RIEPILOGO GENERALE

1
RIEPILOGO GENERALE

• Sistemi Elettronici Programmabili

2
Very Large Scale of Integration
(Non Riprogrammabili)
Full Custom Standard Cell Gate Array
3 Input NAND
3
Logic Devices
4
PAL Architettura della GAL16LV8
Output Logic Macro Cell
5
FPGA Architettura
6
FPGA Logic Element (Block)
7
FPGA LUT Look Up Table (2 Ingressi)
8
FPGA Programmazione
9
FPGA Programmazione (2)
10
FPGA Logic Element (Block) - ALTERA
11
ALTERA Stratix Architecture
12
Micro (Processore, Calcolatore, Controllore)
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Processore e Memoria

• Processore e memoria sono i due sistemi
  fondamentali del calcolatore (e sempre
  necessariamente presenti).
• Il processore contiene svariati registri interni,
  per comunicare con la memoria
• prelevare le istruzioni del programma
• leggere da memoria i dati da elaborare
• contenere i dati in elaborazione
• scrivere in memoria i risultati dei calcoli

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Processore e Memoria
Collegamenti tra unità funzionalie alcuni
elementi strutturali interni.
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Registri del Processore

• Contatore di programma (program counter, PC)
• punta allistruzione da prelevare ed eseguire
• Registro di istruzione (instruction register,
  IR)
• contiene listruzione correntemente in esecuzione
  (listruzione è codificata in forma numerica)
• Registri di uso generale o banco di registri
  (register file, R0 Rn?1)
• contengono dati (e indirizzi) correntemente in
  uso
• Registro di indirizzo di memoria (memory address
  register, MAR) e registro dei dati di memoria
  (memory data register, MDR)
• servono per leggere e scrivere la memoria

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Architetture Interne dei Microprocessori
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Ruolo del Sistema Operativo

• Normalmente il calcolatore è equipaggiato con un
  sistema operativo (SO).
• Il SO è un complesso di programmi che danno al
  calcolatore funzionalità minimali
• caricare e attivare uno o più programmi
• gestire le unità funzionali di memoria e I/O
• permettere lesecuzione simultanea di due o più
  programmi (processi) concorrenza
• permettere la compresenza di più utenti
• garantire affidabilità e sicurezza del
  calcolatore.

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CARATTERISTICHE SOFTWARE

• Set di istruzioni
• Architettura
• Gruppi
• Modi di indirizzamento
• Inerente
• Immediato
• Diretto
• Indiretto
• Implicito
• indicizzato

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Il microcalcolatore
20
Microprocessore
21
Gruppi di istruzioni

• Caricamento (MOV, LD, ST)
• Aritmetiche (ADD, SUB,INC, DEC)
• Logiche (AND, OR)
• Salto condizionato o incondizionato (JMP)
• Controllo (NOP, HALT)
• Scorrimento (SR, SL, RR, RL)
• Set e reset di bit

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Linguaggi descrittivi
Instruction Set Register Transfer
LD x AC? Mx
STO x Mx? AC
ADD x AC?AC Mx
SUB x AC? AC- Mx
AND x AC? AC Mx
OR x AC? AC u Mx
Register Transfer Instructions basate
sullaccumulatore
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Istruzione Macchina

• Il linguaggio macchina in forma simbolica è
  chiamato anche linguaggio assemblatore o assembly
  language.
• Lassemblatore (assembler) è uno strumento SW che
  esamina il programma in linguaggio macchina
  simbolico.
• Se non ha errori, lo traduce (o assembla)
  generandone la forma numerica corrispondente.
• Di seguito si danno le caratteristiche
  fondamentali che si trovano nelle istruzioni di
  ogni linguaggio macchina, per un tipo di
  processore classico con registri interni.

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Modello di Processore

• La maggior parte dei processori è costituita da
  alcuni registri interni e ununità
  aritmetica-logica
• banco di registri di uso generale servono per i
  dati
• registri di uso speciale servono per il
  controllo
• I registri interni contengono i dati da elaborare
  correntemente e varie informazioni di controllo
  necessarie per eseguire il programma.
• Molti dei registri interni del processore
  registri sono visibili da parte del programmatore
  in linguaggio macchina, e si possono nominare
  nelle istruzioni macchina stesse.

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Registri di Uso Speciale

• Contatore di programma o PC (program counter)
• contiene lindirizzo dellistruzione macchina da
  prelevare ed eseguire
• Puntatore alla pila o SP (stack pointer)
• contiene lindirizzo della cima della pila
  (stack), e si usa per la gestione del
  sottoprogramma (routine)
• Registro di stato o SR (status register, talvolta
  indicato come PSW, program status word)
• contiene vari bit che indicano lo stato del
  processore (modo utente-sistema, bit di esito,
  controllo di interruzione, e simili)

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Forma Simbolica

• Il programmatore denota listruzione macchina in
  forma simbolica, facilmente leggibile, come per
  esempio NOME arg1, arg2, commento
• Il nome (o codice mnemonico) indica loperazione
  MOVE (carica, memorizza o copia dato), ADD
  (addiziona dato), SUB (sottrai), ecc
• Gli elementi arg1, arg2, ecc, sono gli argomenti
  e indicano i dati da elaborare o dove scrivere il
  risultato, o anche, nelle istruzioni di salto,
  dove reperire la prossima istruzione da eseguire.
• Il commento è solo ad uso del programmatore

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Istruzione a Due Argomenti

• Istruzione a due argomenti o binariaNOME arg1,
  arg2
• EsempioADD R1, R2
• addiziona i contenuti di R1 e R2 e scrivi la
  somma in R2, sovrascrivendone il contenuto
  precedente
• R1 è sorgente, R2 è sia sorgente sia destinazione

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Simbologia di Base

• Loperatore freccia verso sinistra ? funziona
  in sostanza come operatore di assegnamento dest
  inazione valore ? origine valore
• Tipicamente lorigine del valore è una costante,
  un numero contenuto in un registro, una parola di
  memoria o unespressione aritmetica tra oggetti
  di tale genere.

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Operatore di Riferimento

• Lindirizzo è un numero (positivo o al minimo
  nullo) e anche il dato lo è, o lo si può
  facilmente ridurre a numero (carattere codice
  ASCII).
• Come distinguere tra un numero inteso come dato o
  come riferimento a un contenitore di dato (parola
  di memoria o registro) ? Cioè, come capire se il
  numero è dato o indirizzo ?
• Per indicare che un numero sia da intendere come
  indirizzo (che si riferisce indirettamente a un
  dato) e non direttamente come dato da elaborare,
  racchiudilo tra parentesi quadre e .

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Periferiche
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Gestione delle Periferiche
Le Periferiche sono generalmente dei dispositivi
Slave che dipendono dal Processore che deve
quindi provvedere alla loro gestione. Questa
funzione viene espletata principalmente con due
tecniche gestite dalla CPU 1. Polling in cui la
gestione è demandata al programma 2. Interrupt
attraverso il quale la periferica può richiedere
servizio E una tecnica che esclude la CPU dalla
gestione,il DMA attraverso il quale si stabilisce
un collegamento diretto tra memoria e dispositivo
Interrupt
Polling
Nel controllo da programma, la CPU interroga
periodicamente la porta della periferica di
interesse, in modo da tenere sotto controllo lo
stato della stessa. Quando la periferica è
disponibile a ricevere o trasmettere un dato, la
CPU esegue le istruzioni necessarie. Questo
approccio risulta assai poco efficiente,
comportando un grosso spreco di tempo da parte
della CPU. Ha il vantaggio di non richiedere
hardware dedicato. La gestione delle periferiche
è SINCRONA al programma. Ossia è il programmatore
a decidere quando servire la periferica.
Nella gestione mediante Interrupt è la periferica
stessa a richiedere servizio mediante un apposito
segnale. Il processore non deve interrogare
periodicamente le periferiche. La gestione delle
periferiche è ASINCRONA al programma nel senso
che il programmatore non può prevedere quando ci
sarà una richiesta di servizio.
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Polling esecuzione
E previsto laccesso alle periferiche in
determinati punti del programma Si controlla se
la periferica 1 ha richiesto il servizio e nel
caso si esegue la routine di pertinenza Si
controlla se la periferica 2 ha richiesto il
servizio e nel caso si esegue la routine di
pertinenza Se le periferiche richiedono
sporadicamente il servizio si ha un uso non
ottimale delle risorse di calcolo
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Collegamento con Interrupt

• La CPU controlla lo stato di IINTR
• Il registro IE abilita gli Interrupt (può essere
  controllato via software)

• Tutti gli interrupt possono essere mascherati
  tramite il registro IE (interrupt enable) tranne
  i NMI (interrupt non mascherabili)

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Direct Memory Access (DMA)

• Laccesso diretto alla memoria consente (solo) di
  scambiare dati tra una periferica e la RAM senza
  lintervento della CPU (Rigidità)
• Non viene perso del tempo di CPU nello scambio
  dei dati (la CPU continua ad eseguire il
  programma principale fino al prossimo cache miss)
• Necessita di hardware (complesso) aggiuntivo

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Controllore di DMA

• Quando cè una richiesta di DMA il controllore
  genera una richiesta alla CPU (DMAREQ)
• La CPU risponde con DMAACK e lascia il controllo
  del BUS al controllore di DMA (address BUS e data
  BUS Z)
• Il controllore genera gli indirizzi per la
  memoria
• La CPU continua lesecuzione del programma
  principale

• Occorre fornire
• Indirizzo di partenza
• Lunghezza del blocco
• Direzione del trasferimento

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Tipi di Collegamento
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Bus Asincrono Monodirezionale
Protocollo aperto (Slave sempre pronto)
Protocollo chiuso
38
Bus Asincrono Bidirezionale
39
Bus Asincrono Bidirezionale con Wait
40
Bus Sincrono
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Tipologie di Memorie allo stato solido
RAM (Random Access Memory)
Volatili
Non Volatili
SRAM (Static RAM)
ROM (Read Only Memory)
Masked ROM
Flip-Flop Statiche Velocissime Cella Grande Costo
per Bit Taglio 100 Kbit
Programmate in fonderia Costo per Bit
OTP (One Time Programmable)
Fuse - Antifuse
EPROM (Electrically Programmable ROM)
DRAM (Dynamic RAM)
MOS Floating Gate Cancellabili mediante UV
Capacità Dinamiche (Refresh) Veloci Cella
piccola Costo per Bit Taglio 100 Mbit
EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)
MOS Floating Gate E-P Random Access R Lenta, E-P
molto lenti Costo per Bit
Flash
SDRAM (Synchronous DRAM)
MOS Floating Gate P Random Access E a banchi R
Lenta, P molto lenti, E lentissimo Costo per
Bit Taglio 100 Mbit
Capacità Accesso a burst Self Refresh
42
(No Transcript)