mari, buonanno, sciuto –informatica e cultura dell’informazione –mcgraw-hill...

Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 3/1/2010

Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione 1

Copyright © 2007 – The McGraw-Hill Companies srl


01/03/2010 Informatica e cultura dell’informazione – capitolo 1 – Il sistema di elaborazione 2

•• Supporto alla CPU: deve fornire alla CPU dati e istruzioni il più Supporto alla CPU: deve fornire alla CPU dati e istruzioni il più rapidamente possibilerapidamente possibile

•• Archivio: deve consentire di archiviare dati e programmi Archivio: deve consentire di archiviare dati e programmi garantendone la conservazione e la reperibilità anche dopo garantendone la conservazione e la reperibilità anche dopo elevati periodi di tempoelevati periodi di tempo

•• Diverse esigenze:Diverse esigenze:▶ velocità per il supporto alla CPU▶ non volatilità ed elevate dimensioni per l’archivio

•• Diverse tecnologieDiverse tecnologie▶ elettronica: veloce, ma costosa e volatile▶ magnetica e ottica: non volatile ed economica, ma molto lenta



•• VelocitàVelocità▶ tempo di accesso (access time)

(quanto passa tra una richiesta e la relativa risposta)▶ velocità di trasferimento (transfer rate)

(quanti byte al secondo si possono trasferire)•• VolatilitàVolatilità▶ cosa succede quando la memoria non è alimentata?▶ per quanto tempo i dati vi rimangono immagazzinati?

•• CapacitàCapacità▶ quanti byte può contenere? qual è la dimensione massima?

•• CostoCosto (per bit)(per bit)•• Modalità di accessoModalità di accesso▶▶ direttadiretta (o casuale): il tempo di accesso è indipendente dalla posizione▶▶ sequenzialesequenziale: il tempo di accesso dipende dalla posizione▶▶ mistamista: combinazione dei due casi precedenti▶▶ associativaassociativa: indicato il dato, la memoria risponde indicando l’eventuale posizione che il

dato occupa in memoria.






•• Mantiene al proprio interno i dati e Mantiene al proprio interno i dati e le istruzioni dei programmi in esecuzionele istruzioni dei programmi in esecuzione

•• Memoria ad accesso “casuale”Memoria ad accesso “casuale”•• Tecnologia elettronicaTecnologia elettronica▶ veloce ma volatile e costosa

•• Due “eccezioni”Due “eccezioni”▶ ROM: elettronica ma permanente e di sola lettura▶ Flash: elettronica ma non volatile e riscrivibile


•• I bit nelle memorie sono raggruppati in I bit nelle memorie sono raggruppati in cellecelle::▶ tutte le celle sono formate dallo stesso numero di bit;▶ una cella composta da k bit, è in grado di contenere una qualunque tra le 2k

combinazioni diverse di bit.

•• Ogni cella ha un Ogni cella ha un indirizzoindirizzo::▶ serve come accesso all’informazione;▶ in una memoria con N celle gli indirizzi vanno da 0 a N–1.

•• La cella è l’unità indirizzabile più piccolaLa cella è l’unità indirizzabile più piccola..In quasi tutti i calcolatori è di In quasi tutti i calcolatori è di 8 bit 8 bit (un (un bytebyte).).

•• I byte vengono raggruppati in parole (che oggi sono di I byte vengono raggruppati in parole (che oggi sono di 32/64 bit32/64 bit), ), su cui la CPU esegue le operazioni.su cui la CPU esegue le operazioni.





•• Anche gli indirizzi della memoria sono rappresentati come numeri Anche gli indirizzi della memoria sono rappresentati come numeri binari:binari:▶ un indirizzo di M bit consente di indirizzare 2M celle;▶ per 6 o 8 celle bastano 3 bit, per 12 celle ne servono 4;▶ il numero di bit nell’indirizzo determina il numero massimo di celle indirizzabili nella

memoria ed è indipendente dal numero di bit per cella(una memoria con 212 celle richiede sempre 12 bit di indirizzo, quale che sia la dimensione di una cella).

•• Una memoria può essere organizzata in diversi modi:Una memoria può essere organizzata in diversi modi:▶ per esempio, con 96 bit possiamo avere� 6 celle di 16 bit (6*16=96), � 8 celle di 12 bit (8*12=96)� 12 celle di 8 bit (12*8=96).

▶ In genere si considerano celle di 8 bit (1 byte).




0

1

2

3

4

5

6 parole da 16 bit

0

1

2

3

4

5

6

7

8 parole da 12 bit

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1112 parole da 8 bit


16 celle di memoria

di 8 bit ciascuna

0 1 1 0 1 1 0 0 parola

selezionata

Dato

(letto o da scrivere) 0 1 1 0 1 1 0 0

Bus dati

Bus di

controllo

leggi/scrivi

linee di

selezione parola

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

linea 0

linea 1

linea 2

linea 3

linea 4

linea 5

linea 6

linea 7

linea 8

linea 9

linea 10

linea 11

linea 12

linea 13

linea 14

linea 15

DE

CO

DIF

ICA

TO

RE

Bus indirizzi

0110

•• Viene selezionata la parola di Viene selezionata la parola di indirizzo 0110indirizzo 0110duedue

•• il contenuto è 01101100;il contenuto è 01101100;•• l’operazione è di lettura (l’operazione è di lettura (loadload) o ) o

di scrittura (di scrittura (storestore) a seconda dei ) a seconda dei comandi presenti sul bus di comandi presenti sul bus di controllocontrollo






•• LeLe CPUCPU sonosono sempresempre statestate piùpiù velociveloci delledelle memoriememorie▶ l’aumento di integrazione ha consentito di realizzare CPU pipeline e super

scalari, molto efficienti e veloci;▶ nelle memorie è aumentata la capacità più che la velocità.

•• L’L’accessoaccesso allaalla memoriamemoria passapassa attraversoattraverso ilil busbus▶ la frequenza di funzionamento del bus è molto più bassa di quella della CPU;▶ il bus può essere impegnato ad effettuare trasferimenti controllati da

dispositivi di I/O “autonomi” (e.g. DMA).•• ÈÈ difficiledifficile riordinareriordinare lele istruzioniistruzioni inin modomodo dada poterpoter sfruttaresfruttare ii

tempitempi didi attesaattesa delladella memoriamemoria..•• ÈÈ possibilepossibile farefare memoriememorie moltomolto velociveloci sese stannostanno nelnel chipchip delladella

CPU,CPU, mama sonosono piccolepiccole ee costosecostose..



•• Tecnologia elettronica (Tecnologia elettronica (veloceveloce ma ma volatilevolatile))•• Gerarchia di memoria:Gerarchia di memoria:

ai ai livelli più altilivelli più alti corrispondono le corrispondono le tecnologie più velocitecnologie più veloci ma anche ma anche più costosepiù costose▶ cache interna (Static RAM – SRAM)▶ cache esterna (SRAM)▶ memoria RAM

(Dynamic RAM – DRAM e sue varianti)▶ area di swap su memoria di massa



Ottenuta per “generalizzazione” dell’applicazione del principio di Ottenuta per “generalizzazione” dell’applicazione del principio di localitàlocalità e tipicamente costituita dae tipicamente costituita da

1. registri contenuti nella CPU (qualche KB)2. cache (da circa 32KB a circa 4096KB)3. memoria principale (da circa 512MB a qualche GB)4. dischi fissi (da qualche centinaio di GB a qualche TB)5. nastri magnetici e dischi ottici (da qualche centinaio di GB a qualche TB

per ogni supporto)Man mano che ci si sposta verso il basso nella gerarchia aumenta Man mano che ci si sposta verso il basso nella gerarchia aumenta il valore dei parametri fondamentali:il valore dei parametri fondamentali:▶ aumenta il tempo di accesso;▶ aumenta la capacità di memorizzazione;▶ ma diminuisce il costo per bit.





CP

U

Registri

Cache I liv

Cache II liv Cir

cu

ito I

nte

gra

to (

ch

ip)

RAM

Sch

ed

a m

ad

re (

moth

erb

oard

)

Disco fisso (hard disk) tecnologia magnetica

Invo

lucro

est

ern

o d

el

calc

ola

tore

(case

)

Supporti esterni

tecnologia

magnetica

(HD esterni)

tecnologia

elettronica

(flash disk)

tecnologia

ottica

(CD, DVD)


Livello Capacità Tempo di accesso Transfer rate (GB/s)

Registri ~ 1 KB ~ 0.2 ns (1 ciclo di clock) –

Cache I livello ~ 32 KB ~ 0.4 ns (2/4 cicli di clock) –

Cache II livello ~ 1/2 MB ~ 1/2 ns (5/10 cicli di clock) ~ 100

Cache III livello ~ 2/8 MB ~ 5 ns ~ 50

Memoria centrale ~ 2/8 GB~ 50 ns (1ª parola richiesta)

~ 10 ns (parole successive)~ 5/10

Dischi interni > 300 GB ~ 10 ms 0.15/0.6

Dischi esterni > 300 GB ~ 10 ms ~ 0.05


mari, buonanno, sciuto –informatica e cultura dell’informazione –mcgraw-hill...

Documents