Architettura Elaboratori

PROF: Cattuto

Logica di Boole

AND ha precedenza su OR

Leggi di DeMorgan

Una funzione booleana associa un valore boolean a ciascuna delle 2^n configurazioni A partire da una tabella di verita' o Binary Decision Diagrams:

• FND Formula Normale Disgiuntiva Quindi somme tra prodotti di lettere
• FNC Formula Normale Congiuntiva Quindi Produttoria tra sommatorie di lettere

Aritmetica Binaria

Numeri in basi diverse e conversioni

Binario

Modulo e segno

• Riserva il bit piu' significativo per il segno e rappresenta normalmente il numero binario come modulo sui bit rimanenti
• Anche qui abbiamo +0 e -0

Eccesso 2^n

Complemento a 1

Intervallo di rappresentazione: [-2^n+1,2^n-1] ha una doppia rappresentazione per lo 0: tutti 0 o tutti 1

• Positivi numero binario
• Negativi numero binario invertito

Complemento a 2

Intervallo di rappresentazione: [2^n,2^n-1] rispetto al C1 risolve la doppia rappresentazione per lo 0

• Positivi numero binario
• Negativi numero binario invertito + 1

Standard IEEE 754

Sviluppato nel 1985 ~~~~~~~~~~~~~~~~~ Standard per la rappresentazione in float point/virgola mobile

• Precisioni
  • Singola 32bit
  • Doppia 64bit
  • Estesa 128bit
• Esponente
  • calcolato in eccesso 127
• Mantissa
  • valore normalizzato (1,… la parte intera e' sottointesa)

Ci sono dei valori speciali che indicano dei particolari stati

• Non Normalizzato 0 esponente, mantissa != 0
• 0 0 esponente, 0 mantissa
• Infinito 1111… esponente, 0 mantissa
• Not A Number 1111… esponente, mantissa != 0

Questo in quanto i reali allo la potenza dell'infinito: avremo aree non rappresentabili di under e over flow e anche numeri non rappresentabili perche' tra due numeri rappresentabili, allora si effettura' una stima.

Codifiche

• Caratteri

  • ASCII
  • UNICODE
  • UTF-8

• Suoni e Immagini

  Campionamento del segnale

  • discretizzando colori nello spazio
  • discretizzando suoni nel tempo

Livelli di Architettura di un Elaboratore

I livelli sono astrazioni che permettono lo sviluppo di software ad alto livello

• un compilatore puo' ottimizzare ma solo per una CPU e non agisce istruzione per istruzione in runtime
• il passaggio da un livello all’altro e' possibile con l'interpretazione (instruzione per istruzione)
  • NB Java e' una soluzione mista:
    • Compilatore –> bytecode JVM –> Interprete specifico

I livelli sono:

0 - Logico digitale

• porte
• memorie

• Circuiti Digitali

  Elemento base: Transistor

  • 1 -> il transistor di comporta come una resistenza infinita
  • 0 -> il transistor si comporta come un filo

  2 transistor in serie implementano un NAND 2 transistor in parallelo implementano un NOR 1 implementa un invertitore 8 implementano uno XOR

  • I Circuiti Integrati o chip (IC)
    • SSI small scale integrated
    • MSI
    • LSI
    • VLSI

  • Circuiti Combinatori

    Dipendono da una funzione d’entrata

    • L’output dipende solo dall’input

  • Circuiti Sequenziali

    Dipendono da una funzione d’entrata e da uno stato

  • Registri

    flip-flop dipo D temporizzati indirizzati attraverso decoder o bit di attivazione

    • CS - Chip Select
    • RD - Read
    • OE - Output Enabled

    Organizzati a indirizzi di n parole da m bit

    le uscite degli indirizzi passano per un multiplexer che passa il dato voluto in uscita

    Possiedono un controllo prima dell’uscita: registro con buffer (3 stati: 0,1, scollegato)

  • Memorie

    Insieme di celle, ampiezza di parola 1B/4B/8B

    Ordinamento:

    • Litle endian
      • Little End First, sx <– dx
    • Bin endian

      • Big End First, sx –> dx

      • Static RAM

        • veloci
        • poca memoria
        • flip-flop tipo d

      • Dynamic RAM

        • lente
        • grandi capacita'
        • transistor con condensatori

      • ROM

        • sola lettura

  • Bus

    linee di

    • controllo
      • evitano che i dispositivi accedano allo stesso momento al Bus
    • dati
    • indirizzi

    La larghezza del bus dipende dall’architettura, in Mic-1 si tratta di Bus da 32 bit

    Tipi di Bus

    • Sistema
    • Interni alla CPU
    • SCSI esterni

    La CPU comunica con la cache e la memoria in caso di Miss (vedi Principio di Localita' del Codice)

    I dispositivi possone essere:

    • attivi | master
    • passivi | slave

    o entrambi (CPU): transceiver

    Principi di progettazione:

    • larghezza
    • arbitraggio
    • funzionamento
      • multiplexed bus
      • bus sincrono o asincrono
        1. Sincrono
           • ogni operazione ha durata conosciuta
             • interi di ciclo
           • semplice realizzare uno slave
           • la sua velocita' dipende dal dispositivo piu' lento
        2. Asincrono
           • la velocita' dipende esclusivamente dalla coppia master-slave
           • ogni operazione ha la durata strettamente necessaria
           • e' necessario implementare una full-handshake per la sincronizzazione di slave e master
             • 4 segnali di controllo

1 - Microarchitettura

Microarchitecture

• ALU
• Microprogramma

• Mic-1

  composto da:

  • Data Path
  • Control Unit

2 - Instruction Set Architecture : ISA

• linguaggio macchina
  • opcode

3 - Sistema Operativo

• linguaggio ISA
• Input/Output
• gestisce i processi

4 - Assembly

• Istruzioni simboliche

5 - Linguaggio