Laboratorio di informatica - Architettura del calcolatore

Architettura del calcolatore

Cos'è un calcolatore?

Una macchina di uso generale, che esegue un compito definito in base a un programma specificato dall’utente; una macchina che riceve dati in ingresso, li memorizza, li elabora sulla base di una lista di istruzioni, calcola i risultati, li memorizza e li fornisce in uscita.

Caratteristiche di un calcolatore

Hardware: struttura fisica del calcolatore; insieme delle unità funzionali che la compongono e delle loro interconnessioni.

Software: istruzioni da eseguire secondo un ordine preciso, il cui effetto è la realizzazione di uno specifico compito.

Firmware: programmi per computer installati nel sistema; il firmware non può essere alterato dall’utente.

Definizione di calcolatore

Un calcolatore è un dispositivo fisico che implementa il funzionamento di una macchina di Turing.

La macchina di Turing

È il modello più semplice di calcolatore, consiste in:

• Un nastro suddiviso in celle ognuna contenente un simbolo, il nastro funge da supporto per l’inserimento dei dati, da supporto di memoria, da supporto di uscita.
• Una singola cella contenente un elemento di un insieme finito detto stato.

Può eseguire due operazioni in lettura: legge un dato dal nastro; legge il suo stato. Sulla base delle letture: scrive un nuovo simbolo sul nastro al posto di quello letto; scrive un nuovo simbolo nella cella di stato; sposta la testina di lettura/scrittura di un posto a destra, a sinistra o la lascia dov’è. In alternativa, la macchina viene posta nello stato di halt e l’elaborazione termina.

La memorizzazione dei dati e delle istruzioni

La più piccola unità di informazione memorizzabile è il bit, che può assumere valore da 0 a 1. Il dispositivo utilizzato per memorizzare un bit è un elemento bistabile, un dispositivo elettronico che può assumere uno tra due stati stabili, ognuno dei quali viene fatto corrispondere a 0 o a 1.

Operazioni possibili su una cella di memoria

Operazione di scrittura: la cella di memoria viene caricata con un valore che permane finché la cella viene eliminata o non si esegue un’altra operazione di scrittura che modifica il valore memorizzato.

Operazione di lettura: si accede alla cella di memoria per consultare il valore e copiarlo su un’altra cella senza alterarne il contenuto.

CPU (Central Processing Unit)

Esegue i programmi immagazzinati in memoria principale prelevando le istruzioni, interpretandole ed eseguendole una dopo l’altra. È formata da un’unità di controllo, un’unità logico aritmetica e da registri. La CPU è inoltre connessa...