Il processore. Il processore. Il processore. Il processore. Architettura dell elaboratore

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1 Il processore Architettura dell elaboratore Il processore La esegue istruzioni in linguaggio macchina In modo sequenziale e ciclico (ciclo macchina o ciclo ) Effettuando operazioni di lettura delle istruzioni dalla memoria centrale Dati letti e modificati in memoria centrale: accesso tramite indirizzo delle celle Il processore Il processore : memorie locali della La utilizza registri per la memorizzazione di istruzioni e dati (Instruction Register) PC (Programm Counter) (Process Status Word)

2 Il processore (Airthmetic Logic Unit): svolgimento di istruzioni aritmetiche e logiche Operazioni aritmetiche: somma, sottrazione, moltiplicazione, divisione Operazioni logiche: confronto di due dati: =, <, >, AND, OR Dotata di alcuni registri per la memorizzazione dei dati di input/output Il processore fondamentali dell unità di controllo PC (Program Counter): registro contatore delle istruzioni (Instruction Register): contiene una copia dell istruzione da eseguire Utilizzati nel ciclo macchina della Il processore La esegue 4 fasi in modo ciclico (ciclo macchina o ciclo ) Lettura (Fetch) Decodifica Esecuzione Scrittura Fase di lettura Dettagli sulla fase di lettura (fetch) 1. unità di controllo legge in PC l indirizzo di memoria contente l istruzione da eseguire 2. contenuto di PC inviato alla memoria (bus indirizzi) 3. memoria trasferisce il contenuto della cella all indirizzo inviato (bus dati) 4. dato inviato copiato in 5. contenuto del PC viene incrementato (istruzione successiva)

3 Fase di decodifica Fase di decodifica di un istruzione 1. Viene individuata la parte che identifica l operazione 2. Vengono individuate le parti che specificano gli operandi Fasi di esecuzione e scrittura Fase di esecuzione Esecuzione dell istruzione, in genere da parte della Fase di scrittura Risultato scritto In un registro interno alla centrale Trasferimento del contenuto di cella 44 nel registro R01 Trasferimento del contenuto di cella 52 nel registro R02 Somma del contenuto dei registri R01 e R02 e memorizzazione nel registro R03 Trasferimento del contenuto del registro R03 nella cella di memoria di indirizzo 44 Indirizzi di memoria PC 101

4 Ind contenuto Istruzione 101 PC contiene valore 101 Fase di fetch manda sul bus indirizzi 101 La memoria invia sul bus dati il contenuto della cella 101 (istruzione viene copiata dalla memoria in ) Contenuto del PC viene incrementato Ind contenuto PC 102 load R01, 44

5 Istruzione 101 Fase di decodifica ed esecuzione richiede il contenuto della cella di memoria di indirizzo 44 invia contenuto della cella 44 Ind contenuto La passa all istruzione 102 Lettura del contenuto della cella 102 e caricamento dell istruzione in R01 22 PC 102 Decodifica ed esecuzione load R01, 44

6 Ind contenuto R01 R PC 103 load R02, 52 Esecuzione dell istruzione 103 (somma) Nella fase di esecuzione l unità di controllo trasmette alla il codice dell istruzione da svolgere (add) Attiva collegamenti tra registri R01 e R02 e esegue la somma e scrive il risultato in R03 Ind contenuto 44 22

7 R01 R02 R PC 103 load R02, 52 Esecuzione dell istruzione 104 (store) Viene prelevato indirizzo 44 e inviato alla memoria Inviato alla memoria il contenuto del registro R03 R01 R02 R PC 105 store R03, 44 Ind contenuto 44 32

8 Funzionamento della La velocità di elaborazione della dipende dalla frequenza dei cicli macchina: clock Viene espressa in hertz (unità misura di frequenza) Attualmente si usano gigahertz (GHz). 1 gigahertz (simbolo GHz) = 10 9 Hz = Hz Funzionamento della Legge di Moore: numero di transistor su un chip raddoppia circa ogni 24 mesi E un osservazione empirica Architettura dell elaboratore Dispositivo di memorizzazione: immagazzinamento dati e istruzioni utili per l elaboratore Caratteristiche fondamentali di una memoria generica : velocità della memoria capacità di memorizzazione memorizzazione permanente o temporanea costo della memoria

9 Velocità di memorizzazione cresce con il costo per bit Esistono memorie di limitata capacità, veloci (costo alto) Memorie di grande capacità ma lente (costo contenuto) Tipi di memoria: registri memoria centrale: memoria temporanea o di lavoro di sola lettura o ROM (Read Only Memory ) memoria di massa (o secondaria): area di memorizzazione permanente centrale centrale Caratteristiche della memoria centrale: contiene istruzioni e dati che la elabora costituita da celle ogni cella identificata da un indirizzo univoco viene detta RAM (Random Access Memory, memoria ad accesso casuale o accesso diretto ) è una memoria volatile Indirizzi delle celle di memoria Contenuto delle celle di memoria

10 centrale Acceso alle memoria centrale diretto: si accede in modo diretto ad una cella tramite l indirizzo Tempo di accesso costante Ogni cella richiede lo stesso tempo Accesso ai dati Oltre all accesso diretto ai dati: Accesso sequenziale: sequenza accesso predefinita tempo di accesso variabile tipico dei nastri Accesso misto: serie di accessi diretti seguiti da una ricerca sequenziale il tempo di accesso varia a seconda di dove si trova il dato utilizzato nei dischi Accesso associativo: simile all accesso diretto Dipendente dal valore che si sta cercando tempo di accesso costante per ogni cella usato nelle memorie cache ROM ROM (Read Only Memory): memoria di sola lettura, permanente Dati contenuti in memoria ROM: programmi e istruzioni per la fase di inizializzazione (bootstrap) Non è utilizzata per memorizzare i dati dell utente