Architettura dei computer

1. Architettura dei computer • In un computer possiamo distinguere quattro unità funzionali: • il processore (CPU) • la memoria principale (RAM) • la memoria secondaria • i dispositivi di input/output • Il processore e la memoria principale costituiscono l’unità centrale

2. Unità centrale Memoria Processore principale (centrale) Bus Controller Stampante Terminale Memorie di massa Periferiche di input/output (secondarie) Componenti principali di un computer

3. Organizzazione fisica attuale Unità di controllo ed elaborazione e memoria Periferiche per l’output Periferiche per l’input Tastiera e mouse CPU + HD, CD, Floppy Scanner

4. Hard Disk Lettore CD Floppy Disk CPU RAM

5. Architettura dei computer • Le varie componenti comunicano attraverso uno o più insiemi di collegamenti detti bus • Nei computer moderni: • c’e’ un collegamento dedicato detto bus disistema per la comunicazione tra cpu e memoria principale • ci sono collegamenti per le altre periferiche detti bus locali con i loro adattatori (memorie secondarie, dispositivi di I/O e di rete)

6. Le idee ed i pionieri • Babbage • Turing • von Neuman Il computer è un calcolatore digitale programmabile dotato di memoria dati e programmi risiedono in memoria

7. La memoria principale • Fornisce la capacità di “memorizzare” le informazioni (i dati e i programmi) • Può essere vista come una lunga sequenza di componenti elementari, ognuna delle quali può contenere un’unità di informazione (un bit)

8. Le componenti elementari della memoria sono aggregate tra di loro e formano strutture complesse dette celle che possono contenere otto bit (un byte) • La memoria può essere vista come una sequenza di celle

9. 0 1 2 3 4 N La memoria principale • Ciascuna cella è caratterizzata da un indirizzo • Gli indirizzi corrispondono all’ordinamento delle celle nella sequenza • Gli indirizzi sono numeri interi (partono da 0) • Gli indirizzi non sono scritti da nessuna parte, sono determinati dall’ordinamento consecutivo

10. Un altro nome con cui viene indicata la memoria principale è memoria RAM (Random Access Memory) • Questa definizione indica che il tempo di accesso ad una cella è lo stesso indipendentemente dalla posizione della cella • Le operazioni che un Processore può effettuare sulla memoria sono le operazioni di lettura e scrittura di informazioni nelle celle

11. L’ indirizzo di una cella è un numero intero e quindi lo si può codificare in binario • Il numero di celle di memoria determina il numero di bit necessari a rappresentare l’indirizzo • Viceversa il numero di bit destinati all’indirizzo determina il numero di celle indirizzabili • questo numero viene chiamato Spazio di indirizzamento

12. Dimensioni della Memoria • Le dimensioni della memoria principale variano a seconda del tipo di computer • Nei computer attuali le dimensioni tipiche della memoria principale vanno da 32MB a 1GB (1MB = 220 byte ~ 1.000.000 byte, 1GB = 230 byte ~ 1.000.000.000 byte)

13. Spazio di indirizzamento • Nei computer attuali lo spazio di indirizzamento è di almeno 32 bit, con cui si possono indirizzare 232 byte = 4GB • Lo spazio di indirizzamento è maggiore della memoria esistente

14. Parola di memoria • Una parola di memoria è, a seconda del tipo di computer, un aggregato di (due) quattro o otto byte, sul quale si può operare (leggere e scrivere) come su un blocco unico • Per eseguire le operazioni di lettura e scrittura sulla memoria, si deve specificare l’indirizzo della parola su cui si vuole operare • Gli indirizzi delle parole devono essere multipli del numero di celle (byte) che le compongono

15. Indirizzamento • La cella è l’unità minima di memoria indirizzabile, non sono indirizzabili i singoli bit • La parola è l’unità massima di memoria che è possibile leggere e scrivere in un colpo solo (mediante un’unica istruzione)

16. La memoria è caratterizzata dal tempo di accesso (tempo necessario per leggere o scrivere un’informazione in una parola) • Le memorie principali dei computer attuali sono molto veloci e i loro tempi di accesso sono di pochi nanosecondi (= 10-9 sec, un miliardesimo di secondo) • Le memorie principali sono relativamente costose

17. La memoria principale perde ogni suo contenuto quando si interrompe l’alimentazione elettrica. Questa caratteristica viene chiamata volatilità • È quindi necessario per conservare le informazioni (programmi e dati) avere altri tipi di memoria (memoria secondaria) che conservano il contenuto anche senza alimentazione elettrica

18. Tipi di RAM • DRAM (Dynamic RAM): il tipo più diffuso, altamente volatile, deve essere aggiornata continuamente, economica • SRAM (Static RAM): può mantenere i dati finchè è alimentata, molto più veloce e costosa della DRAM, viene utilizzata per realizzare la memoria cache • Moduli di memoria RAM: DIMM e SIMM

19. Memoria Cache • Memoria molto veloce intermedia tra RAM e CPU • i dati di uso piu’ frequente sono mantenuti nella memoria Cache per minimizzare i trasferimenti tra RAM e CPU • Ci sono due tipi di Cache: • interna al processore (~256KB) • esterna al processore (~2MB) realizzata con chip di memoria SRAM

20. Memoria RAM-ROM • Tutti i computer contengono un chip di memoria elettronica permanente non modificabile (ROM=Read Only Memory) • Il più comune è chiamato EPROM • Contiene un programma (detto Basic Input Output System) per l’avviamento del computer e per altre operazioni fondamentali

21. Riassunto caratteristiche Memoria RAM La memoria RAM è: • veloce (accesso nell’ordine dei nanosecondi) • relativamente costosa • ha dimensioni limitate • è volatile (non può mantenere dati permanenti • è ad accesso diretto (si può accedere a qualsiasi cella senza accedere alle altre)