Architetture dei Calcolatori: Von Neumann, Harvard e Sistemi Multiprocessore

L'architettura di un computer

L'architettura di un computer comprende tutti i componenti, la loro funzione e la comunicazione tra le parti che permettono al sistema di lavorare in modo coordinato.

Architettura di von Neumann

Il modello di von Neumann prevede che il programma sia memorizzato insieme ai dati. Il computer legge i dati dalla memoria e li interpreta come istruzioni o come dati stessi.

L'utilizzo di un unico bus comporta una limitazione nella velocità di risposta, poiché la memoria non può cercare una nuova istruzione fino al completamento del trasferimento dei dati dell'istruzione precedente.

Principali vincoli dell'architettura von Neumann

• Limitazione della lunghezza delle istruzioni: La lunghezza è vincolata dal bus dati, rendendo più complesso l'accesso alla memoria da parte del microprocessore.
• Limite di velocità: Il singolo bus per dati e istruzioni impedisce l'accesso simultaneo, non permettendo la sovrapposizione delle operazioni.

Architettura Harvard

Questo modello prevede che l'unità centrale di elaborazione (CPU) sia collegata a due memorie distinte (una per le istruzioni e una per i dati) attraverso due bus indipendenti. Ciò permette alla CPU di accedere autonomamente e contemporaneamente a entrambe le memorie.

Vantaggi dell'architettura Harvard

• Ottimizzazione: La dimensione delle istruzioni non è legata a quella dei dati, permettendo di ottimizzare lo spazio in memoria e aumentare la velocità di esecuzione.
• Efficienza temporale: Il tempo di accesso alle istruzioni può sovrapporsi a quello dei dati, migliorando le prestazioni complessive.

Sistemi Multiprocessore

L'obiettivo dei sistemi multiprocessore è aumentare la capacità di elaborazione del computer utilizzando più processori per gestire attività e processi simultanei.

• Standalone Mode: Ogni microprocessore esegue un programma diverso con una semplice interconnessione tra i sistemi.
• Parallel Mode: Molti microprocessori collaborano all'esecuzione di un unico programma, condividendo le risorse del sistema.

Componenti fondamentali della scheda madre

La scheda madre è il circuito principale su cui risiedono la CPU e i sistemi informatici collegati.

• CPU (Central Processing Unit): Il microprocessore principale che controlla il funzionamento del sistema.
• RAM (Random Access Memory): Memoria volatile utilizzata per memorizzare istruzioni e dati in uso.
• Hard Disk: Dispositivi integrati per l'archiviazione permanente delle informazioni.
• Slot di espansione: Connessioni sulla scheda madre per l'estensione del sistema o l'aggiunta di processori.
• Porte di Input/Output: Connessioni esterne per collegare vari dispositivi.
• Alimentatori: Dispositivi dedicati alla trasformazione della corrente elettrica per alimentare il sistema.
• Periferiche: Include sistemi di raffreddamento, unità di archiviazione rimovibili, tastiera, mouse, monitor e periferiche di comunicazione (modem, schede di rete, stampanti).