prof. ing. Paolo Bidello

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Laboratorio Informatico

• Promemoria degli argomenti
• Interventi 3 e 4

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Argomenti della 3a e 4a lezione

• Il Processore
• Caratteristiche dei processori
• Bit
• Frequenza
• Performance
• La memoria RAM
• Caratteristiche della memoria RAM
• BUS
• Memorie Cache

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Il Processore

• E la parte essenziale di un computer deputata al
  calcolo e al controllo
• Esegue le istruzioni dei programmi
• Gestisce il flusso di informazioni da e per le
  unità di I/O
• Il software (Sistema Operativo ed Applicazioni)
  eseguibile da un computer è strettamente
  dipendente dallarchitettura e dalle
  caratteristiche del processore

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Processori
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Caratteristiche essenziali

• Bit interni
• Questa caratteristica determina la portata
  delle informazioni che possono essere gestite dal
  processore in ogni ciclo
• Esempio una parola di 64 bit viene spezzata da
  un processore a 32 bit interni in due da un
  processore a 16 bit in quattro

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Caratteristiche essenziali

• Frequenza
• Questa caratteristica determina il ritmo con il
  quale vengono gestite le informazioni da un
  processore
• Esempio un processore caratterizzato dalla
  frequenza di 4 GHz è progettato per eseguire più
  operazioni elementari nellunità di tempo (cicli)
  di un processore caratterizzato dalla frequenza
  di 1 GHz

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Unità di misura della frequenza

• Il numero di eventi nellunità di tempo è
  misurata in Hz (Hertz)
• Un Hertz corrisponde ad un evento per secondo
• Multipli dellHertz sono
• Il kHz1.000 Hz
• Il MHz1.000.000 Hz
• Il GHz1.000.000.000 Hz

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Performance dei processori

• La performance di un processore è dipendente
  dalla portata e dal ritmo con il quale
  processa le informazioni
• Quanto maggiore è il numero di bit interni e la
  frequenza, migliore sarà la sua performance

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Grandezze della performance

• MIPS (Millions of instructions per second)
• Misura del numero di comandi interni che vengono
  elaborati in un secondo
• FLOPS (Floating point operations per second)
• Misura del numero di operazioni in virgola mobile
  che vengono eseguiti in un secondo

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La memoria RAM
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La memoria RAM

• RAM Random Access Memory, memoria ad accesso
  casuale
• Casuale il tempo di accesso ad una qualsiasi
  informazione contenuta nella RAM è mediamente il
  medesimo cioè non dipende dalla sua posizione
• Laccesso casuale alle informazioni è
  intrinsecamente più veloce dellaccesso
  sequenziale

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Caratteristiche della RAM

• La RAM è
• Volatile
• Veloce rispetto alle memorie di massa ha tempi
  medi di accesso alle informazioni minori
• Costosa rispetto alle memorie di massa per unità
  di memoria immagazzinata costa di più

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BUS

• Sono i canali attraverso i quali si trasmettono
  le informazioni dalle periferiche (vedi come
  periferica anche la RAM) al processore
• Il parallelismo del flusso influenza la
  quantità di informazioni che vengono trasmesse
  nellunità di tempo

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BUS di sistema

• E il BUS principale che collega direttamente RAM
  e Processore
• Nei primi PC in commercio il BUS era
  caratterizzato da un parallelismo a 8bit
• Nei PC più moderni il parallelismo del BUS arriva
  fino a 64bit

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Tempi medi di accesso

• I processori hanno accesso pressoché immediato
  alle informazioni contenute nei registri (piccole
  zone di memoria interne)
• Le moderne RAM presentano tempi medi di accesso
  intorno ai 60/70ns

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Memoria Cache

• Per quanto brevi siano i tempi medi di accesso
  alle informazioni in RAM e maggiore il
  parallelismo dei BUS, i processori moderni devono
  inutilmente spendere cicli di clock in attesa che
  arrivino le informazioni da processare
• A partire dagli 80486, i processori sono muniti
  di piccole zone di memoria interna (cache) ad
  accesso molto veloce nelle quali vengono
  immagazzinate le informazioni usate più
  frequentemente in modo da ottimizzare i tempi di
  elaborazione

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Cache di primo livello

• Le memorie cache direttamente integrate nei
  processori si dicono di primo livello (1LCache)
• Ammontano a pochi byte (fino a 64kB o poco più)
• Presentano tempi medi di accesso molto bassi (tra
  15 e 20ns)

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Cache di secondo livello

• Sono di capacità più grande delle 1LCache
  (nellordine dei 512kB)
• Le 2LCache sono esterne al processore (integrate
  sulla motherboard) ma svolgono ugualmente le
  funzioni delle 1LCache
• Presentano tempi medi di accesso intermedi tra le
  1LCache e le RAM

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Tempi medi di accesso
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Qualche domanda

• Prova a descrivere le principali caratteristiche
  di un processore
• Cosè una memoria RAM?
• Da cosa dipendono le performance di un PC? (non
  pensare solo al processore!)
• A che serve la Memoria Cache?