Informatica - Architettura dell'elaboratore

ARCHITETTURA DEL COMPUTER - IL MODELLO DI JOHN VON NEUMANN

Primo documento che descrive una macchina elettronica nella cui memoria vengono registrati dati e programma: l'architettura dei moderni processori è molto simile a quella descritta nel documento, sono quindi dette Macchine di von Neumann.

L'architettura di von Neumann è composta da quattro blocchi comunicanti tra loro per mezzo di un bus: un canale di scambio di informazioni.

Il bus è in realtà costituito da tre bus distinti:

1. bus dei dati
2. bus degli indirizzi
3. bus dei segnali di controllo

Sul bus dei dati viaggiano dati da e verso la CPU. Sugli altri bus viaggiano indirizzi e segnali di controllo che provengono soltanto dalla CPU.

L'unità centrale di elaborazione

L'unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit) è il cuore del computer. È costituita da tre parti:

• l'unità logico-aritmetica (ALU), che esegue operazioni
• la memoria, che conserva dati e programmi
• l'unità di controllo, che coordina le operazioni della CPU

aritmetiche (addizioni, sottrazioni..) e logiche.

l'unità di controllo, che ne governa il funzionamento

un insieme di registri, che sono spazi ad accesso molto veloce per la memorizzazione temporanea di dati e istruzioni da eseguire

Il funzionamento della CPU è ciclico ed il periodo di tale ciclo viene scandito dall'orologio di sistema (clock), che produce un segnale periodico. La frequenza del clock, costituisce una delle caratteristiche tecniche più importanti della CPU e si misura in cicli al secondo o Hz (Hertz).

CICLO DI FUNZIONAMENTO DELLA CPU

Ogni ciclo di funzionamento è composto da tre fasi:

1. accesso (fetch): lettura dell'istruzione da eseguire e sua memorizzazione nel registro istruzione
2. decodifica (decode): decodifica dell'istruzione da eseguire
3. esecuzione (execute): esecuzione dell'istruzione

La posizione dell'istruzione a cui si accede durante la fase di fetch è contenuta in un registro speciale

Detto contatore di programma (program counter, PC). Ad ogni ciclo, subito dopo la fase di accesso (fetch) il PC viene incrementato di un'unità, in modo da eseguire istruzioni in sequenza.

La memoria del computer

Ci sono due tipi di memoria: primaria e secondaria. Entrambe servono ad immagazzinare dati e programmi all'interno del computer ma con ruoli diversi. La memoria è suddivisa in celle o locazioni di memoria, ognuna delle quali ha un indirizzo. Ogni cella contiene un numero predefinito di bit. Un bit è un dato elementare che può assumere due valori, convenzionalmente chiamati zero e uno. Un insieme di otto bit si chiama byte ed è di norma l'unità di misura della memoria, nonché l'unità minima di memoria accessibile singolarmente.

LA MEMORIA PRIMARIA (o centrale)

La memoria primaria è veloce ma costosa. È costituita da chip di memoria realizzati con la stessa tecnologia (al silicio) utilizzata per la CPU.

• ROM (Read-Only Memory): è una memoria non volatile perché conserva i dati ed i programmi in essa memorizzati anche quando il computer viene spento. Viene scritta una volta sola alla fabbricazione (distribuzione di firmware) e contiene i programmi necessari all'avvio del computer. Nei PC, tali programmi prendono il nome di BIOS (Basic Input/Output System).
• RAM (Random Access Memory): è una memoria volatile perché perde i dati quando si spegne il computer. Consente la lettura e la scrittura dei dati e dei programmi in essa contenuti.