Architettura degli Elaboratori - a.a. 2019/20 Classe 3: matricole congrue 2 modulo 3 - Dipartimento di Informatica

Architettura degli Elaboratori

             a.a. 2019/20
Classe 3: matricole congrue 2 modulo 3

Presentazioni
• Marcella Anselmo

• Info: http://www.di-srv.unisa.it/professori/anselmo/

• Orario ricevimento:
      • Martedì     13 – 14
      • Giovedì     14 – 16

• Il mio studio è il n° 101 (o 57) al 4° piano (ultimo
  livello) della Stecca 7 (fra l'aula F8 e la sede di
  Farmacia).

Pagine del corso
• Pagina personale del corso:
http://www.di-srv.unisa.it/professori/anselmo/archi1920.htm

Troverete: orario lezioni, ricevimento, programma, avvisi generali,
syllabus, …

• Piattaforma e-learning:
http://elearning.informatica.unisa.it/el-platform
Troverete: avvisi per chi è iscritto/segue il corso, calendario
aggiornato via via, slides (parziali), esercizi da svolgere, …
non appena un congruo numero di studenti ne avrà accesso.
Gli studenti interessati devono quindi iscriversi al corso quanto
prima procedendo direttamente alla registrazione seguendo le
indicazioni del sistema. Importante: inserite (e consultate) la vostra
mail di unisa!

Ulteriori domande, richieste, dubbi,…
• Potete venire nel mio studio durante l’orario di
  ricevimento
• In aula (durante la lezione se inerenti e di interesse
  generale, oppure durante la pausa)
• Potete scrivermi all’indirizzo manselmo@unisa.it, ma
  … io NON rispondo (solo) alle mail che non rechino i
  dati del mittente (nome, cognome, matricola,
  insegnamento cui ci si riferisce) o che richiedano
  informazioni già pubblicate sulla piattaforma o sulla
  pagina del corso.

Svolgimento del corso
• Il corso consiste di 9 CFU per un totale di 72 ore di corso (ogni ora
  perduta andrà recuperata), di cui :
       56 ore di lezione frontale
       16 ore di esercitazione
• Docenti del corso:
  – M. Anselmo, 6 CFU
  – G. Guarino, 3 CFU
• Orario lezioni
   – Martedì 11 - 13, Aula F8
   – Giovedì 9 - 11, Aula F8
   – Venerdì 11- 13, Aula F8
• Ultima lezione prevista: venerdì 13 dicembre 2019.
• Festività: venerdì 1 novembre.

Libri di testo
I libri di testo sono:
• [PH] D. A. Patterson , J. L. Hennessy, “Struttura e progetto dei
    calcolatori”, IV ed., Zanichelli, 2014 ISBN: 9788808352026
          (parte dei primi 5 capitoli e
          della Appendice B online)
  NOTA: D. A. Patterson , J.
  L. Hennessy hanno vinto nel 2017
  il prestigioso premio Turing, spesso
  chiamato il Premio Nobel dell’Informatica

• [P] F. Preparata, “Introduzione alla organizzazione e
  progettazione di un elaboratore elettronico”, Ed. Franco Angeli
  2012, ISBN: 9788820474157 (parte dei capitoli 1, 3, 4, 6)

Esami (di già? )
•   L’esame consiste di una prova scritta e di una orale (cui si accede solo dopo il
    superamento di quella scritta).

•   Sono inoltre previste due prove intercorso. La prima si svolgerà orientativamente nella
    prima metà di novembre e la seconda prova a fine corso in dicembre. Per partecipare
    alla seconda prova, bisogna avere raggiunto una certa soglia nella prima prova. Gli
    studenti che supereranno entrambe le prove potranno sostenere direttamente la prova
    orale (o eventualmente accettare il voto proposto).

•   Gli studenti interessati alle prove di esame devono prenotarsi su Esse3 entro il termine
    utile (3 giorni lavorativi prima). Ricordo inoltre che è possibile e doveroso cancellare la
    propria prenotazione qualora si decida di non partecipare, per evitare un inutile spreco
    di risorse.

•   Faremo poi dei brevi test in aula per verificare l’apprendimento degli argomenti studiati
    (con bonus finale!)

•   Durante lo svolgimento di qualsiasi prova scritta, NON è consentito consultare, o anche
    solo detenere, libri, appunti, cellulari o altro tipo di strumento idoneo alla
    memorizzazione di informazioni o alla trasmissione di dati.

Dalla CARTA DEI DIRITTI E DEI DOVERI DEGLI STUDENTI
https://web.unisa.it/uploads/rescue/31/11/Carta-Diritti-e-Doveri-degli-Studenti.pdf
ART. 12 – Prove di esame
8. Agli studenti viene richiesto di affrontare le prove d’esame con la dovuta diligenza e serietà,
attenendosi alle regole dei piani di studio e di iscrizione agli appelli. Nelle prove scritte devono avere
comportamenti improntati a correttezza e rispetto del principio di autenticità dell’elaborato.

Dal REGOLAMENTO STUDENTI
https://web.unisa.it/uploads/rescue/31/11/regolamento-studenti.pdf
ART. 40 – SANZIONI DISCIPLINARI A CARICO DEGLI STUDENTI
1. Le sanzioni che si possono comminare sono le seguenti:
a) ammonizione;
b) interdizione temporanea da uno o più attività formative;
c) esclusione da uno o più esami o altra forma di verifica di profitto per un periodo fino a sei mesi;
d) sospensione temporanea dall’Università con conseguente perdita delle sessioni di esame.
2. La relativa competenza è attribuita al Senato accademico, fatto salvo il diritto dello studente
destinatario del provvedimento di essere ascoltato.
3. L'applicazione delle sanzioni disciplinari deve rispondere a criteri di ragionevolezza ed equità, avuto
riguardo alla natura della violazione, allo svolgimento dei fatti e alla valutazione degli elementi di prova.
Le sanzioni sono comminate in ordine di gradualità secondo la gravità dei fatti.
4. La sanzione è comminata con decreto rettorale.
5. Tutte le sanzioni disciplinari sono registrate nella carriera scolastica dello studente e vengono
conseguentemente trascritte nei fogli di congedo.

Date esami (fissate a breve)
• I prova intercorso: prima metà novembre
• II prova intercorso: fine corso a dicembre

• Preappello: dal 16 dicembre al 17 gennaio
• I appello: dal 20 gennaio al 5 febbraio
• II appello: dal 6 al 21 febbraio

• Appello straordinario 16-31 Marzo 2020 riservato agli studenti
  fuori corso, agli studenti che abbiano conseguito almeno 135
  CFU.
• I appello: dal 25 giugno al 10 luglio
• II appello: dal 13 al 31 luglio
• Appello: dal 2 al 13 settembre
• Appello straordinario in Novembre 2020.

Cos’è l’informatica?
“L'informatica è la scienza che consente di ordinare,
trattare e trasmettere l’informazione attraverso
l’elaborazione elettronica”      (dizionario Devoto-Oli)

                         INFORMATICA
                        mazione  auto

 Evitare compiti noiosi e ripetitivi. Necessità sentita da sempre!
 L’abaco è il primo strumento usato per i calcoli sin dal XXI
 secolo a. C.; la macchina pascalina è del 1642…

Cos’è veramente l’informatica
Evitare compiti noiosi e ripetitivi…

Minor fatica?

• L’informatica è una Scienza, in inglese Computer
  Science. I pionieri degli anni 30 erano matematici e
  fisici (Turing, Goedel, ….)
• L’ informatica non consiste soltanto nello scrivere
  programmi per un computer! (non è smanettare…)
• Ci vuole rigore, metodologia, tecnica, matematica
  etc., ma anche fantasia e creatività
• Bisogna studiare e si sa: lo studio è fatica! (anche
  giocare a calcio, però….)

Minor fatica?
        Programmazione                                               Sistemi Operativi

                                                                  Algoritmi e Strutture dati
     Basi di dati

                                                                              ….
    Architettura degli
    elaboratori

                                        MATEMATICA
•    Questo corso sarà un mattone (!) per la vostra conoscenza del funzionamento e dell’uso
     dei computer.
•    Percorso guidato da esperti: la scuola informatica salernitana ha una lunga tradizione che
     risale al corso di Laurea in Scienze dell'Informazione istituito nel 1971 (solo due anni
     dopo il primo in Italia a Pisa). Il CdS può contare sull'apporto di oltre 50 docenti, di cui
     circa 40 di Informatica. Dipartimento di Informatica fra i primi in Italia (alle VQR).

Perché studiare (informatica)?
• «Vivere è imparare» [K. Lorenz]
• «Nessun pericolo è paragonabile a quello dell’ignoranza» [R.
  Bacone]
• «Studiate, contro il sistema!»
• ………
• Esiste correlazione fra livello di istruzione e reddito
• Voi avete grandi potenzialità ADESSO
• L’intelligenza non basta, occorre acquisire nuove informazioni,
  metodologia, forma mentis
• La laurea in Informatica a Salerno è un prestigioso titolo a cui
  ambire!
• Se ci seguirete, riuscirete ad ottenere il massimo!

Come studiare: prerequisiti
• Allo studente non è richiesta nessuna particolare
  conoscenza informatica.
• Il test d'accesso ha lo scopo di valutare l'attitudine
  dello studente e il suo grado di preparazione in
  alcune discipline ritenute particolarmente rilevanti
  per affrontare con successo il Corso di Studi.
• Gli studenti cui sono stati attribuiti degli Obblighi
  Formativi Aggiuntivi (OFA) …. dovranno fare maggior
  fatica, da subito!

Come studiare: adesso
• Colmare gli OFA
• La frequenza del corso e delle esercitazioni sono
  fortemente consigliate.
• Gli studenti devono essere preparati a trascorrere
  una congrua quantità di tempo nello studio al di fuori
  delle lezioni.
  1CFU = 25 ore di lavoro = 8 ore di lezione frontale + 17 ore di
  studio individuale.
• Seguire e studiare tutti i corsi proposti nel percorso
  (Programmazione, MD)
• Studiare in maniera attiva

Studiare attivamente
• Iscrivetevi alla piattaforma e consultatela regolarmente: è il
  mezzo principale di comunicazione con voi.
• Lezioni: non accettate niente per buono
  (nemmeno/soprattutto quello che dico io…;); domande
  «stupide» non esistono, ma sono quelle che fanno crescere
• Slides, appunti, ma… libri!
• Esercizi (da soli, a gruppi,…)
• Ricevimento
• Potete scrivermi mail, ma: inserite chiaramente nome,
  cognome, numero di matricola e insegnamento cui vi riferite
  (e non chiedete qualcosa che è già specificata in annunci della
  piattaforma!)
• Organizzare gli esami dei vari corsi (e prenotarsi in tempo)

Presto e bene!
• Studiare da subito! Superare gli esami di un semestre prima
  dell’inizio del prossimo.
• Voi avete grandi potenzialità adesso
• Rispetto per chi (eventualmente) vi supporta gli studi
• Puntare in alto e non perdere mai di vista motivazioni e
  obiettivi
• Chi vi potrebbe assumere guarda: titolo di studi, voti, tempi,
  capacità di lavorare in gruppo, esperienze all’estero, …
• L'Università di Salerno promuove, dal luglio 2015, la Politica
  del Merito, tesa a supportare economicamente gli studenti e
  le loro famiglie. La politica delle tasse UNISA premia gli
  studenti che completano il percorso di studio nei tempi
  previsti, con l’erogazione di un contributo pari alle tasse
  versate.

Non siamo più a scuola
Libertà nella organizzazione e nel metodo di studio
Attenzione: arma a doppio taglio!
Maggiore responsabilità da parte vostra
Studiare per voi, per la vostra preparazione, per il
vostro avvenire
Cominciare a studiare: subito!
E studiare con Costanza, .. ma anche con Letizia e Gioia!

All’inizio vi prenderemo per mano: test, prove
intercorso, tutorato, ….

Un po’ di regole
Ad ogni lezione faremo una pausa di 5/10 minuti
durante la quale potete: sgranchirvi, bere, mangiare,
telefonare, controllare le vostre chat, parlare coi vostri
«colleghi» o con me, etc. etc….

                         QUINDI

Durante la lezione NON farete niente di tutto ciò, ma:
cercate di concentrarvi per seguire la lezione, capire,
porvi e pormi domande, in generale far lavorare il
cervello, eventualmente prendere degli appunti e/o
seguire sul libro

Architettura degli Elaboratori

L’ Architettura (informatica) è l’insieme dei criteri in base
ai quali è progettato e realizzato un sistema informatico.

L’ Elaboratore (o calcolatore, o computer) è una
macchina in grado di eseguire autonomamente
sequenze di operazioni logiche-aritmetiche sui dati in
ingresso (input) e restituire i risultati di tali operazioni
in uscita (output)

Un calcolatore umano

         Dal libro di F. Preparata

Modello di calcolo

Architettura di Von Neumann

Achitettura Harward
            La memoria è suddivisa in:
            Memoria dati e
            Memoria istruzioni

Dentro un IPad

                 Dal libro di Patterson, Hennessy

Il processore

Il processore è la parte attiva del calcolatore. Si compone di:
 Datapath / unità di elaborazione dati (il braccio): esegue le
    operazioni aritmetiche
 Unità di controllo (la mente): indica al datapath, memoria e
    I/O cosa fare (secondo le istruzioni del programma)

Studieremo il processore MIPS

• Un processore vero
• Sarà il nostro esempio di riferimento
  per studiare i principi di progettazione
  di un processore

    Architettura Harward Modificata (Pipeline)

 Studieremo UN processore particolare, ma per astrarre
 concetti fondamentali della architettura degli elaboratori

Wikipedia dice….
• L'architettura MIPS (acronimo dell’inglese Microprocessor
  without Interlocked Pipeline Stages) è un’architettura informatica per
  microprocessori RISC sviluppata dalla MIPS Computer Systems Inc. (oggi MIPS
  Technologies Inc.).
• Nel 1981 il professore John L. Hennessy della Stanford University avviò un
  gruppo di ricerca sulle architetture RISC. Le ricerche del team di sviluppo
  portarono allo sviluppo della prima generazione di processori MIPS.
• Il MIPS è utilizzato nel campo dei computer SGI, e ha trovato grossa diffusione
  nell'ambito dei sistemi embedded, dei devices di Windows CE e nei router di
  Cisco.
• Le console Nintendo64, Sony PlayStation, SonyPlayStation2 e Sony PlayStation
  Portable utilizzano processori MIPS.
• Il disegno dell'architettura e del set di istruzioni è semplice e lineare e viene
  spesso utilizzato come caso di studio nei corsi universitari indirizzati allo studio
  delle architetture dei processori. L'architettura dei processori MIPS ha
  influenzato le architetture di molti altri processori RISC tra i quali si segnala la
  famiglia DEC Alpha.

Un altro MIPS……
                                                                                                MIPS

  Nel videogioco Super Mario 64, il coniglio
  si chiama Mips, con riferimento al
  processore MIPS del Nintendo 64!

                                                                         Specie:              Coniglio
                                                                         Debutto in:          Super Mario 64 (1997)
                                                                         Ultima               Mario Party 3 (cammeo)
                                                                         apparizione:         (2001)

MIPS è un coniglio apparso nei sotterranei del castello della Principessa Peach in Super Mario 64.
Quando Mario gli si avvicina, MIPS scappa e se il giocatore riesce ad acchiapparlo gli dona una Superstella.
Dopo aver raccolto una cinquantina di Superstelle, MIPS ricompare nei sotterranei e dona al giocatore un'altra Superstella.
In Super Mario 64 DS, al post di MIPS compaiono diversi conigli che donano al giocatore delle chiavi necessarie per
sbloccare nuovi minigiochi. Insieme a Mario, MIPS è il primo personaggio ad essere stato creato all'interno del gioco.
Inizialmente MIPS venne utilizzato per testare le capacità del Nintendo 64, ma alla fine è stato inserito all'interno del gioco
per volere degli sviluppatori. In Mario Party 3, MIPS fa un cammeo nel tabellone Woody Woods.

Il nostro obiettivo finale
Alla fine del corso saprete come funziona una versione semplificata del processore MIPS

Come faremo
• Ci arriveremo a piccoli passi costruendo via via
  i mattoni necessari
• Useremo diversi livelli di astrazione

Contenuti del corso
Il corso si propone di introdurre l’architettura dei calcolatori ed i principi che
sono alla base della loro progettazione. Verranno presentate struttura e
funzionalità dell’architettura di un calcolatore moderno.
Principali argomenti trattati durante il corso:
1) rappresentazione dell'informazione: - rappresentazione degli interi e algoritmi
    di conversione per interi (dec-bin, bin-dec) - rappresentazione e aritmetica in
    complemento a due - rappresentazione in virgola mobile - codifica ASCII

2) logica digitale: - algebra booleana - reti combinatorie e moduli combinatori -
     la ALU - elementi di memorizzazione: flip-flop, banco dei registri
3) linguaggio assembler di una macchina RISC

4) implementazione della unità di elaborazione

5) misura delle prestazioni, miglioramento delle prestazioni mediante pipeline e
gerarchie di memoria

Primo passo
Conoscere il linguaggio dei computer
I computer «parlano» in binario:

Spento, acceso (dei circuiti elettrici)
ON, OFF
1,   0

bit = binary digit

Il linguaggio dei computer

Rappresentazione in binario
Cosa possiamo rappresentare in binario?
  Numeri (interi, col segno, con la virgola)
  Parole (codificando le lettere)
  Istruzioni
  Programma
  «Informazione»

Idea fondamentale su cui sono costruiti i calcolatori:
        programmi e dati rappresentati da numeri

Buono studio!
            1000010 1110101
            1101111 1101110
            1101111 0100000
            1110011 1110100
            1110101 1100100
            1101001 1101111
                0100001

Ndr: codificato in ASCII