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Il moderno elaboratore e il sistema binario

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Il moderno elaboratore e il sistema binario   L’elaboratore moderno viene definito come un sistema elettronico digitale programmabile: sistema: costituito da componenti (input, output, memoria, scheda madre, processore, …) che interagiscono in modo organico tra loro; elettronico digitale: sfrutta componenti elettronici digitali come i transistor; programmabile: il comportamento del sistema è flessibile e specificato mediante un programma, ossia un insieme sequenziale di istruzioni finite ed univocamente interpretabili codificate in un determinato linguaggio di programmazione. Le componenti di un elaboratore moderno si dividono in cinque categorie: dispositivi di input; dispositivi di output; memoria; unità di elaborazione dati (ALU); unità di controllo. Le ultime due componenti sono raggruppate in un’unica componente detta processore. Il processore, realizzato con milioni di piccoli componenti elementari (transistor), è considerato il cuore di un elaboratore elettronico. Al...
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Il moderno elaboratore e il sistema binario

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Il moderno elaboratore e il sistema binario 

L’elaboratore moderno viene definito come un sistema elettronico digitale programmabile:

  • sistema: costituito da componenti (input, output, memoria, scheda madre, processore, …) che interagiscono in modo organico tra loro;
  • elettronico digitale: sfrutta componenti elettronici digitali come i transistor;
  • programmabile: il comportamento del sistema è flessibile e specificato mediante un programma, ossia un insieme sequenziale di istruzioni finite ed univocamente interpretabili codificate in un determinato linguaggio di programmazione.

Le componenti di un elaboratore moderno si dividono in cinque categorie:

  • dispositivi di input;
  • dispositivi di output;
  • memoria;
  • unità di elaborazione dati (ALU);
  • unità di controllo.

Le ultime due componenti sono raggruppate in un’unica componente detta processore.

Il processore, realizzato con milioni di piccoli componenti elementari (transistor), è considerato il cuore di un elaboratore elettronico.

All’interno di un processore si riscontrano due tipi di componenti : combinatoria (senza memoria) e sequenziale (con memoria).

La memoria è il luogo dove vengono immagazzinati i programmi di esecuzione e i dati di cui necessitano. Essa può essere semplificata in un grande array unidimensionale di celle in sequenza, ognuna delle quali possiede un indirizzo attraverso il quale si può accedere ad una determinata cella.

La memoria è caratterizzata da diversi parametri:

  • capacità o dimensione: indica la quantità di dati memorizzabili;
  • velocità o tempo di accesso: indica l’intervallo di tempo che intercorre tra la richiesta del dato e il momento in cui viene reso disponibile;
  • consumo: indica la potenza media assorbita.

Idealmente un calcolatore dovrebbe avere una memoria di grande capacità, ad alta velocità, e a basso consumo. Tuttavia, è possibile creare una gerarchia secondo la quale:

  • le memorie piccole, più veloci (e costose) sono poste ai livelli alti, vicino al processore;
  • le memorie ampie, più lente (e meno costose) sono poste ai livelli più bassi.

L’obiettivo della gerarchia di memoria è quello di creare l’illusione di avere a disposizione una memoria grande, veloce ed economica.

 

L’elaboratore moderno codifica e memorizza opportunamente dati ed informazioni attraverso il linguaggio binario (o linguaggio macchina) costituito due soli simboli, 0 e 1.

Mediante il linguaggio binario è possibile rappresentare numeri (interi, col segno, con la virgola), parole, istruzioni e programmi.

A livello elettronico, tali simboli corrispondono a due stati che può assumere un circuito: a 0 è associata la mancanza di corrente (circuito aperto), mentre ad 1 è associato il passaggio di corrente (circuito chiuso).

Ogni cella di memoria è un piccolo circuito elettronico in grado di trovarsi in uno degli stati di funzionamento descritti precedentemente. Il funzionamento delle celle ci consente di suddividere un concetto in due categorie distinte e opposte: si tratta della cosiddetta dicotomia.

Nel momento in cui è necessario immagazzinare delle informazioni, il numero di celle di memorie N_celle impiegato per conservare tali informazioni X è dato dalla seguente relazione:   

La quantità minima di informazione che serve a discernere tra due possibili eventi (0 e 1) è detta bit. Il bit, in questo caso binary unit, in una cella di memoria è uguale a 0 o a 1 e il numero minimo di bit per rappresentare l’informazione è data dalla formula seguente:

Il bit può essere anche inteso come binary digit, ossia come cifra binaria che assume uno dei due simboli del sistema numerico binario, chiamati zero (0) e uno (1). Quindi, il bit è definito come l’unità elementare dell’informazione trattata da un calcolatore.

Se considero 8 bit per rappresentare un’informazione, allora parlo di byte (28 = 256 combinazioni rappresentabili).

Nella tabella di seguito sono riportati e multipli e sottomultipli di bit:


Con k bit è possibile rappresentare tutte le sequenze distinte come tutti i numeri 2n interi compresi fra 0 e 2n-1 attraverso la relazione 

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