Appunti lezione Calcolatori elettronici

CALCOLATORI ELETTRONICI 4/11

Architettura di von Neumann rivisitata

Inizialmente, abbiamo suddiviso logicamente l’architettura in due blocchi:

• Unita di calcolo (PU): tutto ciò che esegue il lavoro;

• Unità di controllo (CU): la parte intelligente

In realtà, all’interno della nostra CPU troviamo:

• l’unità di controllo;

• l’unità di calcolo (circuito combinatorio);

• parte della memoria di lavoro (registri)

Registri

I registri sono delle unit`a di memoria interne al processore, compongono la parte di

memoria di lavoro interna alla CPU. Permettono di memorizzare parole binarie. I registri

sono realizzati a partire da flip flop, la quantit`a di memoria disponibile `e estremamente

limitata.

I registri di una CPU possono essere suddivisi in classi principali:

• Registri principali: sono i registri senza i quali non `e possibile realizzare un’architettura di

von Neumann.

• Registri visibili al programmatore: sono registri che il programmatore può utilizzare

esplicitamente nel suo programma.

• Registri invisibili al programmatore: sono registri che il programmatore può modificare

solo indirettamente e non programmaticamente

Interconnessione tra registri

Per effettuare operazioni e memorizzare dati, i registri devono essere connessi tra loro.

•Interconnessione diretta: Tutti i registri sono collegati tra loro. Quindi da ogni registro

escono 16 canali da 64 fili

PRO: semplice da implementare

CONTRO: difficoltà se è necessario interconnettere più registri tra loro (troppi fili)

•Interconnessione tramite multiplexer

Tutti i registri sono collegati tra loro tramite un solo canale (composto da 64 fili). Per

sovrascrivere un registro:

• il multiplexer seleziona l’ingresso corrispondente al registro che contiene i dati che

vogliamo inserire nel nuovo registro;

• l’unità di controllo deve impostare wreg = 1, dove per w intendiamo write enable.

Possiamo scrivere in un registro solo se wreg = 1.

Abbiamo bisogno di w messo in and con il clock per selezionare il registro in cui vogliamo

scrivere, dato che i fili portano le stesse informazioni a tutti i registri.

PRO: semplice da implementare, possibilità di trasferire più dati contemporaneamente

CONTRO: costo eccessivo dei multiplexer e delle linee di interconnessione

•Interconnessione tramite BUS interno

Nel caso precedente, da ogni registro usciva un filo, in questo caso abbiamo un unico filo,

chiamato BUS, che connette in lettura e scrittura tutti i registri.

Il BUS `e caratterizzato da due operazioni:

• ricezione dati: i bit presenti sul BUS sono memorizzati in un registro;

• trasmissione dati: il contenuto di un registro è posto sul BUS.

Sul BUS può scrivere al massimo un registro alla volta. Utilizziamo dei segnali di controllo

opportunamente generati: write enable (Wreg) e buffer three-state (Breg).