14-12-2024 - Education - Computer Science - Computer Architecture [EN]-[IT]

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~~~ La versione in italiano inizia subito dopo la versione in inglese ~~~

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[ENGLISH]
14-12-2024 - Education - Computer Science - Computer Architecture [EN]-[IT]
With this post I would like to provide some brief notions about the technical topic mentioned in the subject.
The context in which we operate is that of basic computer science
(code notes: MOD-90)

Computer Architecture

The central processing unit (CPU) is the heart of a computer. It is responsible for executing instructions, managing data and coordinating the operations of the various hardware components.
The pipeline is a technique used in CPUs to execute multiple instructions at the same time, dividing the processing into successive phases. This allows to overcome some limitations of the Von Neumann architecture, which suffers from the so-called Von Neumann bottleneck, caused by the sequential transfer of data between the memory and the CPU.
The Von Neumann bottleneck is an intrinsic limitation of the Von Neumann architecture, due to the fact that the CPU and the main memory share the same communication bus. This causes a bottleneck, as memory access and data processing cannot occur simultaneously, limiting the overall performance of the system.
The bus architecture is extensible, as it allows new devices to be added by connecting them to the shared bus. However, it has limitations such as slow operations, increased CPU load due to traffic management on the bus, and limited transfer capacity, as all devices share the same communication channel.
In the Von Neumann architecture, instructions are executed sequentially, one after the other, in the order in which they are stored in main memory. This approach causes a performance limitation, especially in modern systems that would benefit from parallel execution of operations.
The bus is a communication system that allows the exchange of data between the various components of a computer, such as the CPU, memory, and input/output devices. It is composed of physical lines that carry data, address, and control signals, allowing the components to operate in a coordinated manner.
Inside a computer there is Central memory which is made up of a set of adjacent elements (called cells) identifiable by their address. It is responsible for storing the programs to be executed and the data to be processed. A program is a sequence of instructions that must be executed and the data is the information that the program processes to produce the result.

Below is some quick information about the topic that shows the focal points of the architecture of a computer.

01-Computer architecture
Below are some information pills about the architecture of a computer or personal computer.

02-Central processing unit
The central processing unit executes the instructions for processing data

03-Parallelism
One of the solutions used to overcome the limitations of the Von Neumann architecture is the use of the pipeline as a form of parallelism

04-Bus architecture
Extensibility is not a limitation of the bus architecture

05-Limitation of the Von Neumann architecture
A limitation of the Von Neumann architecture is the sequential execution of operations

06-Non-scalability of components
It is not a characteristic of the Von Neumann architecture that the components do not scale

07-Input/output
The input/output unit allows the user to interact with the machine

08-The bus
The bus is an interconnection line between the components

09-The central memory
The central memory stores the programs and data

10-Bottleneck
The problem of the bottleneck is related to limited memory bandwidth

Conclusions
The Von Neumann architecture, proposed by John von Neumann in the 1940s, is the basic model on which most modern computers are based.

Question
Have you heard of John von Neumann?

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[ITALIAN]
14-12-2024 - Education - Informatica - architettura del calcolatore [EN]-[IT]
Con questo post vorrei fornire alcune brevi nozioni a riguardo dell’argomento tecnico citato in oggetto.
Il contesto in cui operiamo è quello dell'informatica di base
(code notes: MOD-90)

Architettura del calcolatore

L'unità centrale di elaborazione (CPU) è il cuore di un computer. Si occupa di eseguire istruzioni, gestire dati e coordinare le operazioni delle varie componenti hardware.
La pipeline è una tecnica utilizzata nelle CPU per eseguire più istruzioni contemporaneamente, suddividendo l'elaborazione in fasi successive. Questo permette di superare alcune limitazioni dell'architettura di Von Neumann, che soffre del cosiddetto collo di bottiglia di Von Neumann, causato dal trasferimento sequenziale dei dati tra la memoria e la CPU.
Il Von Neumann bottleneck è una limitazione intrinseca all'architettura di Von Neumann, dovuta al fatto che la CPU e la memoria principale condividono lo stesso bus di comunicazione. Ciò provoca un collo di bottiglia, poiché l'accesso alla memoria e l'elaborazione dei dati non possono avvenire simultaneamente, limitando le prestazioni complessive del sistema.
L'architettura a bus è estensibile, poiché consente di aggiungere nuovi dispositivi collegandoli al bus condiviso. Tuttavia, presenta limitazioni come la lentezza delle operazioni, l'aumento del carico della CPU dovuto alla gestione del traffico sul bus, e una capacità di trasferimento limitata, poiché tutti i dispositivi condividono lo stesso canale di comunicazione.
Nell'architettura di Von Neumann, le istruzioni vengono eseguite in modo sequenziale, una dopo l'altra, secondo l'ordine in cui sono memorizzate nella memoria principale. Questo approccio causa una limitazione nelle prestazioni, soprattutto nei sistemi moderni che beneficerebbero dell'esecuzione parallela delle operazioni.
Il bus è un sistema di comunicazione che consente lo scambio di dati tra i vari componenti di un computer, come la CPU, la memoria e i dispositivi di input/output. È composto da linee fisiche che trasportano segnali di dati, indirizzi e controllo, permettendo ai componenti di funzionare in modo coordinato.
All'interno di un calcolatore c'è la memoria Centrale che è costituita da un insieme di elementi adiacenti (dette celle) identificabili tramite il loro indirizzo. Si occupa di memorizzare i programmi da eseguire e i dati da elaborare. Un programma è una sequenza di istruzioni che devono essere eseguite e i dati sono le informazioni che il programma elabora per produrre il risultato.

Qui di seguito alcune informazioni veloci a riguardo dell'argomento che mostrano i punti focali dell'architettura di un calcolatore.

01-Architettura del calcolatore
Qui di seguito delle pillole di informazione a riguardo dell'architettura di un calcolatore o personal computer.

02-Unità centrale
L'unità centrale di elaborazione esegue le istruzioni per l'elaborazione dei dati

03-Parallelismo
Una delle soluzioni utilizzate per superare le limitazioni dell'architettura di Von Neumann è l’impiego della pipeline come forma di parallelismo

04-Architettura a bus
L'estensibilità non è una limitazione dell'architettura a bus

05-Limitazione dell'architettura di Von Neumann
Una limitazione dell'architettura di Von Neumann è l'esecuzione sequenziale delle operazioni

06-Non scalabilità dei componenti
Non è una caratteristica dell'architettura di Von Neumann la non scalabilità dei componenti

07-Input/output
L'unità di input/output consente l'interazione dell'utente con la macchina

08-Il bus
Il bus è una linea di interconnessione tra i componenti

09-La memoria centrale
La memoria centrale memorizza i programmi e i dati

10-collo di bottiglia
Il problema del collo di bottiglia è legato a limitata larghezza di banda della memoria

Conclusioni
L'architettura di Von Neumann, proposta da John von Neumann negli anni '40, è il modello di base su cui si fondano la maggior parte dei computer moderni.

Domanda
Avevate già sentito parlare di John von Neumann?

THE END