Parte I - Dipartimento di Ingegneria dell`Informazione

Parte I
Introduzione all’hardware di un calcolatore
1
Uomo………..
Eseguiamo una semplice somma
5+3=8
Leggere o ascoltare il testo dell’addizione (occhi o
orecchie)
Riconoscere nel segno + l’operazione di somma
Calcolare il risultato
cervello
Comunicare il risultato pronunciandolo o scrivendolo
(voce o mano)
2
………..Macchina
Un calcolatore può eseguire la stessa operazione
se dotato di:
un’unità che permette di comunicare il testo dell’addizione
un’unità operativa che esegue l’operazione
i procedimenti necessari per calcolare il risultato
un’unità che visualizza il risultato stesso
3
Informazione automatica = elaborazione automatica dei dati
Informatica
Informatica
Hardware
Hardware
Software
Software
insieme dei
componenti fisici
insieme dei
programmi che
consentono al
calcolatore
di operare e di
elaborare dati
4
…..parallelamente…..
Hardware
carrozzeria, motore, accessori
5
Schema di sovrapposizione
UTILIZZATORE
Software di base
Software di comunicazione
Hardware/Firmware
(componenti elettronici, collegamenti fisici, etc.)
Architettura di un
sistema di elaborazione
Software Applicativo
6
Cosa significa:
PUBBLICITA’
case: cabinet middle ATX
scheda madre: A7V sochet A via VT8364
ATA 100
CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz sochet A
ram: DIM PC133 256 MB
Floppy disk driver: 3.5” 1.44MB
Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA
100 307045
ventola raffreddamento hard disk
7
…..e ancora
DVD: 16x 40x ATAPI OEM
Monitor: 17” 1600x1200 77Hz dot pitch
0.21
scheda video: SK RADEON 64MB DDR-vivo
OEM
masterizzatore: IDE 12-10-32x OEM Plextor
scheda audio: sound blaster player OEM
8
Componenti hardware principali
Organizzazione hardware
standard
Dispositivi di input
–
mouse, tastiera
Dispositivi di output
Unità Centrale
– monitor, stampante
Memorie di massa
– dischi, nastri
Processore
Processore
(CPU)
(CPU)
Nello stesso contenitore
– processore (CPU)
Dispositivi
Dispositivi
didiinput
input
Memoria
Memoria
centrale
centrale
Dispositivi
Dispositivi
didioutput
output
• Interpreta e esegue le
istruzioni
– Memoria centrale
Memorie
Memorie
didimassa
massa
9
Central Processing Unit
CU
CU
ALU
ALU
REGISTRI
REGISTRI
CPU - il microprocessore, il sistema che provvede a far eseguire il processo di
elaborazione
•ALU - unità aritmetico-logica
•CU - unità di controllo di tutti i trasferimenti di informazioni fra memoria
centrale, ALU e unità di I/O
•Registri - locazioni di memoria “speciali”
10
…continua…
Schema architetturale semplificato di una CPU
11
…continua…
Schema architetturale semplificato di una CPU
12
Interazione tra CPU e memoria centrale
Instruction fetch
Registri a
16 bit
13
…continua…
Un indirizzo ‹—› un byte
14
…continua…
15
…continua…
16
…continua…
17
…continua…
Immediate operand fetch
18
…continua…
19
…continua…
Memory store
20
…continua…
21
…continua…
Schema semplificato di esecuzione di un programma
22
Schema generale di base
di un calcolatore
ALU
CPU
Memoria
centrale
CU
bus
controller
Memoria di massa
Dispositivi I/O
Cabinet
Dispositivi comunicazione
23
Prestazioni di un processore
•
•
•
•
•
Insieme delle istruzioni
Dimensione dei registri
Numero dei registri
Dimensione degli indirizzi
Frequenza di clock
24
Cosa significa:
PUBBLICITA’
case: cabinet middle ATX
scheda madre: A7V socket A via VT8364
ATA 100
CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz socket A
ram: DIM PC133 256 MB
Floppy disk driver: 3.5” 1.44MB
Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA
100 307045
ventola raffreddamento hard disk
25
Le Memorie
“Supporti” sui quali le
informazioni vengono
“fisicamente” memorizzate.
26
Tipi di Memoria
• Centrale
RAM
ROM
• Ausiliaria o di massa
Nastri magnetici
Dischi magnetici
Dischi ottici
Si distinguono
per:
•Velocità
•Costo per bit
•Tipo di
accesso
•Accesso a byte o
blocchi di byte
•Volatilità
• Transito
Buffer
Cache
27
Organizzazione
della Memoria Centrale
Bit = una cifra binaria
– valori: 0 o 1
Byte = 8 bit
La memoria principale è una lista di locazioni numerate,
ciascuna di un byte
Il numero di byte utilizzato per memorizzare un dato varia con il
tipo di dato
Unità di misura della memoria:
– Kilobyte: 1024 (=210) byte = 1 KB
– Megabyte:
220 byte = 1MB
– Gigabyte:
230 byte = 1GB
28
Schema semplificato
4 GB
232 celle
8 bit
256 00000000 00000000 00000001 00000000
00111100
10101110
01100100 •Indirizzo fisico: posizione all’interno della
memoria
01110100
•Contenuto: informazione fisicamente memorizzata all’interno
29
Tipi
RAM
– volatili e riscrivibili
– contengono i dati in corso di elaborazione e i programmi in
esecuzione
ROM
– non volatili
– utilizzate per disporre di dati e programmi in memoria
centrale all’accensione
30
Memorie di Transito
Buffer
– aree di memoria utilizzate nell’ambito di trasferimenti tra
dispositivi con velocità di trattamento delle informazioni
diverse tra loro
– si trovano in varie componenti, anche periferiche
Cache
– area di transito
– buffer particolare tra processore e memoria centrale
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Memorie di massa: tipi
Nastro magnetico
– utilizzato per backup
– informazione scritta in piste
– informazione divisa in blocchi
• il nastro viene accelerato e una volta giunto a velocità
opportuna inizia la scrittura/lettura di un blocco in un’unica
operazione. I gap permettono le fasi di accelerazione e
decelerazione
– accesso sequenziale all’informazione
32
…continua…
33
…..continua
Disco magnetico
– cilindri - tracce, settori (formattazione)
– informazione divisa in settori
• un braccio sul quale è montata una
testina di lettura/scrittura per ciascuna
superficie utile del disco si muove in
senso radiale. La rotazione del disco
permette il posizionamento sul settore.
I settori sono separati da gap.
– (accesso diretto all’informazione)
34
…..continua
35
…..continua
36
…continua…
37
– parametri di valutazione
•
•
•
•
•
•
tempo di posizionamento: cilindro
tempo di latenza: settore
tempo di trasmissione: blocco informazioni
tempo di accesso
capacità
velocità trasferimento dati (disco/unità centrale)
– hard disk, removable hard disk, floppy disk
38
…..continua
Disco ottico
–
–
–
–
tecnologia laser
alta densità di memorizzazione
maggiore affidabilità
CD, CD-ROM,DVD
» Lettori: numero x = velocità multipla di quella base
essendo la velocità base quella determinata dal
bit rate (=bit al secondo) necessario per la
riproduzione di brani musicali.
39
…..continua
40
Cosa significa:
PUBBLICITA’
case: cabinet middle ATX
scheda madre: A7V socket A via VT8364
ATA 100
CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz socket A
ram: DIM PC133 256 MB
Floppy disk driver: 3.5” 1.44MB
Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA
100 307045
ventola raffreddamento hard disk
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…..e ancora
DVD: 16x 40x ATAPI OEM
Monitor: 17” 1600x1200 77Hz dot pitch
0.21
scheda video: SK RADEON 64MB DDR-vivo
OEM
masterizzatore: IDE 12-10-32x OEM Plextor
scheda audio: sound blaster player OEM
42
Bus
• canali di comunicazione che
possono essere usati da più
interpreti
• permette ai dati di transitare
fra i diversi componenti
(schede, periferiche I/O...)
• ciascun bus ha un'ampiezza
che rappresenta il numero di
bit che possono essere inviati
contemporaneamente da un
componente all'altro.
43
…continua…
• Local bus
• I/O bus: ATbus, ISA, MCA, IEEE 1196,…, PCI
• (System bus)
Connessione ad alte prestazioni tra
scheda madre e schede di espansione
per superare i limiti ISA
44
45
Prestazioni dei bus
•
•
•
•
Parallelismo (dati nell’unità di tempo)
Clock
Arbitraggio
Gestione di interruzioni ed errori
46
La tastiera
Tasti alfanumerici
Tasti numerici
Tasti direzionali
Tasti funzionali
47
…..continua
Tasti speciali: tra cui
Enter: conferma l’esecuzione di un
comando
Ctrl, Alt: abbinati ad altri tasti hanno
funzionalità diverse secondo
l’applicazione
Print Scrn: stampa negli Appunti il
contenuto della videata
48
Dispositivi di puntamento su video
mouse
track ball
touch screen
track/ touch pad
49
Il Monitor
dimensione
– misura in pollici della diagonale
risoluzione
– numero pixel (dot per inch)
– dimensione pixel
– distanza tra pixel (dot pitch)
refresh
profondità colore
– ogni pixel è realizzato mediante la terna RGB
50
…continua…
CRT
51
…continua…
52
…continua…
LCD TFT
53
Le stampanti
velocità
– caratteri al secondo
– pagine al minuto
– linee al minuto
qualità
– punti per pollice
54
a impatto
– a margherita
– a testina rotante
– ad aghi
non ad impatto
– getto inchiostro
– laser
55
…continua…
meccanismo di stampa ad aghi
56
…continua…
meccanismo di stampa a getto di
inchiostro
57
…continua…
meccanismo di stampa laser
58
Tutto chiaro!
PUBBLICITA’
case: cabinet middle ATX
scheda madre: A7V socket A via VT8364 ATA 100
CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz socket A
ram: DIM PC133 256 MB
Floppy disk driver: 3.5” 1.44MB
Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA 100 307045
ventola raffreddamento hard disk
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…..o quasi
DVD: 16x 40x ATAPI OEM
scheda video: SK RADEON 64MB DDR-vivo
OEM
Monitor: 17” 1600x1200 77Hz dot pitch
0.21
masterizzatore: IDE 12-10-32x OEM Plextor
scheda audio: sound blaster player OEM
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Informatica
Informatica
Hardware
Hardware
Modulo
Modulo
Centrale
Centrale
Software
Software
Periferiche
Periferiche
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