Terza lezione 21 ottobre 2016

Il teorema di Shannon (o di Nyquist) fornisce la condizione necessaria affinché un segnale

dopo il campionamento possa nuovamente essere ritrasformato in analogico, tramite un

convertitore D/A riottenendo il segnale di partenza.

Teorema: la frequenza di campionamento di un segnale deve essere

max2 ffc

dove fmax rappresenta la frequenza massima contenuta nel segnale, ed è anche

conosciuta come frequenza di Nyquist, mentre fc è la frequenza di

campionamento.

Condizione per la conversione A/D

Analogico: segnale continuo nel tempo

Digitale: segnale discreto nel tempo costituito da 0 e 1

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Il campionamento è un passo del processo di conversione analogico digitale di un

segnale. Consiste nel prelievo di campioni (samples) da un segnale analogico e

continuo nel tempo ogni Dt secondi.

Dt è l'intervallo di campionamento, mentre Dt= 1/Fs è la frequenza di

campionamento.

Il risultato è un segnale analogico in tempo discreto. Tale segnale sarà in seguito

quantizzato, codificato e quindi reso accessibile a qualsiasi elaboratore digitale.

Segnale Analogico Segnale Campionato

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CPU Unità di Input Unità di Output

Memoria Principale

In un Computer la circuiteria che esegue operazione sui dati è denominata CPU

(Central Process Unit) o più semplicemente processore. L’architettura che si utilizza

ancora oggi come schema è quella di Von Neumann (1945) progettista e inventore

del primo calcolatore ad utilizzare la memoria al posto di cavi elettrici

Architettura dei Computer

Memorie RAM. Dall'alto: DIP, SIPP, SIMM

(30 pin), SIMM (72 pin), DIMM (168 pin),

DDR DIMM (184 pin)

In quest'immagine di una scheda madre si

notano a destra il Socket della CPU, allogio

della RAM e sparsi qua e là alcuni condensatori

elettrolitici, transistor, resistenze, e slot PCI

Architettura dei Computer

• Una memoria centrale, supporto in grado di registrare le singole

istruzioni di un programma e i dati sui quali operare.

• Una unità centrale di elaborazione, insieme di circuiti elettronici, in grado

di effettuare le operazioni richieste dal programma e di prendere decisioni

sulla base dei risultati ottenuti; l'unità centrale di elaborazione deve,

inoltre,provvedere alle operazioni di trasferimento tra la memoria centrale e le

unità periferiche, governando lo smistamento dei dati di ingresso e uscita dalla

memoria centrale.

• Le unità periferiche, di input e di output, unità in grado di svolgere

funzioni di comunicazione tra l'ambiente esterno e l'elaboratore, come

l'inserimento nel sistema del programma e dei dati e l'uscita dei risultati.

Architettura dei Computer

Architettura dei Computer

ALU: esegue l’elaborazione

dei dati: somma, sottrazione,etc

CU: contiene i circuiti

necessari per coordinare le

attività della macchina.

ALU

Unità

aritmetico

logica

Unità di

controllo

bus

memoria

INPUT

OUTPUT

La CPU è suddivisa in due grandi unità, ALU, CU

Per la memorizzazione temporanea delle informazioni, la CPU contiene delle

cellette di memorie dette registri che svolgono dei compiti particolari

Il trasferimento dei dati avviene tramite dei collegamenti detti bus

Vediamo come una semplice operazione di addizione viene svolta :

1) Prendi dalla memoria uno dei valori e ponilo nel registro 1

2) Prendi dalla memoria il secondo valore e ponilo nel registro 2

3) Attiva la ALU e addiziona i numeri

4) Trasferisci ad un altro registro il risultato

5) Stop

Architettura dei Computer

ALU

Unità aritmetico

logica

Unità di

controllo

Contatore di

Programma

Registro

della

Istruzioni

Un Computer esegue un

programma caricato nella sua

memoria copiando le

istruzioni nella Unità di

controllo

Una volta nell’unità di

controllo, ogni istruzione

è poi decodificata ed

eseguita nell’ordine

esatto con cui sono

prelevate dalla memoria

Architettura dei Computer

Durante la fase di reperimento l’unità di controllo richiede che la memoria

principale fornisca l’istruzione memorizzata all’indirizzo indicato nel contatore

di programma.

L’Unità di controllo pone l’istruzione ricevuta nel registro delle istruzioni, e poi

incrementa il contatore di programma di una unità.

L’Unità di controllo decodifica l’istruzione ed attiva la circuiteria adeguata alla

esecuzione dell’istruzione stessa.

A0

156C

Unità di controllo Memoria principale

A0

A1

An

PC

IR

Ind.

156C

Architettura dei Computer

Due registri Speciali:

Program Counter: Esso contiene l’indirizzo dell’istruzione successiva che

deve essere eseguita, e quindi serve al computer per tenere traccia della

posizione in cui si trova nel programma

Instruction Register: Esso contiene l’istruzione da eseguire

Fetch:

reperimento

decode:

decodifica

execute:

esegue

L’Unità di controllo svolge il suo

compito ripetendo continuamente il

ciclo macchina: un processo a tre fasi.

Architettura dei Computer

Ciclo-Fetch-Decode-Execute

1. Prendi istruzione corrente e mettila nel registro istruzioni IR (fetch)

2. Incrementa il Program Counter (PC) in modo che contenga l’indirizzo

dell’istruzione successiva

3. Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode)

4. Se l’istruzione necessita di un dato in memoria, determina dove si

trova e caricalo in un registro della CPU

5. Esegui l’istruzione (execute)

6. Torna al punto 1 e opera sull’istruzione successiva

La comunicazione tra un computer principale ed altri dispositivi I/O sono gestiti

tramite il controller. Tali dispositivi sono dei piccoli computer che coordinano

le attività tra CPU centrale e dispositivo hardware esterno.

Le attività della macchina vengono controllate da un circuito (clock) chiamato

anche oscillatore, che genera impulsi usati per coordinare l’attività della macchina:

Più velocemente il circuito oscillante genera impulsi, più rapidamente il computer

esegue il suo ciclo macchina.

Tale frequenza è misurata in Hz (GHz)

Memoria CPU

Cont Cont Cont

Mon. DVD Print

Architettura dei Computer

CPU tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer G4 e G5 della Apple

CPU tipo CISC (Complex Instruction Set Computer Processori Pentium

L’insieme delle istruzioni che una CPU deve saper eseguire è molto limitato

Esempio di istruzioni macchina della CPU sono STORE, AND, JUMP, POP,

PUSH, SHIFT.

Architettura dei Computer

Parallelismo

La frequenza di clock, influenza direttamente il tempo di ciclo e quindi

le prestazioni di un computer

Pertanto è limitata alla tecnologia esistente

Il parallelismo permette di migliorare le prestazioni di una macchina

senza modificare la frequenza di clock.

Due tipi di parallelismo:

1.Parallelismo delle istruzioni (nella programmazione)

2.Parallelismo del processore

Start

D=b2-4ac

D >=0

D=0

x1=(-b+i sqrt(-D))/2a

x2=(-b-i sqrt(-D))/2a x1=x2= -b/2a

diagramma di Flusso Eq. 2° Grado

si

no

si

no

End

x1=(-b+sqrt(D))/2a

x2=(-b-sqrt(D))/2a

Inserisci a,b,c

Stampa x1,x2

ax2+bx+c=0