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  Sistemi di elaborazione

Componenti fondamentali

1) Unità di controllo

CPU (central processing unit)

2) Unità aritmetico - logica

3) Unità di memoria

4) Unità di ingresso - uscita

5) Collegamento tra le diverse unità

UNITA' DI MEMORIA

E' un magazzino di informazioni, le quali possono essere immagazzinate (stored), conservate (keep), richiamate (research).

MEMORIA CENTRALE    MEMORIA ESTERNA

o interna    o ausiliaria

o main memory   o di massa

Suddivisione in base al tipo di accesso alle informazioni:

MEMORIE AD ACCESSO DIRETTO (RAM) il tempo di accesso ad ogni singola  informazione è lo stesso per tutte

MEMORIE AD ACCESSO SEQUENZIALE si ritrovano le informazioni nello stesso ordine di memorizzazione

MEMORIE AD ACCESSO SEMICASUALE (HARD DISK)

Suddivisione in base al punto di vista funzionale:

REGISTRI dispositivi di memoria con tempo di accesso molto veloce capaci di contenere poche informazioni. Usati come contenitori delle informazioni che devono essere elaborate dalla CPU

MEMORIA CENTRALE contiene i dati (elaborati o da elaborare) e le informazioni (azioni da eseguire sui dati). ½ risiede una parte del sistema operativo.

PROGRAMMA SORGENTE   COMPILATORE LINGUAGGIO MACCHINA

Programma che trasforma le istruzioni

in un linguaggio compreso dal computer

Le istruzioni macchina vengono caricate temporaneamente nella RAM

Ogni istruzione macchina è suddivisa in:

CODICE OPERATIVO OPERANDI

tipo di operazione   IND 1 IND 2

eseguita

dati interessati dall'operazione

La memoria centrale è divisa in LOCAZIONI ;

ogni locazione può conservare lo stesso numero di informazioni

ogni locazione ha un indirizzo, un numero d'ordine progressivo

MDR Memory data register (registro di transito dell'informazione)

MAR Memory address register (registro di indirizzo delle memorie)

Ogni locazione (cella di memoria) è costituita da una successione di BIT ognuno dei quali può assumere due valori: 0 e 1.

Organizzazione per carattere à BYTE (8 bit) ogni locazione può conservare un carattere o una sola cifra decimale

Organizzazione per parola à WORD (16, 32, 64 bit) ogni locazione può contenere un numero fisso di caratteri, o un valore numerico in sistema binario

1 Kb = 1024 bytes

MEMORIE DI MASSA

(accesso sequenziale e semicasuale)

Vantaggi: memorizzazione di grandi quantità di dati

Svantaggi: il tempo di accesso ai dati è rilevante

Archivi, flussi, file à insieme di dati su memorie di massa

RECORD LOGICO: suddivisione in campi elementari caratterizzati dalla descrizione e dalla lunghezza

RECORD FISICO: blocco di dati che viene fisicamente registrato sul supporto durante una operazione di scrittura

VOLUME: singolo supporto fisico al quale è associata una etichetta per essere identificato

NASTRO MAGNETICO

Vantaggi: 1) costo

2) possibilità di memorizzare grandi quantità di dati

3) utile per mantenere archivi storici

Svantaggi: 1) accesso solo sequenziale

2) tempi di ricerca lunghi

3) errori causa polvere

4) devono essere immagazzinati in ambienti controllati

IL PRIMO RECORD LOGICO DI OGNI NASTRO E' PRECEDUTO DA DUE BLOCCHETTI AVENTI FUNZIONE DI ETICHETTA:

ETICHETTA DI VOLUME: serve per identificare il nastro. Contiene il n°di riconoscimento ed eventualmente il nome del proprietario

ETICHETTA DI ARCHIVIO: contiene informazioni sull'archivio:

codice e nome identificativo

numero del nastro che costituisce il primo volume

numero d'ordine del volume se l'archivio è multivolume

data di registrazione

data di archivio

ARCHIVIO MONOVOLUME: contenuto su un solo nastro

ARCHIVIO MULTIVOLUME: contenuto su più nastri

TAPE MARK: blocco di un carattere tra le due etichette e il primo blocco contenente i record dell'archivio; serve per posizionare le testine di lettura e scrittura all'inizio dell'archivio. Dopo l'ultimo blocco c'è un Tape Mark ed esso è seguito dall'etichetta EOF (end of file).

Unita' centrale (CPU)

Formata da UNITA' DI CONTROLLO

UNITA' ARITMETICO - LOGICA  (ALU)

UNITA' DI CONTROLLO

L'unità di controllo legge istruzione dopo istruzione del programma memorizzato in una certa area della memoria centrale e dispone affinché i rimanenti organi dell'unità di controllo e delle unità periferiche ne compiano l'esecuzione.

Gli organi dell'unità di controllo collegano le unità di input, i circuiti elaborati e le unità output, realizzando la gestione automatica ed integrata dell'intero sistema elettronico.

Funzioni dell'unità di controllo:

Attiva e gestisce le unità periferiche d'ingresso per il trasferimento in memoria delle istruzioni e dei dati.

Preleva in sequenza le istruzioni della memoria centrale per porle in un proprio registro.

Interpreta ogni istruzione attivando i circuiti in grado di eseguirla.

Preleva dalla memoria in base al proprio indirizzo i dati necessari all'esecuzione dell'istruzione.

Trasferisce i dati all'ALU per eseguire l'operazione.

Controlla l'esecuzione del programma.

Governa il flusso dei dati stabilendo la priorità e le procedure.

Attiva o disattiva i dispositivi di segnalazione.

Attiva e gestisce le unità periferiche di uscita per l'emissione dei risultati del programma.

L'esecuzione dei programmi non è un processo continuo, ma avviene per passi o 'cicli di macchina' per cui l'unità di controllo, per gestire il 'traffico dati', si avvale di alcuni dispositivi come i registri, selettori e decodificatori:

PROGRAM COUNTER PC - registro contatore di programma

Contiene l'indirizzo dell'istruzione successiva a quella in esecuzione.

INSTRUCTION REGISTER (IR) - registro istruzione

Contiene l'istruzione in esecuzione.

DECODIFICATORE

Dispositivo per interpretare l'operazione specificata in forma codificata dall'istruzione da eseguire e la traduce in impulsi che attivano i circuiti interessati e gli organi che eseguono il comando.

CONTROLLER

Dispositivo che controlla ogni istruzione, cioè ogni sequenza di operazioni elementari (ciclo di macchina).

UNITA' ARITMETICO - LOGICA (ALU)

Effettua le operazioni aritmetiche e quelle logiche secondo l'algebra di Boole, elabora i dati trasformandoli in risultati e li restituisce all'unità di controllo. E' la parte esecutiva del computer.

Funzioni dell'ALU:

Esegue le operazioni aritmetiche fondamentali

Determina il segno algebrico dei risultati

Effettua le scelte logiche

Confronta i termini tra loro o con parametri dati

Provvede agli arrotondamenti

Effettua il trasferimento dei dati da una parte all'altra della memoria

L'ALU contiene dei registri (accumulatori) e dei dispositivi detti indicatori

Unità di trasferimento dati

Insieme di dispositivi hardware e software abilitati al trasferimento dei dati dalla CPU alle unità esterne e viceversa.

INTERFACCE E BUS   trasmissione di bits

CANALI trasmissione di bits e decisione di controllo

INTERFACCE dispositivi hardware e software capaci di permetter la connessione fisica e/o procedurale tra apparecchiature, circuiti, segnali o programmi altrimenti incompatibili. L'abilitazione a questi collegamenti viene effettuato dalla CPU.

BUS circuiti per la trasmissione dei dati su cui viaggiano dati, indirizzi e segnali di controllo.

La CPU effettua l'abilitazione al collegamento tra unità BUS con l'invio di segnali di controllo che aprono le porte logiche.

CANALI oltre a collegare fisicamente le unità periferiche della CPU, essendo dotati di unità di governo proprie, sono in grado di operare autonomamente anche l'elaborazione dei dati (sono anche detti processori I/O).

Trasferire dati dalla CPU ad una unità esterna impegna la CPU per tutto il tempo del trasferimento; ciò comporta due inconvenienti:

essendo la velocità di operazione dell'unità esterna minore di quella della CPU, la CPU stessa rallenta il suo lavoro;

durante questa fase la CPU rimane inutilizzata o esegue operazioni inutili.

BUFFER

CPU

Ai canali sono collegati i BUFFER, memorie di transito e appoggio, necessarie per la trasmissione di informazioni tra due apparecchiature che lavorano a velocità diverse.

Per i trasferimenti da memoria centrale alle unità periferiche i dati vengono prima posti dalla CPU nel buffer e poi viene attivato il canale che provvede autonomamente a trasferire i dati sulla periferica e a comunicare al sistema operativo il corretto completamento dell'operazione o un eventuale codice di interruzione.