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L’hardware
Laboratorio di Informatica
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Scopo della lezione
• Descrivere i componenti hardware del
calcolatore e il suo funzionamento
secondo il modello di macchina di Von
Neumann
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Premessa - Unità di misura
• Lo spazio (di memoria) si misura in
– Bit [b] unita` fondamentale di memorizzazione
• Vale 0 o 1
– Byte [B] insieme di 8 bit
• Il tempo si misura in secondi [s]
• La frequenza (del clock) si misura in Hertz [Hz]
• L’ampiezza di banda (di trasmissione) si misura
in bits/s [b/s]
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Premessa – bit e numero di livelli
codificabili
• Avendo a disposizione 2 bit, posso
codificare 4 livelli diversi: 00, 01, 10, 11,
cioè 22 livelli.
• Avendo a disposizione 3 bit, posso
codificare 8 livelli diversi: 000, 001, 010,
011, 100, 101, 110, 111 cioè 23 livelli.
• Avendo a disposizione N bit, posso
codificare 2N livelli diversi.
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Premessa - Prefissi
T
Att.ne!
Tera
migliaia di
miliardi
240 = 1099511627776
G Giga
miliardi
230 = 1073741824
M
Mega
milioni
220 = 1048576
K
Kilo
migliaia
210 = 1024
1Kilobit ≠ 1Kilobyte!!!
8Kilobit = 1Kilobyte.
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Premessa: perché il digitale?
0.1234
Analogico
[1 0 1 1]
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Premessa: perché il digitale?
La trasmissione, la misura di dati, sono processi rumorosi… Es. influenza
della corrente a 50Hz.
0.1321 ≠ 0.1234
Analogico
[1 0 1 1]
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Componenti hardware
• Un calcolatore e` costituito da 3
componenti hardware principali
– il processore
– la memoria
– le periferiche
• Interconnesse attraverso il bus
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La scheda madre
• La piattaforma su cui sono montate alcune
componenti del PC (processore, memorie,
modem interno, bus di sistema) è detta scheda
madre (mother board)
• Contiene
– slot liberi per l’aggiunta di memoria supplementare o
di co-processori
• scheda video
– alcune prese (chiamate porte) per il collegamento di
periferiche esterne
• schermo, tastiera, modem esterno
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La scheda madre
bus di sistema
memoria
processore
interfaccia alle periferiche
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Componenti hw del computer
Periferiche
Monitor
Tastiera Mouse
Memorie
di massa
Memoria CPU
centrale
BUS
Input
Output
Input/Output (I/O)
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Il processore
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Il processore
• Il processore, o CPU -Central
Processing Unit- è l’unità di
elaborazione centrale del computer
• Controlla le funzioni del computer,
esegue le operazioni aritmetico-logiche
ed elabora i dati
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Il processore
• E` composto da
– datapath: un insieme di circuiti in grado di
operare e manipolare i dati
– controller: un insieme di circuiti in grado di
interpretare un programma e fare eseguire
alle altre componenti del calcolatore le
istruzioni del programma
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Il processore
• Una volta: componenti discreti…
• … Oggi si parla di microprocessore
costituito da circuiti integrati
– VLSI, Very Large scale Integration
• milioni di elementi tra loro collegati contenuti in
una superficie quasi microscopica
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Il processore
• I circuiti logici che compongono una CPU
sono costituiti da milioni di transistor
(microscopici interruttori acceso/spento)
collegati tra loro da sottilissimi fili
• I circuiti vengono “stampati” su una sottile
lamina di silicio
• Il chip che corrisponde a una CPU ha una
superficie dell’ordine di una decina di
mm2
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Il processore - Legge di Moore
Gordon Moore, co-fondatore di Intel, 1965
Il numero di transistor inseribili in un circuito integrato
raddoppia ogni 18 mesi
(Fonte:http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm)
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Il processore
• Ogni modello di microprocessore è in grado
di riconoscere solo programmi scritti nel
proprio linguaggio macchina
• Ogni modello di microprocessore, ha un
proprio linguaggio macchina, diverso da
quello di altri processori
• Il linguaggio macchina contiene tutte e sole le
istruzioni che possono essere eseguite
direttamente dal microprocessore
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Il processore
• Ogni istruzione del linguaggio macchina
viene eseguita dal microprocessore
svolgendo una serie di operazioni
elementari
• Il numero di operazioni elementari
necessario per completare l’esecuzione di
un’istruzione in linguaggio macchina è
dell’ordine di 7-10
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Il processore - Clock
• Il tempo richiesto dal microprocessore per
svolgere un’operazione elementare e` detto
ciclo di clock
– la durata tipica oggi giorno e` inferiore al nanos
• Il numero di cicli di clock nell’unita` di tempo, o
frequenza di clock, si misura in GHz
–
–
–
–
Xeon 3 GHz
Pentium 4 2.2 GHz
Athlon 1.6 GHz
PowerPC G5 2 GHz
• E` uno dei parametri caratteristici di un
processore
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Il processore - Clock
• Dati due processori con lo stesso linguaggio
macchina, risulterà più veloce quello con
frequenza di clock maggiore
• Non è possibile dire nulla su processori con
linguaggi macchina diversi
– Es. Pentium vs PowerPC
• Altri fattori contribuiscono alle prestazioni di un
processore
– memoria, bus, cache, natura dei programmi
eseguiti
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Il processore - Clock (esempio)
Computer A
• 500 MHz
• 10 operazioni
elementari per
istruzione
Computer B
• 400 MHz
• 6 operazioni
elementari per
istruzione
devono eseguire un programma
di 100M istruzioni macchina
A impiegherà 2s
B impiegherà 1,5s
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Confronto tra diversi processori benchmark
• Per confrontare tra di lori diversi
processori si usano dei benchmark;
• Nei diversi compiti (calcolo, word
processor, grafica, …) un processore può
risultare più o meno veloce di un altro.
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Il processore - Esecuzione
• L’esecuzione di un programma richiede
– caricamento del programma dal disco alla
memoria centrale
• codice macchina, pronto per l’esecuzione
– per ogni istruzione del programma,
esecuzione di tre tipi di operazioni
• fetch
• decode
• execute
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Il processore - Esecuzione
• Fetch
– il processore preleva dalla memoria l’istruzione
da eseguire e la carica al suo interno
• Decode
– il processore decodifica l’istruzione da
eseguire
• Execute
– il processore esegue le operazioni
corrispondenti all’istruzione
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Il processore - Registri
• Sono la memoria interna al processore
• Usati come “appoggio” durante
l’esecuzione delle istruzioni per trasferire i
dati dalla/alla memoria, per salvare i
risultati parziali delle operazioni
artimetico/logiche
• Sono solitamente poche decine (32-64)
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Il processore - Registri
bus di sistema
memoria
processore
registro
registro
registro
registro
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Il processore - Piu` d’uno
• A seconda del tipo di uso che si fa del
computer, per migliorarne le prestazioni
si possono aggiungere dei coprocessori
– processori specializzati nell’esecuzione di
compiti specifici che operano sotto il
controllo della CPU
• gestione dello schermo, calcolo scientifico,
crittografia
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memoria
co-processore
bus di sistema
processore
registro
registro
registro
registro
co-processore
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• Il miglioramento con un co-processore e` legato
ad una particolare funzionalita`
• Si possono costruire sistemi con più CPU che
operano in modo simultaneo e indipendente, e
condividono le altre risorse del computer
– il sistema operativo coordina l’accesso alle risorse
• In questo caso si parla di sistemi paralleli, o
multi-processore, o ancora di elaboratori
vettoriali
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processore
bus di sistema
memoria
registro
registro
registro
processore
registro
registro
registro
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Periferiche
Monitor
Tastiera Mouse
Memorie
di massa
Memoria CPU
centrale
BUS
Input
Output
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Input/Output (I/O)
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La memoria centrale
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La memoria centrale
• Svolge funzioni di immagazzinamento delle informazioni
sulle quali opera il processore
– dati e programmi
• L’unità di informazione minima è il bit (binary digit)
– può essere considerato come una casella in cui è possibile
scrivere il simbolo 0 oppure il simbolo 1 (e solo quelli)
• La sua capacita` si misura nel numero di byte che
contiene complessivamente
– 256 MB memorizzano 268 435 456 caratteri
• circa l’equivalente di otto enciclopedie da dieci volumi
– Capacità tipica odierna: 2GB.
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• Nella memoria centrale sono
caricati il sistema operativo e i
programmi e i dati, che
diversamente risiedono sul
disco
– il sistema operativo viene
copiato in una zona ad esso
riservata della memoria
centrale all’avvio del computer
e lì rimane fino a quando verrà
spento il computer
– dati e programmi sono caricati
di volta in volta nello spazio
restante e scaricati sul disco
quando non sono piu` in uso
Memoria Centrale
La memoria centrale
Zona riservata al
sistema operativo
Programmi
applicativi e dati
Area libera
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La memoria - Bit e codifica
• Con 1 solo bit si possono rappresentare due
elementi diversi
– si assegna al primo elemento la codifica 0 e al
secondo la codifica 1
• Con 2 bit si possono rappresentare 4 elementi
diversi
– 00, 01, 10, 11
• Con 3 bit, si possono rappresentare 8 elementi
diversi
• Con n bit si possono rappresentare 2n elementi
diversi
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La memoria - Byte
• Una sequenza di 8 bit è detta byte, ed è
diventata un’unità di misura della disponibilità di
memoria
– spesso e` anche la minima unita` di memoria
trasferibile tra la memoria e la CPU
• Permette di rappresentare i caratteri stampabili
(le lettere dell’alfabeto, le cifre, i simboli della
punteggiatura, …, per un totale compreso tra 90
e 120) usando una sequenza di 7+1 bit
– un bit di controllo e 7 per la codifica
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La memoria - Word
• Una word (o parola) e` un insieme di bit
accessibili simultaneamente dalla CPU
• Una CPU viene spesso identificata attraverso la
lunghezza della parola che contiene gli indirizzi
di memoria che la CPU e` in grado di usare
– microprocessore a 16, 32, 64 bit
• La dimensione comune di una word e` 32 bit
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La memoria - Bit, byte, word
1
BIT
1
0
0
1
0
1
1
1
BYTE
10010111100101111001011110010111
WORD
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La memoria - Le celle
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La memoria - Le celle
• Ogni cella di memoria contiene un byte ed e`
contraddistinta da un indirizzo
– l’unita` minima indirizzabile puo` anche essere la
word
• Volendo scrivere o leggere un dato nella/dalla
memoria il processore deve sempre specificare
l’indirizzo della cella alla quale vuole accedere
word
Indirizzo
byte1
byte2
byte3
byte4
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La memoria - Proprietà
• Velocità
• di accesso
• tempo impiegato dal processore per accedere ad
uno specificato indirizzo
• di trasferimento
• quantità di dati trasferita in una unità di tempo
• anche chiamata ampiezza di banda, e si misura in
bit/sec
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• Capienza
– quantità di byte che può contenere
• Costo
– misurato in euro per byte
• Modalità di accesso
– in lettura
• la possibilità di reperire le informazioni memorizzate
– in scrittura
• la possibilità di modificare le informazioni memorizzate
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• Volatilità
– la possibilità di mantenere/perdere il proprio
contenuto anche in assenza di alimentazione
elettrica
• le memorie volatili perdono il contenuto in
assenza di alimentazione elettrica
• le memorie permenenti lo mantengono
– non in eterno, ma per un tempo che dipende dal tipo di
dispositivo: decenni o più
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La memoria volatile
• Perde il suo contenuto se non viene alimentata
elettricamente
• Genericamente indicata con il termine RAM,
Random Access Memory, perché il tempo di
accesso ad una cella di memoria non dipende
dalla sua posizione fisica
– e` lo stesso per tutte le celle
• La memoria centrale, le cache e i registri del
processore sono memorie volatili
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La memoria permanente
• Memorie di sola lettura, ROM, Read Only
Memory
– il contenuto, una volta immagazzinato, è inalterabile
• Memorie di lettura e scrittura
– i contenuti possono essere letti e anche cambiati nel
tempo (FlashROM)
• Tipicamente contiene informazioni utilizzate per
eseguire particolari funzioni, come l’avvio del
computer (BIOS)
• Ha bassi consumi energetici
– adatta per PDA, riproduttori MP3
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La memoria - Gerarchia
• Esiste una dipendenza inversa tra costo di
realizzazione e velocità di una memoria
• Per questo motivo la memoria di un computer è
distribuita su dispositivi hw diversi, organizzati in
una gerarchia di memorie
– ai livelli più alti della gerarchia di memorie ci sono le
memorie più veloci, piu` piccole, più costose
• registri e cache
– ai livelli più bassi ci sono quelle piu` lente, più
capienti, piu` economiche
• CD, DVD, dat, zip
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La memoria - gerarchia
• I dati che servono dovrebbero risiedere nella
memoria di alto livello (piccola ma veloce da
leggere);
• I dati che non vengono utilizzati dovrebbero
essere nella memoria di basso livello.
• Si utilizzano i principi di località spaziale e
temporale per garantire che nella memoria di
alto livello vi siano dati “interessanti”.
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• Se voglio prepararmi un piatto di spaghetti guardo se ne
ho nella dispensa; se non ne trovo lì allora devo andare
dal panettiere sotto casa perdendo un po’ di tempo in
più; se non ne trovo neanche lì devo andare al
supermercato, dove perderò ancora più tempo
• Analogamente, quando il processore ha bisogno di un
dato, prima guarda se è presente nella sua memoria
interna; se non lo trova lì lo va cercare nella memoria
centrale un po’ più lenta, se non c’è neanche lì, lo va a
cercare sul disco fisso che ha tempi di accesso e
trasferimento superiori
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Registri
Cache I livello
Cache II livello
Memoria centrale
Hard disk
Supporti
magnetici e ottici
Lettore
floppy,
cd, ...
Hard
disk
processore
bus di sistema
•
•
•
•
•
•
registro
registro
registro
Cache I liv.
Cache
II liv.
registro
Memoria centrale
Interfaccia
alle periferiche
Scheda madre
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Dimensione
Accesso
(frequenza) (tempo)
Registri
< 1KB
~ 1 GHz
< 1 ns
Cache I liv.
~ 10 KB
~ 1 GHz
< 1 ns
Cache II liv. 256/512 KB
Memoria
1 GB
~ 1 GHz
< 1 ns
~ 100 MHz ~ 10 ns
Hard disk
~ 200 GB
~ 1 KHz
~ 1 ms
Supporti
a piacere
~ 100 Hz
~ 10 ms
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• Al vertice della gerarchia ci sono i registri
della CPU
• Ognuno di essi può contenere una parola
• La capacita` complessiva e` inferiore a 1
KB
• Sono molto veloci ma anche molto costosi
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• Al secondo livello e` la cache, una memoria
RAM piu` veloce di quella centrale
• Utilizzata come “magazzino” a metà strada tra la
memoria centrale e il processore
• Contiene informazioni che il sistema operativo di
volta in volta ritiene più urgenti e utili
– dati/programmi a cui si accede spesso
• La cache di I livello (L1) e` integrata nel
processore, quella di II livello (L2) risiede su un
chip a parte
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Registri
Cache I livello
Cache II livello
Memoria centrale
Hard disk
Supporti
magnetici e ottici
Lettore
floppy,
cd, ...
Hard
disk
processore
bus di sistema
•
•
•
•
•
•
registro
registro
registro
Cache I liv.
Cache
II liv.
registro
Memoria centrale
Interfaccia
alle periferiche
Scheda madre
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• La memoria centrale e` il livello sotto le cache nella
gerarchia
• Vi vengono caricati i dati e i programmi per essere
eseguiti
– quando il computer è spento tutte le informazioni risiedono sul
disco fisso e sulle ROM
– quando lo si accende, per primo viene caricato il sistema
operativo insieme alle informazioni necessarie al suo
funzionamento, poi i programmi che l’utente esegue e i relativi
dati
• E` condivisa tra tutti i programmi in esecuzione
simultaneamente
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• Supporti magnetici
– Hard disk, floppy, zip
– Scrittura e lettura
– Bassa velocità di
accesso
– Basso costo
– (in alcuni casi)
portabilità
– Alti consumi energetici
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• Supporti ottici
– CD-ROM, DVD
– Bassa velocità di
accesso
– Write once, read many
– Basso costo
– Portabilità
– Alti consumi energetici
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Registri
Cache I livello
Cache II livello
Memoria centrale
Hard disk
Supporti
magnetici e ottici
Lettore
floppy,
cd, ...
Hard
disk
processore
bus di sistema
•
•
•
•
•
•
registro
registro
registro
Cache I liv.
Cache
II liv.
registro
Memoria centrale
Interfaccia
alle periferiche
Scheda madre
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Periferiche
Monitor
Tastiera Mouse
Memorie
di massa
Memoria CPU
centrale
BUS
Input
Output
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Input/Output (I/O)
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Il bus
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Il bus
• E` il canale fisico che mette in
comunicazione le varie componenti del
calcolatore
• E` composto da un insieme di fili
• In ogni istante, su ogni filo, passa un bit
• Se il bus è formato da n fili, può trasferire n
bit contemporaneamente
– l’ampiezza del bus influenza la velocità del
computer
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Il bus
• Periferiche diverse possono usare tipi di bus
diversi, a seconda della velocità di trasmissione
dati richiesta
• La memoria centrale ha bisogno di un canale
molto più veloce rispetto alle periferiche
• Oltre al bus di sistema, i PC di oggi sono forniti
anche di un insieme di bus locali che collegano
le periferiche alla CPU
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Il bus
• In un dato istante, sul bus puo` passare
– un dato in trasferimento tra CPU e memoria o tra
CPU e una periferica
– un indirizzo che identifica una posizione nella
memoria alla quale la CPU deve leggere o scrivere
– un segnale di controllo, come la selezione dell’unità
coinvolta nel trasferimento dati (sorgente e
destinatario) o la definizione della direzione dello
scambio (lettura o scrittura)
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Periferiche
Monitor
Tastiera Mouse
Memorie
di massa
Memoria CPU
centrale
BUS
Input
Output
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Input/Output (I/O)
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Periferiche
• Ogni periferica e` costituita da 3
componenti
– device
• dispositivo fisico
– controller
• componente elettronica di controllo
– device driver
• componente software che deve essere
installata in memoria per il corretto
funzionamento del dispositivo
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Periferiche - Il controller
• Il controller è realizzato su un circuito
stampato
– puo` essere piu` o meno intelligente a
seconda della periferica che controlla
• Riceve gli ordini dal processore e li
impartisce al dispositivo fisico
– cosa fare (leggere/scrivere), dove, quanto
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Periferiche - Il driver
• Il driver è il programma che gestisce la
periferica
• Viene consegnato insieme alla periferica
(di solito memorizzato su un CD-ROM) e
deve essere installato in memoria
– e` parte del software di sistema
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Periferiche - Porte
• Le periferiche sono collegate fisicamente al computer
attraverso opportune porte (prese)
• La modalità di collegamento può essere
– seriale
• trasferisce un bit alla volta
• serve per il modem o alcuni tipi di stampante che non
richiedono una elevata velocità di trasmissione
• i cavi possono avere lunghezza anche di 300 m
– parallela
• trasferisce n bit alla volta
• per stampanti e alcuni dispositivi di memoria di massa
• la lunghezza massima consentita ai cavi è di 30 m
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Periferiche - Tipi di Porte
• SCSI (Small Computer Standard Interface)
– permettono di collegare più componenti alla
stessa porta
– garantiscono una elevata velocità di
trasmissione
– utilizzate per disco fisso, lettore CD-ROM,
scanner
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• USB (Universal Serial Bus)
– trasmissione molto più veloce rispetto alla seriale
• USB 2.0 fino a 480 Mb/s, USB 1.1 fino a 12 Mb/s
– utilizzano cavi sottili facilitando così i collegamenti
– permettono il collegamento in serie di dispositivi
diversi (fino a 127 dispositivi)
– distribuiscono la corrente
• dispositivi a basso consumo non necessitano di fili di
alimentazione
– permettono di aggiungere e rimuovere dispositivi a
computer acceso (hot plugging)
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• FireWire
– stesse caratteristiche di base delle USB
– più veloci delle USB
• FireWire 400 fino a 400Mb/s e cavi fino a 4.5 m
• FireWire 800 fino a 800Mb/s e cavi fino a 100m (se
in fibra ottica)
– più costose
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• Wi-Fi (IEEE 802.11)
– collegamento wireless in crescente
sviluppo
– lo scambio di dati avviene in assenza di fili
via radio
– sostituisce la connessione alla rete locale
via cavo
– banda tra 10 Mb/s (802.11b) e 54 Mb/s
(802.11g)
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• Infrarossi
– lo scambio di dati avviene in assenza di fili
attraverso un raggio infrarosso emesso dall’unità
– la traiettoria del raggio è una retta e quindi le porte
dei dispositivi devono essere perfettamente
allineate
– il raggio infrarosso non può essere interrotto,
quindi non ci devono essere ostacoli tra le due
porte
– usato solitamente per collegare un computer alla
stampante in ufficio o ad un terminale portatile tipo
telefono cellulare o PDA
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Periferiche - Memorie di massa
• Dischi magnetici, CD, DVD, “chiavi” USB, zip
– dispositivi di Input e Output
• Memorizzano grandi quantita` di dati in modo
permanente
• La potenza si misura nel numero di byte che
contengono complessivamente
– un hard disk da 60 GB memorizza 64 424 509 440
caratteri
• circa l ’equivalente di 1900 enciclopedie da dieci volumi
• Caratterizzabili dal tipo di accesso
– sequenziale o casuale
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Periferiche - Memorie di massa
Capacità
Rimovibile
Scrivibile
Prezzo
Floppy
1.4 MB
SI
SI
15 E
Zip
250 MB
SI
SI
200 E
HD
60 GB
NO
SI
180 E
CD
600 MB
SI
NO
50 E
6 GB
SI
NO
90 E
DVD
NB Il prezzo e` riferito alla periferica
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Periferiche - Il disco fisso
• Disco rigido o hard disk
• Supporto di tipo magnetico con capienza (oggi) di
centinaia di GigaByte
• Posizionato all’interno dello chassis
• Consiste di una pila di dischi magnetici rigidi (di tipo
Winchester) fissati su un perno rotante, racchiusa in
un contenitore a tenuta d’aria
– protezione dalla polvere
• Le informazioni vengono memorizzate sui due lati di
ciascun disco
• Un insieme di testine, una per ogni disco, legge e
scrive i dati muovendosi avanti e indietro radialmente
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• Suddiviso in tracce (concentriche) e settori (porzioni
interne ad una traccia)
• Ruota a velocità costante
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• Accesso casuale
• Per eseguire un’operazione di lettura (o
scrittura), la testina
– riceve l’indirizzo al quale leggere (scrivere),
costituito dal numero di traccia e di settore, e la
quantità i byte da trasferire
– si muove posizionandosi sulla traccia specificata
nell’indirizzo
– aspetta che arrivi il settore specificato (il disco è in
rotazione)
– esegue l’operazione di lettura o scrittura
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• Quando il computer è acceso il disco fisso è sempre
in rotazione, per evitare perdita di tempo per
raggiungere la velocità di regime
– viene chiamato fisso perché non è estraibile
• Alcuni sistemi permettono all’utente di richiedere di
“spegnere” automaticamente il disco (cioè di farlo
fermare) quando non viene utilizzato
– questa possibilità di risparmio energetico è utile soprattutto
nei portatili quando sono utilizzati senza il filo di
alimentazione
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• L’organizzazione dei dati sul disco fisso è complessa dato
che i file possono cambiare dimensione a piacere
• I file sono gestiti come collezioni di settori (o blocchi)
memorizzati dove c’è spazio libero, anche non contiguo
• Il sistema operativo mantiene in un’area del disco fisso le
informazioni relative allo spazio libero e alla
“ricostruzione” di ciascun file, sparpagliato in zone diverse
del disco
• Sistemi operativi diversi hanno criteri diversi di gestione
del disco fisso
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• Se si fa un uso “intensivo” del disco, può
succedere che lo spazio disponibile sia ancora
molto, ma molto frammentato
• In questi casi è bene utilizzare un programma di
compattazione del disco, che sposta tutti i file in
aree contigue rendendo così disponibile un’area
di blocchi contigui
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Periferiche - I floppy disk
• Piccoli dischi magnetici estraibili, di limitate capacità
(1.44 MB in genere)
• Come i dischi rigidi, sono organizzati in tracce e settori su
entrambi i lati e utilizzano una testina come dispositivo di
lettura e scrittura
• Sono protetti da una custodia di plastica (in origine
flessibile, da cui l’aggettivo floppy)
• Per permetterne l’estrazione, il dischetto è fermo e viene
messo in rotazione solo quando c’è una richiesta di
accesso
• In via di estinzione, soppiantati da altri dispositivi molto
più capienti e ugualmente poco costosi
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Periferiche - I nastri magnetici
•
•
•
•
Basso costo
Grande capienza (ordine dei GigaByte)
Accesso sequenziale lento
Necessaria un’unità di lettura/scrittura diversa a
seconda del tipo di nastro
• Alcuni esempi:
– QIC (Quarter Inch Committee)
– DAT (Digital Audio Tape)
– DLT (Digital Linear Tape)
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Periferiche - I Compact Disc
• Dispositivi a lettura ottica di grandi capacità
(centinaia di Megabye)
• I primi CD erano di sola lettura, e venivano
dunque chiamati CD-ROM, oggi ne esistono
di riscrivibili (CD-RW)
– i CD-ROM sono utili per archiviare dati con la
garanzia che i dati non possono essere cancellati
• Le informazioni sono organizzate a spirale dal
centro verso il bordo esterno
• L’accesso casuale e` possibile ma lento
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Periferiche - I Compact Disc
• La memorizzazione dei dati avviene incidendo dei solchi
sulla superficie del disco (presenza del solco = 1,
assenza=0)
• La lettura avviene attraverso un raggio laser
• La velocità di trasferimento delle informazioni dipende
dalla velocità di rotazione del disco, che a sua volta
dipende soltanto dal dispositivo di lettura
– i dispositivi in commercio sono contrassegnati dalla sigla 2x, 4x,
…, 16x per indicare la velocità del dispositivo rispetto ai primi
messi in commercio
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Periferiche - I DVD
• Digital Versatile Disk
– capacità di memorizzazione molto aumentata
(ordine dei GigaByte) grazie alla densità di
scrittura più elevata
– data la differente densità di memorizzazione,
il dispositivo di lettura di DVD è diverso da
quello di CD
– il lettore di DVD è capace di leggere anche i
CD ma non viceversa
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Periferiche - Input
• I dispositivi di input acquisiscono dati
dall’esterno e li traducono in un formato
consono al calcolatore
– tastiera
– dispositivi di puntamento
– microfono
– scanner
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Periferiche - La Tastiera
• La tastiera è il dispositivo che permette
all’utente di digitare i comandi e inserire
dati
• La pressione del dito su ogni tasto genera
un segnale elettrico corrispondente al
tasto selezionato, che viene inviato al
processore
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Periferiche - Puntamento
• Permettono all’utente di selezionare le entità
grafiche presentate sullo schermo alle quali sono
associati dei comandi
– mouse
• meccanico
– mosso su una superficie rigida, lo spostamento del cursore sullo
schermo è basato sul movimento di una sfera di gomma posta
alla base del dispositivo, e solidale con due rotelle che rilevano
lo spostamento in direzioni ortogonali
• ottico
– alla base del dispositivo sono presenti una sorgente luminosa
(LED, light emitting diode) e un fotorilevatore che trasforma in
indicazioni di movimento le interruzioni del fascio dovute al
movimento del dispositivo sulla superficie di appoggio
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Periferiche - Puntamento
– touchpad
• piccola superficie sulla quale una matrice di
sensori identifica il movimento del polpastrello
– trackball
• il meccanismo di funzionamento è lo stesso del
mouse, ma la mano dell’operatore muove
direttamente la sfera che indica il movimento
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Periferiche - Uscita
• I dispositivi di output acquisiscono dati dal
computer in un formato di rappresentazione
interno e li traducono in un formato adeguato
all’uomo per trasferirli all’esterno
– schermo
– stampante
– casse audio
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Periferiche - Lo schermo
• Presenta i risultati delle elaborazioni
• È costituito da una griglia di piccole celle, dette pixel
(picture element)
• Ogni pixel è caratterizzato da un indirizzo, ed ha
associate informazioni riguardo al colore
dell’immagine di cui fa parte
– come un ricamo a punto croce
• Data la grande mole di dati da elaborare dovuta al
numero di pixel e alla presenza del colore, ormai tutti
i PC sono forniti di una scheda grafica che gestisce lo
schermo
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Periferiche - Lo schermo
• Caratteristiche
– risoluzione
• numero di pixel (colonne x righe) che formano lo
schermo
– 640x480 (VGA, video graphics array), 800x600 (super
VGA), 1024x768
• determina la nitidezza dell’immagine, tanto
maggiore quanto maggiore e` il numero di pixel
– dimensione
• misurata in pollici (inch, 1” = 2,54 cm)
• dimensioni più diffuse: 15”, 17”, 19”
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Periferiche - Lo schermo CRT
• Cathode Ray Tube (Tubo a raggi catodici)
– stessa tecnologia degli schermi televisivi
– l’immagine da visualizzare è una matrice di bit, e il
valore corrispondente ad ogni bit viene convertito in un
comando al tubo a raggi catodici che solleciterà in
modo opportuno il pixel corrispondente
• nel caso di immagini a colori si tratta di matrici multiple
– erano i più diffusi per PC da tavolo
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Periferiche - Lo schermo CRT
• Ogni pixel è suddiviso in tre strisce (o punti) di
fosforo (una verde, una rossa, una blu)
• Il colore del pixel dipende dalla luminosità di
ciascuno dei tre elementi che lo compongono
• Il dot pitch è la dimensione delle strisce (o dei
punti), e determina la nitidezza dell’immagine
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Periferiche -Lo schermo CRT
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Periferiche - Lo schermo LCD
• Liquid Crystal Display (Schermo a cristalli liquidi)
– l’immagine viene creata da un insieme di dispositivi
diversi
– lo schermo è costituito da un pannello di cristalli
– un sottile strato di fosfori rossi, verdi e blu genera i
colori colpito dalla luce
– basso costo, consumo energetico ridotto, ristrettezza
del campo visivo
– Inizialmente diffusi per i portatili, sono ora comuni
anche per i computer da tavolo
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Periferiche - Lo schermo PDP
• Plasma Display Panel (Schermo al plasma)
– costituiti da due pannelli di vetro tra i quali si
trovano dei gas inerti che, colpiti da un raggio di
elettroni, generano raggi ultravioletti che a loro
volta stimolano i fosfori verdi rossi e blu
– per ora sono molto costosi, ma più leggeri e piatti
rispetto ai CRT, e sono destinati a soppiantare
questi ultimi
– visuale piu` ampia dei LCD
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Periferiche - Le stampanti
• Trasferiscono su carta i risultati delle
elaborazioni
• Le caratteristiche principali sono
– risoluzione
• punti (tipografici) per pollice (dpi = dots per inch)
– velocità di stampa
• pagine al minuto
– e` un parametro indicativo, perché il tempo di stampa dipende
anche dal tipo di documento (es: solo testo piuttosto che con
immagini)
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Periferiche - Le stampanti
• A getto di inchiostro
– le immagini sono costituite da punti di inchiostro spruzzati
dagli ugelli della testina
– basso costo, buona qualità di stampa, possibilità di stampa a
colori
• Stampanti laser
– la modalità di stampa è simile a quella delle fotocopiatrici:
l’inchiostro viene attirato da una superficie che è stata
caricata elettricamente da un raggio laser nelle zone
contenenti l’immagine, e viene poi trasferito sulla carta e
fissato mediante riscaldamento
– il fascio laser può essere anche molto sottile, permettendo
una ottima qualità di stampa
– richiedono manutenzione costante
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Periferiche - Special purpose
• Esistono molti altri dispositivi di I/O
specializzati per operazioni particolari
– lettore codice a barre
– strumenti per la misurazione di fenomeni fisici
• termometri, rilevatori della composizione dell’aria
– telecamere
– scanner
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Periferiche - Il modem
• Modulatore/Demodulatore
– permette di trasferire dati da un computer
ad un altro utilizzando la connessione
telefonica
• converte il segnale di tipo digitale generato dal
computer in uno analogico per la linea
telefonica (modulazione) e quello analogico in
ingresso dalla linea telefonica in uno digitale
per il computer (demodulazione)
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Periferiche - Il modem
• Il parametro principale per valutare le prestazioni
di un modem è la velocità di trasmissione,
misurata in Kb/s
• La velocità dei modem di oggi è di 33.6 Kb/s o
56 Kb/s
• I PC di oggi sono dotati di un modem interno
– un modem esterno si collegherebbe alla porta seriale
• Con un opportuno software applicativo è
possibile utilizzare il modem anche come
segreteria telefonica e fax
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