Scienza dei calcolatori

Questo libro ha l'obiettivo di studiare l'architettura degli elaboratori secondo un approccio integrato e strutturato. Ogni argomento viene trattato sviluppando metodologie le più formali possibile e modelli di costo, e, al tempo stesso, facendo riferimento alle tecnologie disponibili e a quelle previste nel breve-medio termine, eventualmente discutendo possibili evoluzioni nel lungo termine. Il testo è suddiviso in quattro parti: Fondamenti e strutturazione firmware, Macchina Assembler e processi, Architettura Base di Elaboratori General-Purpose, Architetture parallele. Oltre che utilizzabile da professionisti e ricercatori, il testo contiene materiale per più corsi sull'architettura dei sistemi di elaborazione, e può essere utilizzato in modo del tutto modulare selezionando facilmente specifici capitoli o parti di essi. La trattazione fa ampio uso di esempi ed esercizi svolti. Le propedeuticità necessarie sono quelle di una preparazione di base a livello universitario nei settori della matematica, della programmazione e degli algoritmi. Rispetto alla prima edizione sono sviluppati a fondo i temi delle gerarchie di memoria, architetture ILP scalari e superscalari, in-order vs out-of-order, VLIW, multithreading, multicore, cache coherence.

In questo primo volume del testo "Architettura dei Calcolatori", dal titolo specifico "Struttura software del processore PC, Assembler e corrispondenza fra C++ e Assembler", viene anzitutto presentato il cosiddetto Processore PC (schematizzazione dei processori con architettura x86-32), con riferimento sia alle istruzioni della Arithmetic and Logic Unit per numeri naturali e interi, sia a quelle della Floating Point Unit per numeri reali. Viene quindi illustrato il linguaggio Assembler con riferimento al sistema operativo Unix e all'ambiente di programmazione GNU/GCC. La parte preponderante del testo è dedicata a illustrare le modalità con le quali si realizzano in Assembler i principali costrutti linguistici del linguaggio C++ (che si suppone noto), con particolare riferimento alle funzioni/operatori globali e alle funzioni/operatori membro di classi. Alcuni dei più significativi programmi che compaiono nel presente volume sono disponibili al sito internet: ing.unipi.it/LibroCalcolatori. Essi possono essere scaricati, evitando in tal modo una loro riscrittura, che spesso introduce insidiosi errori di battitura.

In questo terzo volume del testo "Architettura dei Calcolatori", dal titolo specifico "Aspetti Architetturali Avanzati e Nucleo di Sistema Operativo". viene utilizzato il processore PC (illustrato nei primi due volumi del testo), anzitutto per trattare tematiche avanzate (memoria virtuale, protezione, multiprogrammazione) con riferimento ai Personal Computer. Viene quindi descritto un nucleo di sistema operativo (con processi, primitive di nucleo e primitive di I/O), che consente di trattare gli aspetti di interfaccia tra hardware e software, verificando sperimentalmente le funzionalità dei costrutti software basilari, e di gestire le più importanti interfacce presenti nei Personal Computer. Il nucleo descritto nel testo è stato effettivamente realizzato, utilizzando come strumenti di programmazione i linguaggi Assembler e C++ dell'ambiente GNU/GCC, e può essere eseguito utilizzando l'emulatore QEMU. Esso è disponibile al sito internet: ing.unipi.it/LibrooCalcolatori.

In questo secondo volume del testo "Architettura dei Calcolatori", dal titolo specifico "Struttura hardware del Processore PC, dei Bus, della Memoria e delle Interfacce, e Gestione dell'I/O", viene descritta l'architettura di un calcolatore basato sul processore PC (descritto nel Volume I), utilizzando il controllore APIC, il bus PCI e il meccanismo di bus-mastering. Vengono descritte le tipiche interfacce di I/O, sia a byte che a blocchi. Vengono infine illustrate le attuali tecniche di organizzazione interna di un processore. È stato appositamente sviluppato un pacchetto software per effettuare esercizi di I/O, disponibile al sito internet: ing.unipi.it/LibroCaIcolatori Le interfacce trattate vengono gestite sia a controllo di programma che attraverso il meccanismo di interruzione e, per quelle a disco, anche mediante accesso diretto alla memoria tramite il bus mastering PCI.

Il testo si rivolge agli insegnamenti di Architetture degli elaboratori, Informatica II e Calcolatori Elettronici presso i corsi di Ingegneria dell'Informazione, Scienze dell'informazione e Informatica. L'opera è caratterizzata da un approccio allo stesso tempo semplice e innovativo: i concetti vengono infatti introdotti gradatamente, con l'ausilio di numerosi esempi, nella prospettiva moderna di tipo RISC. La modernità del testo è dovuta anche al grande spazio dedicato ai sistemi embedded, che così grande importanza hanno assunto negli ultimi anni. Arricchiscono il testo un apparato di schede di approfondimento sui più tipici processori commerciali e due casi di studio.

Il volume presenta i concetti chiave della traduzione assistita da computer e illustra l'uso di SDL Trados Studio, uno dei principali software presenti attualmente sul mercato.

La terza edizione di questo manuale si pone in linea di continuità con le precedenti per l'impostazione didattica volta a fornire uno strumento di guida graduale all'apprendimento piuttosto che un riferimento esaustivo sull'argomento della teoria dei segnali. L'approccio didattico è stato ulteriormente potenziato e arricchito, non solo grazie all.aggiunta di numerosi esempi svolti, utili a chiarire in modo più semplice e diretto aspetti concettuali specifici, ma anche per l'inserimento di numerosi esperimenti che fanno ricorso al linguaggio Matlab, nella consapevolezza che l'ausilio di pacchetti software per l.analisi e l'elaborazione dei segnali è diventato un elemento fondamentale delle competenze richieste nel mondo ICT (Information and Communications Technologies). Il volume presenta l'analisi e le proprietà dei segnali analogici e digitali attraverso lo studio dell'analisi di Fourier, che viene applicata ai segnali periodici e aperiodici, determinati e aleatori, e, per i principi basilari, allo studio dei sistemi lineari stazionari monodimensionali. La prima parte del testo è riservata ai segnali determinati, inclusi alcuni cenni all.elaborazione numerica dei segnali (filtri digitali, Fast Fourier Transform, elaborazione multirate), mentre i capitoli conclusivi sono dedicati allo studio dei segnali (processi) aleatori, per affrontare il quale vengono richiamati preliminarmente i concetti fondamentali della teoria della probabilità.

Il volume tratta alcuni fra i temi più importanti della ricerca operativa, traendo spunti da alcuni problemi reali di carattere gestionale e cercando di dare al lettore un metodo di modellizzazione e di risoluzione, così da fornire quella professionalità che poi permetterà di risolvere casi reali abbastanza complessi. A questo riguardo la programmazione lineare e la programmazione lineare intera svolgono nel testo un ruolo centrale, come "utensili" principali del processo risolutivo. I problemi proposti, inizialmente presentati in forma semplice sono poi modellati in modo sempre più complesso. Gli strumenti analitici e informatici per progettare e risolvere i modelli vengono spiegati facendo riferimento ai problemi stessi.