanto la RAM;
• usata per memorizzare programmi e dati necessari all'avvio dell'elaboratore.

Memoria cache

La memoria cache ha le stesse proprietà della Ram, ma è:

• più veloce della RAM
• localizzata tra la CPU e la RAM
• memorizza i dati di uso frequente evitando alla CPU di doverli recuperare ogni volta dalla RAM
• influisce sulle prestazioni e sul costo della CPU

CPU esegue programmi scritti in linguaggio macchina

Tutti i programmi sono internamente codificati in LM

I programmi sono sequenze di istruzioni in LM

Le istruzioni sono comandi elementari, come:

• somma due numeri
• leggi dalla memoria
• scrivi in memoria
• confronta due numeri

Le istruzioni si suddividono in:

• aritmetiche, logiche
• di salto
• di lettura/scrittura in memoria
• di lettura/scrittura verso dispositivi di Input/Output

La CPU è formata da:

• Control Unit, che gestisce il flusso

di informazioni e fa in modo che gli altri componenti possano interagire fra di loro per fornire il risultato che ci si aspetta;

• Arithmetic Logic Unit, componente che esegue tutte le operazioni di tipo aritmetico;
• Registri, che sono delle celle di memoria molto veloci che sono un mezzo di supporto all'interno del processore

La Control Unit è la parte più importante del processore

• esegue le istruzioni dei programmi
• coordina le attività del processore
• controlla il flusso delle istruzioni tra il processore e la memoria
• non ha il compito di controllare il risultato delle istruzioni

Ciclo di fetch-decode-execute La CU svolge la sua attività in modo ciclico

1. Fetch (preleva):
   • preleva dalla memoria principale la prossima istruzione da eseguire
2. Decode (decodifica):
   • decodifica l'istruzione e preleva gli operandi specificati
3. Execute (esegui):
   • esegue l'istruzione utilizzando la componente opportuna, memorizza i risultati

ricominciaL'esecuzione comporta l'invio di comandi opportuni all'unità relativa:

• calcoli → Arithmetic Logic Unit
• lettura/scrittura → dati memoria
• acquisizione/stampa → dispositivi di I/O

La frequenza con cui è eseguito il ciclo di fetch-decode-execute è scandita dal clock (orologio interno): ad ogni impulso di clock la CU esegue un ciclo.

La velocità di elaborazione di una CPU dipende dalla frequenza del suo clock:

• Es.: 2.8 GHz, cioè 2 miliardi e 800 milioni di cicli al secondo

I REGISTRI

• Piccole celle di memoria con tempi di accesso molto più bassi rispetto alla memoria primaria
• Mantengono le informazioni necessarie per eseguire l'istruzione corrente
• Hanno dimensione di 16, 32 o 64 bit
• Sono in numero molto limitato (10, 20, 64 o 128), visto che sono all'interno della CPU

Si dividono in registri:

• generali
• speciali (PC, IR)

I registri generali sono celle di memoria temporanea;

contengono gli operandi e i risultati delle istruzioni inesecuzione;

Il Program Counter (PC) è un registro speciale che contiene in memoria principale l'indirizzo della prossima istruzione da eseguire; quando un programma viene avviato, l'indirizzo della prima istruzione viene caricato nel Program Counter; all'esecuzione di un'istruzione, il PC viene modificato per contenere l'indirizzo della prossima istruzione da eseguire.

L'Instruction Register (IR) è un registro speciale, che contiene l'istruzione attualmente in esecuzione.

Memoria secondaria

• capiente
• relativamente poco costosa
• non volatile
• lenta

È una memoria sia di lettura che di scrittura.

La memoria secondaria è composta da:

• supporti di memorizzazione, in cui vengono immagazzinati i dati
• dispositivi di memorizzazione, che leggono/scrivono dati dal/sul supporto di memorizzazione

Le tecnologie della memoria secondaria possono essere di tipo;

magnetico● ottico● magnetico-ottico● flash (o allo stato solido)

Nel caso della memoria magnetica si ha un supporto fisico in cui sono presenti delle particelle magnetiche e a seconda delle polarità di queste particelle si possono assegnare i valori 0 e 1.

Nel caso della memoria ottica, questa sfrutta la riflessione della luce di un laser. Sul supporto sono presenti delle scanalature che formano o delle zone chiare (luce riflessa) o scure (luce non riflessa).

Con la memoria secondaria vi sono due modalità di accesso:

• accesso diretto o random: si accede da qualunque punto del supporto direttamente
• accesso sequenziale: si accede ad un punto solo dopo aver letto/scritto fino a quel punto