Appunti di informatica - Il Calcolatore

L'architettura della maggior parte degli elaboratori elettronici è organizzata secondo il modello della Macchina di Von Neumann (nella quale il programma da eseguire corrisponde a un algoritmo codificato).

La Macchina di Von Neumann.

E' costituita da 4 elementi funzionali fondamentali:

• l'unità di elaborazione CPU, contiene i dispositivi elettronici in grado di acquisire, interpretare ed eseguire le istruzioni del programma;
• la memoria centrale, contiene le informazioni necessarie all'esecuzione di un programma, cioè istruzioni e dati;
• le periferiche, permettono lo scambio delle informazioni tra l'elaboratore e il mondo esterno, attraverso operazioni di ingresso e uscita. In particolare fanno parte del calcolatore le sole interfacce di collegamento verso le periferiche, mentre invece queste ultime vengono considerate dispositivi separati. Nell'architettura di Von Neumann le periferiche includono anche le memorie di massa;
• il bus di sistema, opera il collegamento fra questi elementi funzionali.

Questa architettura elementare è un'astrazione della macchina reale, in cui possono essere presenti componenti ulteriori. Il funzionamento della macchina di Von Neumann può essere schematizzato come segue.

La CPU coordina le varie attività, in particolare estrae istruzioni dalla memoria, le decodifica comprendendo il loro significato e le esegue tramite opportune funzioni all'interno dell'architettura del calcolatore. Le istruzioni possono comportare operazioni di elaborazione dell'informazione oppure operazioni di trasferimento dell'informazione. I trasferimenti tra elementi funzionali diversi avvengono sempre tramite il bus di sistema che, in funzione dell'operazione in atto, effettua il collegamento logico fra i vari elementi funzionali coinvolti nel trasferimento. In questa macchina le fasi di elaborazione si succedono in modo sincrono rispetto alla scansione temporale imposta da un orologio (clock) di sistema. Durante ciascun intervallo di tempo una parte dell'unità di elaborazione (detta unità di controllo) coordina l'esecuzione temporale delle funzioni che verranno svolte internamente all'unità di elaborazione stessa o negli altri elementi di elaborazione. Il suo principale limite è che tutte le operazioni vengono svolte in stretta sequenza, determinata dall'unità di elaborazione.