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.

Segno	Esponente	Mantissa	(Precisione Singola)
1	8	23	Numero di Bit

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

Dan's Brain