ci passano i dati in uc→mem
ma anche in i/o→uc, ecc.
dispositivi i/o
sono la parte più visibile:
tastiera
mouse
schermo
ma anche:
rete
altoparlanti
stampanti
...
la connessione spesso è bidirezionale anche se non sembra
(es, sulla tastiera ci sono i led)
memoria
una serie di celle
ogni cella può contenere un numero
le celle sono numerate
ogni cella può venire letta o scritta
valore e indirizzo
il contenuto della locazione di indirizzo2 è
il valore4032
canale di comunicazione: cosa ci passa
indirizzo
rw
valore
canale di comunicazione: come è fatto
i numeri (indirizzo e valore) sono rappresentati in binario
sono più bit ognuno
indirizzo
collegamento multiplo da UC a MEM
rw
singolo collegamento da UC a MEM
valore
collegamento multiplo bidirezionale fra UC e MEM
canale di comunicazione: lettura da memoria
esempio:
l'unità centrale richiede il contenuto della cella numero
2
fasi della lettura: invio indirizzo
leggere (non scrivere) l'indirizzo 2
leggere = rw vale true
indirizzo = 2
l'unità centrale invia 2 e true
fasi della lettura: invio valore
il valore della cella è 4032
la memoria invia il valore 4032
scrittura in memoria
esempio:
l'unità centrale richiede che sia scritto 32 nella cella
0
scrittura in memoria: fasi
scrivere, non leggere = rw vale false
l'unità centrale invia i valori 0, false e 32
struttura interna dell'unità centrale
alu: unità che esegue somme, sottrazioni,
spostamenti (vedere dopo) ecc.
reg: alcuni registri, ognuno contiene un valore
controllo: l'unità che manovra tutte le altre
registri
di uso generale (ci si può mettere qualsiasi valore)
PC, IR: relativi al programma che si sta eseguendo
il programma
nell'architettura di Von Neumann, si trova in memoria
è rappresentato da una sequenza di numeri
vengono letti uno per volta
esecuzione del programma
la sequenza 1921 - 992 - 10063 - 56 sono
quattro istruzioni
l'unità centrale legge 1921 e la esegue
poi legge 992 e la esegue
poi legge 10063 e la esegue
poi legge 56 e la esegue
PC=
l'indirizzo (132, 133, 134,...)
IR=
l'istruzione (1921, 992, 134, ...)
ciclo di esecuzione di un programma
sequenza di passi:
PC=132 IR=...
lettura da memoria della locazione 132
incremento PC
PC=133 IR=1921
controllo esegue l'istruzione 1921
lettura da memoria della locazione 133
incremento PC
PC=134 IR=992
controllo esegue l'istruzione 992
...
fasi dell'esecuzione di un'istruzione
fetch (caricamento istruzione dalla memoria)
decode (interpretazione del numero che è l'istruzione)
execute (esecuzione dell'istruzione)
fetch
decode
execute
fetch
...
fetch
dal punto di vista della memoria è una normale lettura:
PC → MEM
1 → MEM
MEM → IR
dal punto di vista del processore, l'unica differenza è che il valore
letto va in IR invece che in uno dei registri generali
decode
sulla base di quello che c'è in IR, il controllo decide cosa
fare
execute
il controllo sa quali passi effettuare
es: i valori di due registri vanno ad ALU, che li somma, e il
risultato va in un terzo registro
se l'istruzione è una lettura da memoria, allora verrà fatta
una seconda lettura
tipi di istruzioni
aritmetiche e logiche
es. somma di due registri, risultato in un terzo
lettura e scrittura da memoria:
mem → reg oppure
reg → mem
input/output:
dispositivo → reg
reg → dispositivo
controllo di esecuzione
permette di implementare condizionali, cicli, ecc.
quelle di controllo non sono semplici come in Python
istruzioni di controllo
di norma, dopo una istruzione si esegue la successiva
es. dopo l'istruzione alla locazione 134 si esegue quella alla
locazione 135
esistono solo due tipi di istruzioni per alterare quest'ordine:
salti incondizionati
salti condizionati
entrambi scrivono un valore in PC
salti incondizionati
esempio: salta a indirizzo 291
si esegue mettendo 291 in PC
al prossimo fetch, l'istruzione che verrà eseguita non è
quella che si trova all'indirizzo 134 ma quella che si trova
all'indirizzo 153
poi prosegue come al solito con l'istruzione all'indirizzo 292,
293 ecc.
salti condizionati
simili, ma il salto si esegue solo in certi casi:
si salta solo se un registro contiene zero
si salta solo se un registro contiene un valore negativo
…
linguaggio macchina
l'unità centrale è in grado di eseguire solo istruzioni molto
semplici
un'istruzione Python richiede in genere più istruzioni macchina per
venire eseguita
ECAR
esempio di processore semplice, non esiste nella realtà
quattro registri R1, R2, R3, R4
istruzioni molto semplici:
HALT
LOAD X IND
LOADC X VALORE
STORE X IND
ADD X,Y,Z
SUB X,Y,Z
MULT X,Y,Z
DIVIDE X,Y,Z
SQRT X,Y
READ IND
WRITE IND
JUMP IND
JUMPIFZERO X, IND
JUMPIFNEG X, IND