SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI I

SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE
INFORMAZIONI
Prof. Andrea Borghesan
venus.unive.it/borg
[email protected]
Ricevimento:
martedì, 12.00-13.00. Dip. Di Matematica
Modalità esame: scritto + tesina facoltativa
1
Visione d’insieme
 Foto disaggregata di un computer
 Spiegazione ulteriore delle diverse parti
2
Riepilogando
 Scheda madre (Motherboard): CPU (central processing unit)
+ Memoria RAM + BIOS (Basic Input/Output System) +
Chipset + Slot di espansione
 Microprocessore o CPU:
unità centrale di elaborazione  unità di controllo (UC)
 unità aritmetica (ALU)
 Bus
 Memoria:
3
ROM (Read Only Memory)
RAM (Random Access Memory)
Motherboard
 E’ la scheda principale presente all’interno del case ed è collegata
a tutte le componenti del sistema
 Per collegare i vari componenti alla scheda vengono utilizzati i
socket e gli slot:
- Socket serve a collegare il microprocessore alla mainboard
- Slot servono per connettere alla mainboard componenti come
schede di rete, RAM, scheda grafica, modem interno, ecc
 All’interno della motherboard sono inoltre presenti i chipset:
circuiteria che gestisce il flusso di dati tra le varie componenti del
sistema
4
La memoria
Serve come supporto alla cpu, deve fornire dati e istruzioni
il più rapidamente possibile.
Inoltre ha la funzione di archivio, garantendone la
reperibilità per un lungo periodo di tempo.
Vi sono vari tipi di memoria, comunemente si distingue tra:
 memoria volatile
(Ram)
 memoria non volatile (Rom, Flash, chiavette usb…)
5
La memoria
Le principali tipologie di accesso alle celle di
memoria sono:
- Sequenziale: le celle sono posizionate in successione,
perciò l’accesso ad un dato comporta la lettura di tutti i
dati che lo precedono (es. nastri magnetici)
- Casuale: l’accesso ad una cella non richiede la lettura delle
precedenti , perciò il tempo di accesso è indipendente
dalla posizione del dato nella memoria ed è quindi
costante per tutte le celle (es. RAM)
6
La “memoria centrale”:
Random Access Memory
Memorizza:
 Le istruzioni che costituiscono i programmi
 I dati dei programmi in esecuzione
 Viene cancellata ogni volta che si spegne il
computer
7
La “memoria centrale”:
Random Access Memory
Struttura della memoria:
 I bit di informazioni sono raggruppati in celle (o registri)
 Tutte le celle sono formate dallo stesso numero di bit
 Ogni cella ha un indirizzo che serve per accedere
all’informazione contenuta nella cella
 La cella è l’unità indirizzabile più piccola
 Nella memoria si possono eseguire operazioni di lettura
e scrittura
8
La “memoria centrale”:
Random Access Memory
Le prestazioni della memoria vengono valutate sulla base
dei seguenti parametri:
 Tempo di accesso: intervallo temporale tra il momento in
cui la CPU richiede di accedere alla memoria e l’istante in
cui quest’ultima mette a disposizione il dato
 Ciclo di memoria: somma al tempo di accesso l’intervallo
temporale necessario per iniziare un successivo accesso
alla memoria
 Velocità di trasferimento: quantità di dati trasferiti
nell’unità di tempo da/verso la memoria
9
La “memoria centrale” e il ciclo
macchina
10
Il “ciclo macchina” (detto anche “ciclo di fetchdecode-execute”) consiste nell’utilizzo dei dati della
memoria
La Cpu esegue le istruzioni di un programma una alla volta
in sequenza, estrae le istruzioni dalla memoria, le
interpreta e infine le esegue
Le fasi del ciclo sembrano contemporanee ma in realtà
vengono effettuate in sequenza, seppur ad alta velocità
E’ necessario il completamento di ciascuna fase e la
conclusione dell’intero ciclo; in caso contrario si ha un
crash di sistema
La “memoria centrale” e il ciclo
macchina
La sequenza di istruzioni per estrarre le informazioni è ben
definita ed è la seguente:
Fetch Istruzione
Decode Istruzione
Fetch Dati
Execute Istruzione
Restituzione Risultato
11
La memoria CACHE 1/4
12
Lo scambio dei dati tra memoria e processore rappresenta
un limite degli elaboratori. Il limite è duplice:
 Limite architetturale, si accede ad una informazione
alla volta
 Limite tecnologico, la velocità di elaborazione della
cpu è di gran lunga superiore alla velocità con cui la cpu
ottiene le informazioni
Soluzioni:
 Allargamento del bus al fine di estrarre più
dati/istruzioni per volta
 Introduzione della memoria cache
La memoria CACHE 2/4
La memoria cache è una piccola RAM molto veloce, interposta
tra la Cpu e la memoria principale al fine di velocizzare le
prestazioni del sistema
In sostanza quando dei dati vengono richieste, i dati vicini a
quelli richiesti vengono trasferiti dalla memoria centrale alla
piccola e velocissima cache, così facendo anche i dati successivi
a quelli richiesti sono accessibili più velocemente
RAM
cache
Bus
13
La memoria CACHE 3/4
Il principio della località.
 Località spaziale: quando si accede all’indirizzo A, è
molto probabile che gli accessi successivi richiedano celle
vicine ad A
 Località temporale: quando si accede all’indirizzo A, è
molto probabile che gli accessi richiedano di nuovo la
cella A
14
La memoria CACHE 4/4
I computer attuali hanno tutti uno o più livelli di cache
Una miglioria è stata collegare la memoria cache
direttamente alla Cpu, così facendo i dati non passano
attraverso il bus
RAM
Bus
CPU
15
cache
Altre memorie
R. O. M. (Read Only Memory):
- Memoria di sola lettura
- I dati contenuti vengono memorizzati in modo
permanente (non volatile)
- Al suo interno si trovano una serie di funzioni
fondamentali per l’inizializzazione dell’elaboratore
BIOS
16
Altre memorie
FLASH: utilizzata per memorizzare i dati nei dispositivi
portatili e per trasferire i dati fra sistemi diversi (usb, piccole
memorie per palmari e cellulari)
 Caratteristiche principali:
- sono permanenti
- riscrivibili
- tempi di accesso superiori rispetto a altri tipi di memorie
 Rispetto ad altre tipologie di memorie, si caratterizzano per:
maggiore affidabilità, maggiore portabilità, minor consumo
17
Altri componenti
B.I.O.S. (Basic Input Output System): è il software presente
nella scheda madre, che agisce da interfaccia tra HW ed
il sistema operativo
Offre al sistema le caratteristiche operative di base: la
macchina controlla la memoria, le periferiche e rileva
eventuali errori
Esegue le fasi iniziali di caricamento in memoria del
sistema operativo attraverso la fase di Bootstrap
18
Memorie secondarie o di massa
Le memorie secondarie o di massa sono utilizzate per
memorizzare grandi quantità di informazioni in modo
permanente.
Caratteristiche principali:
 non sono volatili
 Mantengono inalterati i dati per lunghi periodi di
tempo
Tali memorie si caratterizzano inoltre per 2 elementi:
 Il supporto di memorizzazione (hd, cd, dvd)
 Il drive (il dispositivo per funzionare/memorizzare)
19
Memorie secondarie o di massa
ATTENZIONE!!!
Da non confondere i Drive con i Driver:
- Drive, sta ad indicare il dispositivo per leggere i dati
memorizzati su memorie di massa (lettore cd/dvd, lettore
floppy)
- Driver, programmi software finalizzati alla gestione delle
periferiche; appartengono al sistema operativo anche se
spesso sono realizzati e forniti dai produttori delle
periferiche; ogni periferica ha il proprio driver
(stampante, scanner, ecc)
20
Gerarchia di memorie
Dimensioni
CPU
Registri
Velocità
Costo/bit
min
max
max
max
min
min
Cache
Memoria centrale
Dischi magnetici / ottici
Nastri magnetici
21
Legge di Moore (1965)
“Il numero di transistor per cm2
raddoppia ogni 18 mesi”
Ovvero aumenta circa il 60% ogni anno.
22