Programma delle Lezioni del Corso di Architettura dei Calcolatori

DIARIO E PROGRAMMA DELLE LEZIONI DEL CORSO

RETI LOGICHE ED ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI
Modulo 2 - Architettura dei Calcolatori
CdL Informatica - A.A. 2009-10

Versione Definitiva
Ordinato secondo la sequenza di svolgimento delle lezioni in aula.
(I riferimenti tra parentesi sono relativi a Capitoli e pagine dei lucidi. Il riferimento e' alla revisione dell'anno corrente o all'ultima revisione disponibile.)
(Si tenga presente che la numerazione dei Capitoli dei lucidi e' la stessa dei Capitoli del libro di testo)
(Per la parte di linguaggio Assembly fare riferimento al materiale citato nella sezione sul materiale didattico)

PREREQUISITI
N.B.: Gli argomenti dei prerequisiti fanno riferimento al programma del Modulo 1 Reti Logiche e vengono dati per acquisiti. La conoscenza di tali argomenti potra' pertanto esser necessaria per superare le prove d'esame, che pero' saranno focalizzate sul programma di questo corso.

Circuiti combinatori e sequenziali
Aritmetica del calcolatore
Organizzazione di un calcolatore
Organizzazione della memoria

Capitol1 1 e 3: ARCHITETTURA DI UN SISTEMA DI CALCOLO
- Introduzione all'architettura di un sistema di calcolo (Cap.3, da 1 a 6)
- Architettura di von Neumann, struttura e funzioni di un calcolatore. (Cap.3, da 7 a 15)
- Componenti, struttura e funzioni della CPU (Cap.3, da 16 a 19)
- Ciclo istruzione (Cap.3, da 20 a 25)
- Connessione delle componenti della CPU (Cap.3, da 26 a 30)
- Bus: funzioni e struttura (Cap.3, da 31 a 41)
Capitolo 10: CARATTERISTICHE E FUNZIONI DELL'INSIEME DELLE ISTRUZIONI
- Insieme e struttura delle istruzioni (Cap.10, da 1 a 8)
- Tipologie di riferimento agli operandi (Cap.10, da 9 a 11)
- Esempi di relazione tra numero di operandi e numero di operazioni effettive (Cap.10, da 12 a 24)
- Tipi di operando e tipi di istruzioni (Cap.10, da 25 a 32)
- Gestione del controllo, interruzioni e loro gestione (Cap.10, da 33 a 46)
- Chiamata a procedura e modalita' di effettuazione (Cap.10, da 47 a 52)
- Ordinamento nei byte (Cap.10, da 53 a 55)
Capitolo 11: MODI DI INDIRIZZAMENTO E FORMATI DELL'INSIEME DELLE ISTRUZIONI
- Modi di indirizzamento (Cap.11, da 1 a 3)
- Indirizzamento immediato e diretto (Cap.11, da 4 a 7)
- Indirizzamento indiretto (Cap.11, da 8 a 10)
- Indirizzamento con registro, diretto ed indiretto (Cap.11, da 11 a 15)
- Indirizzamento con traslazione: relativo, base, con indice (Cap.11, da 16 a 20)
- Altre modalita' di indirizzamento: combinato, con pila (Cap.11, da 21 a 22)
- Formato delle istruzioni (Cap.11, da 23 a 25)
Capitolo 12: STRUTTURA E FUNZIONI DELLA CPU
- Tipi e caratteristiche dei registri (Cap.12, da 1 a 10)
- Flusso dei dati nel ciclo istruzione (Cap.12, da 11 a 14)
- Flusso dei dati per il prelevamento delle istruzioni (Cap.12, da 15 a 17)
- Flusso dei dati per il prelevamento dei dati con indirizzamento immediato e con registro (Cap.12, da 18 a 19)
- Flusso dei dati per il prelevamento dei dati con indirizzamento diretto (Cap.12, da 20 a 21)
- Flusso dei dati per il prelevamento dei dati con indirizzamento indiretto con registro (Cap.12, da 22 a 23)
- Flusso dei dati per il prelevamento dei dati con indirizzamento indiretto (Cap.12, da 24 a 25)
- Flusso dei dati per il prelevamento dei dati con indirizzamento relativo (Cap.12, da 26 a 27)
- Flusso dei dati per il prelevamento dei dati con indirizzamento base e indicizzato (Cap.12, da 28 a 32)
- Flusso dei dati per la fase di esecuzione e per la gestione delle interruzioni (Cap.12, da 33 a 35)
- Pre-caricamento e pipeline per ottimizzare le prestazioni della CPU (Cap.12, da 36 a 39)
- Principi generali e flusso di controllo per la gestione della pipeline (Cap.12, da 40 a 48)
- Tecniche per la gestione dei salti in una pipeline (Cap.12, da 49 a 56)
Capitolo 16: OPERAZIONI DELL'UNITA' DI CONTROLLO
- Struttura del ciclo di istruzione (Cap.16, da 1 a 3)
- Sequenza di micro-operazioni della fase di prelevamento dell'istruzione (Cap.16, da 4 a 5)
- Sequenza di micro-operazioni della fase di indirizzamento diretto e indiretto (Cap.16, da 6 a 7)
- Sequenza di micro-operazioni della fase di indirizzamento con registro e con registro indiretto (Cap.16, da 8 a 9)
- Sequenza di micro-operazioni della fase di indirizzamento relativo, base, indicizzato e combinato (Cap.16, da 10 a 12)
- Sequenza di micro-operazioni della fase di gestione delle interruzioni (Cap.16, da 13 a 13)
- Sequenza di micro-operazioni della fase di esecuzione (Cap.16, da 14 a 16)
- Diagramma di flusso dell'intero ciclo di istruzione, funzioni e flusso dei dati dell'Unita' di Controllo (Cap.16, da 17 a 19)
- Uso dei segnali di controllo per eseguire le micro-operazioni (Cap.16, da 20 a 21)
- Schema semplificato dell'uso dei segnali di controllo ed esempi (Cap.16, da 22 a 29)
- Discussione dello schema semplificato e dell'organizzazione a bus (Cap.16, da 30 a 31)
- Organizzazione e realizzazione dell'Unita' di Controllo con controllo cablato (Cap.16, da 32 a 38)
Capitolo 17: CONTROLLO MICRO-PROGRAMMATO
- Confronto tra controllo cablato e controllo micro-programmato (Cap.17, da 1 a 2)
- Parola di controllo e memoria di controllo (Cap.17, da 3 a 7)
- Micro-programmazione orizzontale e verticale (Cap.17, da 8 a 10)
- Schema e funzionamento dell'Unita' di Controllo con controllo micro-programmato (Cap.17, da 11 a 14)
- Organizzazione dell'Unita' di Controllo in funzione della struttura della parola di controllo (Cap.17, da 15 a 18)
- Confronto tra controllo cablato e controllo micro-programmato (Cap.17, da 19 a 19)
Appendice B: Esempi di progettazione di una semplice CPU
- Scelte di base (App.B, da 1 a 7)
- Micro-operazioni (App.B, da 8 a 11)
- Unita' di Controllo in logica cablata (App.B, da 12 a 18)
- Micro-operazioni senza rappresentazione esplicita dello stato (App.B, da 19 a 24)
- Unita' di Controllo con controllo micro-programmato (App.B, da 25 a 36)
- Variante con schema interno con interconnessione a bus singolo (App.B, da 37 a 43)
- Possibili variazioni del progetto (App.B, da 44 a 44)
IL LINGUAGGIO ASSEMBLY

La programmazione in assembly, le notazioni, introduzione alla struttura della Virtual CPU (parte 1)
I flag di Virtual CPU, richiami di aritmetica del calcolatore, la ALU (parte 2)
Le istruzioni di Virtual CPU (parte 3) - vedere la tesi di Mauro Codella per l'elenco completo delle istruzioni
L'esecuzione delle istruzioni all'interno di Virtual CPU (parte 4)
Esercizi di programmazione in assembly (vedere il materiale didattico)

Capitolo 7: UNITA' DI INPUT/OUTPUT
- Aspetti generali delle unita' di I/O e del loro controllo (Cap.7, da 1 a 7)
- Tecniche per la gestione dell'I/O (Cap.7, da 8 a 9)
- I/O Programmato (Cap.7, da 10 a 13)
- I/O con interruzioni (Cap.7, da 15 a 25)
- I/O con accesso diretto alla memoria (DMA) (Cap.7, da 26 a 32)
- Canali di I/O ed alcune interfacce di I/O correnti (Cap.7, da 31 a 35)
Capitolo 6: MEMORIA ESTERNA
- Dischi magnetici e loro caratteristiche (Cap.6, da 1 a 19)
- Nastri magnetici (Cap.6, da 20 a 21)
- Memorie ottiche (Cap.6, da 22 a 28)
Capitolo 8: SUPPORTO PER IL SISTEMA OPERATIVO
- Obiettivi e funzioni di un sistema operativo (Cap.8, da 1 a 6)
- Tipi e caratteristiche dei sistemi operativi (Cap.8, da 7 a 17)
- Schedulazione dei processi (Cap.8, da 18 a 27)
- Gestione della memoria e partizionamento (Cap.8, da 28 a 36)
- Rilocazione, paginazione e segmentazione (Cap.8, da 37 a 48)