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Modello di Von Neumann

 

La struttura interna di un computer segue lo schema generale della macchina di Von Neumann.

Un Personal Computer (che abbrevieremo con PC) è costituito da un'unità centrale, posta in un contenitore metallico detto CASE, e da una serie di componenti esterni che sono connessi per mezzo dei cavi all'unità centrale.

Dai dispositivi di ingresso(ad esempio la tastiera o il mouse) vengono prelevate le istruzioni, che attraverso la CPU vengono elaborate.
La CPU (Central Processing Unity) è il cuore del computer e ad esso è affidato il controllo di tutta la macchina.
Le istruzioni vengono inviate dalla CPU alla ALU (Aritmetic Logic Unity) per essere elaborate.
La ALU esegue tutte le operazioni e i dati o i risultati attraverso la CPU vengono inviati in memoria o prelevate dalla memoria.
A questo punto sempre la CPU invia i dati ai dispositivi di uscita (ad esempio lo schermo o la stampante) per comunicarli al mondo esterno.

Quasi tutti i microprocessori funzionano con questo modello, tranne quelli più moderni che funzionano con il modello di HARVARD.

Architettura di Harvard

 

L'architettura di Von Neumann utilizza la medesima memoria sia per i dati che per le istruzioni.

Questa architettura:

-E' utilizzata di solito per processori general prupose

- Prevede un BUS UNICO tra CPU e memoria

- RAM (DATA MEMORY) e PROGRAM MEMORY devono quindi condividere lo stesso BUS, e quindi sia i dati che le istruzioni dei programmi devono avere la stessa lunghezza.

 Tutto ciò crea un COLLO DI BOTTIGLIA : il fatto di dover condividere un bus unico fa sì che per completare una istruzione siano necessari 2 accessi in memoria ( uno in RAM e uno in Program Memory) per cui si ha:

                                        

                                               una istruzione ogni 2 cicli di macchina.

 

GESTIONE DELLA MEMORIA CON L'ARCHITETTURA DI HARVARD

L'architettura di HARVARD si differenzia da quella di VON NEUMANN perchè la memoria dati è separata dalla memoria di programmi, cioè separa i dati dalle istruzioni. Tutto questo è ben noto al programmatore.

Questa architettura:

- E' utilizzata di solito per processori RISC (cioè con processori che hanno un ridotto numero di istruzioni), come ad esempio i PIC (Peripherical Interface Control)

- Prevede 2 BUS separati tra CPU, Program Memory e Data Memory

- RAM (Data Memory) e ROM ( Program Memory) possono avere parole di lunghezza diversa

Esempio: Alcuni PIC possono avere una RAM di 8 bit e una ROM di 12, 14 o 16 bit.

La CPU può effettuare un accesso in RAM e uno in ROM contemporaneamente e sfruttando tecniche di pipeline si può arrivare ad eseguire :

                                            

                                           una istruzione ogni ciclo macchina.

Confronto tra architettura di Von Neuman e di Harvard

L'architettura di Von Neumann (o architettura Princeton) ha quindi:

-Vantaggio: flessibilità

-Svantaggio: lentezza, scarso parallelismo.

- Adatta per architetture general purpose

invece

l'architettura Harvard ha:

-Vantaggio: velocità, maggiore parallelismo negli accessi.

- Sicuramente più adatta a macchine RISC (ridotti set di istruzioni) e ad applicazioni Embedded

- Svantaggio: maggiori risorse ( Più memorie e più canali di comunicazioni).

Foto di un computer aperto in laboratorio

Ventola di raffreddamento del computer

In elettronica un dissipatore è un dispositivo, montato generalmente su una scheda elettronica, che consente l'abbassamento della temperatura dei componenti elettrici e/o elettronici presenti che sprigionano calore come transistor e processori, evitando che il surriscaldamento degli stessi ne provochi il malfunzionamento o l'arresto.

Anche il computer ha bisogno di una ventola di raffreddamento. Essa di solito è utilizzata per raffreddare la CPU ed è allocata nella scheda madre del PC.

 La figura seguente mostra la ventola che raffreddava la nostra CPU nel computer che abbiamo aperto. Dalla figura si vede anche il dissipatore che serve a far disperdere in modo più veloce il calore che si accumula nella CPU durante il suo funzionamento.