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:

• Bus dei dati
• Bus degli indirizzi
• 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 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.