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Architettura dei calcolatoriArchitettura dei calcolatori

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Architettura dei Calcolatori 2

Copyright Gianluca Palermohttp://home.dei.polimi.it/gpalermo/courses.htmCopyright Susanna PelagattiCopyright © 2011, Moreno Marzollahttp://www.moreno.marzolla.name/teaching/LabInf2011/

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Conoscenza

● Dichiarativa– Consiste nella descrizione

di fatti o proprietà

● Imperativa– Consiste nella descrizione

di regole o procedure che consentono di ottenere determinati risultati

“La radice quadrata di x è il numero non negativo y tale che y2 = x”

Trova una stima G della radice quadrata di xRipeti Se G2 ≈ x allora il risultato è G; stop altrimenti G ← (G + x/G) / 2


Cosa è l'informatica?

● L'informatica è lo studio dei fondamenti teorici dell'informazione, della sua computazione a livello logico e delle tecniche pratiche per la loro implementazione e applicazione in sistemi elettronici automatizzati detti quindi sistemi informatici.


Cosa à un computer?

● Un computer è un dispositivo programmabile in grado di svolgere in modo automatico una sequenza di operazioni aritmetiche o logiche

● In altre parole, è uno strumento per la rappresentazione, memorizzazione ed elaborazione di informazioni


Informatica e Computer

“Computer Science is no more about computers than astronomy is about

telescopes, biology is about microscopes or chemistry is about beakers and test tubes.”

Michael R. Fellows and Ian ParberryComputing Research News, vol. 5, n. 1, 1993


Conoscenza Imperativa

● Come possiamo descrivere la conoscenza imperativa?● Fixed program computer

– Dispositivi specializzati per risolvere un tipo specifico di problema

● Stored program computer– Dispositivi che ricevono in ingresso (ed eseguono) una

sequenza di istruzioni che descrivono i passi da eseguire per ottenere un certo risultato

– Tali dispositivi possono risolvere problemi diversi, semplicemente ricevendo sequenze diverse di istruzioni

– Esistono molti linguaggi di programmazione che possono essere usati per descrivere le istruzioni da eseguire


Informatica

● Costruzione di calcolatori efficienti

● Definizione di algoritmi efficienti per risolvere problemi complessi

● Studio dei limiti teorici della risoluzione meccanica di problemi

– Tutti i problemi sono risolubili “algoritmicamente”?

– Esistono problemi “troppo difficili” per essere risolti meccanicamente?

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Informatica


Breve storia dei calcolatori


La macchina di Antikythera(circa 100-150 A.C.)


Charles Babbage (1791–1871)e la Macchina Analitica


Konrad Zuse (1910—1995)e la Z1


Atanasoff-Berry Computer (ABC, 1939)Il primo computer digitale totalmente elettronico

Fixed program computer in grado di risolvere sistemi di equazioni lineari


Semi-Automatic Ground Environment (SAGE, 1956)


Calcolatrice Elettronica Pisana (CEP, 1957)


PDP-11 (1972)con Dennis Ritchie e Ken Thompson


Verso i giorni nostri...

Xerox Alto (1970) Altair 8800 (1975)



Apple II (1976) IBM 5150 (1981)



Apple Macintosh (1984)Commodore 64 (1982)



Amiga 1000 (1985)


...il resto è cronaca


Tipi di calcolatori

● Handheld / PDA / Smartphone / Tablet– Dimensioni molto contenute, potenza di calcolo limitata,

memoria/spazio disco limitati, ottimizzati per limitare il consumo energetico


Tipi di calcolatori

● Portatili / Notebook / Netbook– Dimensioni contenute per essere facilmente trasportati,

limitata possibilità di espansione


Tipi di calcolatori

● Desktop– Prestazioni elevate, consumi energetici elevati, buona

espandibilità (schede di espansione)


Tipi di calcolatori

● Supercomputer– Costo estremamente elevato, l'installazione richiede locali

appositamente predisposti, prestazioni molto elevate per il calcolo scientifico


Ricordiamo...

Processore(CPU)

MemoriaSottosistemadi interfaccia

(I/O)

Bus di sistema● Architettura di Von Neumann (che avete già visto nel

modulo del prof. Ferretti)


CPU

ALU

R0

R1

Rn

PC

PSW

IR

MemoriaMemoria

BusControllo

DatiIndirizzi

Controllo


Ciclo Fetch-Decode-Execute

● Eseguito in continuazione dalla CPU● Fetch

– Preleva dalla memoria l'istruzione da eseguire; l'istruzione viene prelevato dall'indirizzo di memoria che si trova in PC; il contenuto di tale cella di memoria viene posto in IR

● Decode– Esamina l'istruzione che si trova memorizzata in IR per

decidere cosa fare● Execute

– Esegue l'istruzione memorizzata in IR, incluso il recupero dalla memoria degli eventuali parametri necessari ad eseguirla, e deposito del risultato


Nei calcolatori moderni...

● Vengono utilizzati diversi livelli di memoria cache (molto veloce) per mantenere i dati più frequentemente usati “vicini” alla CPU– Riduce gli accessi alla memoria tramite il bus di sistema

CPU


(I/O)

Bus di sistema

L1 cache

L2 cache




(I/O)

Bus di sistema● CPU multi-core: all'interno di un singolo processore

sono presenti più unità di calcolo indipendenti (di fatto, più CPU) che possono operare in parallelo, indipendentemente l'una dall'altra

L1 cache

L2 cache


Esempi

Intel core i7 AMD “Istanbul”


Esempi

Cell Broadband Engine



● Calcolatori paralleli a memoria distribuita: sono composti da nodi di calcolo indipendenti (ciascuno dotato di una propria CPU e memoria) collegati tra loro da una rete di comunicazione ad alte prestazioni


Esempio

IBM BlueGene

73728 nodes (294912 cores)Overall peak performance: 1 PetaflopsMain memory: 144 TB

Power Consumption: 2.2 - 2.5 MW + 20% for cooling Power cables: total 2.5 km Foot print: 130 m²Weight per rack: 770-900 kg Cables: 4352 datacables (23 km copper), 288 x 1GigE cables (7.5 km copper),600 x 10GigE cables (21 km fibre optics), total ca. 50 km Air Cooling: 60.000 m³/h, temperature: 16°C, fans per rack: 69 (total 4968) Water Cooling: 300m tubes, ca. 360 m³/h


Scoprire le caratteristiche del proprio PC (WinXP)

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