Lo schema detto di von Neumann prende nome dal matematico e informatico John von Neumann. Elaborato inizialmente negli anni '40, esso rappresenta ancora oggi lo schema di riferimento per descrivere l'architettura generale interna di un computer (o più precisamente e in modo più generale di un microcalcolatore).
Nella sua forma più semplice lo schema di von Newmann può essere così rappresentato:
In sintesi, lo schema di von Neumann si basa sui seguenti concetti fondamentali:
• I dati e i programmi condividono lo stesso sistema di memoria;
• È presente una sola unità di elaborazione;
• È eseguita una sola istruzione per volta.
Esaminiamo ora brevemente le diverse parti di cui si compone lo schema precedente.
Central Processing Unit (CPU) e microprocessore
Il microprocessore (spesso abbreviato in µP e chiamato anche CPU - vedi spiegazione a fondo pagina), è un circuito digitale sequenziale in grado di eseguire istruzioni, cioè è un circuito programmabile. Le istruzioni del programma sono contenute nella memoria, insieme ai dati (valori numerici) del programma stesso.
Il microprocessore è uno dei dispositivi più utilizzati in elettronica digitale. Comprende le parti fondamentali di un calcolatore numerico, integrate su di un singolo circuito integrato. La sua realizzazione è stata resa possibile dallo sviluppo delle tecnologie di integrazione degli anni ’70 (LSI, VLSI) che, a costi modesti, hanno permesso la realizzazione di circuiti integrati molto piccoli (qualche mm di lato) ma, al contempo, adeguatamente complessi. Attualmente, a seconda del tipo, un microprocessore può essere costituito da un numero di transistori compreso tra il centinaio di migliaia e alcuni milioni, integrati su di un unico chip (“scheggia”) di silicio, o altro materiale semiconduttore.
Memoria (Memory)
Si tratta di un dispositivo di memoria digitale che riceve indirizzi attraverso l'Address Bus (Bus Indirizzi) e valori binari (in ingresso o uscita) attraverso il Data Bus (Bus Dati). La memoria potrà essere di sola lettura (ROM) oppure di lettura/scrittura (RAM). In un sistema completo di solito la ROM viene utilizzata per memorizzare la parte di programma (o di sistema operativo, se presente) che non deve mai essere modificata. Invece la RAM memorizza dati e valori modificabili. Nelle architetture più semplici, la RAM non è presente.
L'architettura di von Neumann prevede l'uso di un unico tipo di dispositivo (la memoria appunto) per memorizzare sia dati numerici che istruzioni del programma della CPU. In effetti dati e istruzioni sono indistinguibili poiché entrambi sono rappresentati da sequenze binarie.
Dispositivi di Input/Output (I/O Devices)
I dispositivi di I/O sono circuiti di interfaccia fra il computer e il mondo esterno, ovvero consentono al computer di ricevere (input) o di comunicare (output) valori. In ultima analisi possiamo per semplicità pensare ai dispositivi di I/O come alla tastiera e al monitor collegati a un PC, anche se generalmente in questa categoria vengono inclusi altri dispositivi (es. le memorie di massa, come gli hard disk).
Come sarà più chiaro nel seguito, i dispositivi di I/O possono essere indirizzati dal µP come se si trattasse di locazioni (parole) di memoria. Ciò spiega il collegamento di tali dispositivi col bus dati e il bus indirizzi del computer.
Alcune precisazioni: CPU, microprocessore, microcalcolatore e microcontrollore
Spesso il microprocessore viene anche detto CPU (Central Processing Unit), ma in realtà in due termini non sono esattamente sinonimi. Infatti la CPU (come suggerisce il nome) è il microprocessore principale di un sistema di elaborazione (es. il Personal Computer) nel quale però potrebbero esserci anche altri microprocessori "secondari" (si pensi per esempio alle schede grafiche moderne che incorporano al proprio interno un proprio microprocessore, detto anche GPU o Graphics Processing Unit).
Microprocessore (μP) e microcalcolatore (μC) non sono la stessa cosa. Semplicemente, il microprocessore è l’elemento centrale di un microcalcolatore. Il microcalcolatore è infatti un sistema completo che comprende oltre al microprocessore altri dispositivi: la memoria, i circuiti di ingresso/uscita dei dati, e altro. Un Personal Computer, ad esempio, è un microcalcolatore.
Quando su di in un singolo dispositivo troviamo integrati tutti i dispositivi di un microcalcolatore, si parla di microcalcolatore single-chip. Un particolare tipo di microcalcolatore su singolo chip è il microcontrollore. Un microcontrollore, come dice il nome, è progettato per applicazioni di controllo. Oltre agli elementi base di tutti i microcalcolatori, vi troviamo integrati anche dispositivi di ingresso/uscita specializzati, appositamente progettati per il controllo di impianti industriali e/o sistemi complessi. A livello della vita di tutti i giorni, ad esempio, troviamo i microcontrollori impiegati nei televisori, nei videoregistratori, nei lettori di compact disk.
Un microcalcolatore inserito all’interno di un sistema più complesso è chiamato embedded. In una applicazione embedded l’utente vede e usa l’intero sistema (per esempio la propria autovettura) senza percepire direttamente la presenza di uno o più microcalcolatori al suo interno. Alcuni esempi di utilizzo di sistemi embedded sono sportelli Bancomat, telefoni cellulari, stampanti e fotocopiatrici, distributori di bevande, elettrodomestici, console per videogiochi, strumenti musicali digitali etc etc.
Sito realizzato in base al template offerto da
http://www.graphixmania.it
