Architettura di un computer
Mappa concettuale
L'architettura della memoria principale nei computer è fondamentale per la velocità e l'efficienza del sistema. La RAM, essenziale per i programmi in esecuzione, e le diverse tipologie di memoria, come quelle volatili e non volatili, sono analizzate insieme ai meccanismi di I/O e alla gestione dei processi per garantire prestazioni ottimali.
Riassunto
Schema
Architettura della Memoria Principale nei Computer
La memoria principale è un elemento cruciale nell'architettura di un computer, basata sul modello di Von Neumann. Essa è responsabile dell'archiviazione temporanea dei programmi e dei dati che la CPU (Central Processing Unit) utilizza durante l'elaborazione. La velocità di un computer dipende dalla sua capacità di processare istruzioni in un determinato lasso di tempo; pertanto, la memoria principale deve essere veloce per evitare colli di bottiglia che rallenterebbero la CPU. La memoria principale è composta da celle di memoria, ciascuna con un proprio indirizzo, che possono essere lette o scritte dalla CPU.Tipologie e Caratteristiche della Memoria
Le memorie si classificano in base a volatilità, velocità, modalità di accesso, capacità e costo per bit. Le memorie volatili, come la RAM (Random Access Memory), perdono i dati senza alimentazione, mentre le non volatili, come le memorie flash, li conservano. La velocità di una memoria è definita dal tempo di accesso e dalla frequenza di trasferimento dati. Le modalità di accesso includono l'accesso casuale, diretto, sequenziale, e associativo. La capacità di una memoria indica la quantità totale di dati che può contenere, e il costo per bit è particolarmente rilevante per le memorie di massa, che devono bilanciare capacità e sostenibilità economica.La Memoria Centrale RAM e la Gestione dei Dati
La RAM è una memoria volatile ad accesso casuale che gioca un ruolo fondamentale nel contenere dati e istruzioni dei programmi in esecuzione. La sua struttura permette di accedere a qualsiasi cella di memoria in modo diretto e con un tempo di accesso uniforme. La RAM è organizzata in moduli, suddivisi in indirizzi di memoria, e lavora in stretta collaborazione con la CPU tramite registri di sistema. Le gerarchie di memoria comprendono livelli come la cache, che è più piccola e veloce, e le memorie di massa, che sono più grandi ma più lente.Input/Output e la Comunicazione con le Periferiche
I dispositivi di ingresso/uscita (I/O) permettono al computer di interagire con l'ambiente esterno. Questi dispositivi, che includono tastiere, stampanti e mouse, sono controllati da interfacce hardware e software che convertono i segnali elettronici in comandi utilizzabili. La trasmissione dei dati può essere seriale, con un bit alla volta, o parallela, con più bit contemporaneamente. L'I/O può essere gestito attraverso controllo programmato, con la CPU che gestisce direttamente i dispositivi, tramite interrupt, che permettono ai dispositivi di segnalare alla CPU la necessità di attenzione, o DMA (Direct Memory Access), che consente ai dispositivi di accedere direttamente alla memoria principale.Processi e Gestione delle Risorse di Sistema
I processi sono istanze di programmi in esecuzione gestiti dal sistema operativo. Essi possono trovarsi in diversi stati: nuovo, in esecuzione, in attesa, pronto o terminato. Ogni processo è rappresentato da un Process Control Block (PCB) che contiene informazioni essenziali per la sua esecuzione. La schedulazione dei processi è il meccanismo che stabilisce l'ordine di esecuzione, mirando a un equilibrio tra efficienza e equità. I processi possono essere classificati come I/O bound, se richiedono prevalentemente operazioni di I/O, o CPU bound, se sono maggiormente impegnati in calcoli. La modalità di esecuzione di un processo può essere in modalità utente, con privilegi limitati, o kernel, con pieno accesso alle risorse del sistema.Comunicazione e Sincronizzazione tra Processi
La comunicazione tra processi (IPC, Inter-Process Communication) è vitale per la cooperazione e lo scambio di informazioni tra processi in un ambiente multiprogrammato. L'IPC include meccanismi come code di messaggi, semafori e memoria condivisa, che permettono ai processi di sincronizzarsi e di condividere risorse in modo controllato, evitando conflitti e garantendo l'integrità dei dati. Questi strumenti sono fondamentali per mantenere l'efficienza e la stabilità del sistema operativo.
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Memoria principale
Funzione
La memoria principale è responsabile dell'archiviazione temporanea dei programmi e dei dati utilizzati dalla CPU durante l'elaborazione
Caratteristiche
Volatilità
Le memorie volatili, come la RAM, perdono i dati senza alimentazione, mentre le non volatili, come le memorie flash, li conservano
Velocità
La velocità della memoria principale è fondamentale per evitare colli di bottiglia che rallenterebbero la CPU
Modalità di accesso
Le modalità di accesso includono l'accesso casuale, diretto, sequenziale e associativo
Classificazione
Capacità
La capacità di una memoria indica la quantità totale di dati che può contenere
Costo per bit
Il costo per bit è particolarmente rilevante per le memorie di massa, che devono bilanciare capacità e sostenibilità economica
Dispositivi di ingresso/uscita (I/O)
Funzione
I dispositivi di ingresso/uscita permettono al computer di interagire con l'ambiente esterno
Tipi di dispositivi
Tastiere, stampanti e mouse
I dispositivi di ingresso/uscita includono tastiere, stampanti e mouse, controllati da interfacce hardware e software
Trasmissione dei dati
La trasmissione dei dati può essere seriale o parallela
Gestione
Controllo programmato
L'I/O può essere gestito attraverso controllo programmato, con la CPU che gestisce direttamente i dispositivi
Interrupt
L'I/O può essere gestito tramite interrupt, che permettono ai dispositivi di segnalare alla CPU la necessità di attenzione
DMA (Direct Memory Access)
L'I/O può essere gestito tramite DMA, che consente ai dispositivi di accedere direttamente alla memoria principale
Processi
Definizione
I processi sono istanze di programmi in esecuzione gestiti dal sistema operativo
Stati
Nuovo, in esecuzione, in attesa, pronto o terminato
I processi possono trovarsi in diversi stati, come nuovo, in esecuzione, in attesa, pronto o terminato
Process Control Block (PCB)
Ogni processo è rappresentato da un PCB che contiene informazioni essenziali per la sua esecuzione
Schedulazione dei processi
La schedulazione dei processi è il meccanismo che stabilisce l'ordine di esecuzione, mirando a un equilibrio tra efficienza e equità
Classificazione
I/O bound
I processi possono essere classificati come I/O bound, se richiedono prevalentemente operazioni di I/O
CPU bound
I processi possono essere classificati come CPU bound, se sono maggiormente impegnati in calcoli
Modalità di esecuzione
Modalità utente
La modalità di esecuzione di un processo può essere in modalità utente, con privilegi limitati
Modalità kernel
La modalità di esecuzione di un processo può essere in modalità kernel, con pieno accesso alle risorse del sistema
Comunicazione tra processi (IPC, Inter-Process Communication)
Funzione
L'IPC è vitale per la cooperazione e lo scambio di informazioni tra processi in un ambiente multiprogrammato
Meccanismi
Code di messaggi
L'IPC include meccanismi come code di messaggi, che permettono ai processi di sincronizzarsi e di condividere informazioni
Semafori
L'IPC include meccanismi come semafori, che permettono ai processi di sincronizzarsi e di condividere risorse in modo controllato
Memoria condivisa
L'IPC include meccanismi come memoria condivisa, che permette ai processi di condividere dati in modo controllato
Architettura di un computer
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00
L'elemento fondamentale nell'architettura di un computer, basato sul modello di ______, è la memoria principale.
Von Neumann
01
Tipi di accesso memoria
Casuale, diretto, sequenziale, associativo; differiscono nel metodo di localizzazione e recupero dati.
02
Capacità di memoria
Quantità totale di dati che la memoria può contenere, espressa in byte o multipli.
