Università degli Studi di Messina Cattedra di Chirurgia Generale Prof. Salvatore Gorgone. Informatica Hardware

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1 Università degli Studi di Messina Cattedra di Chirurgia Generale Prf. Salvatre Grgne Infrmatica Hardware

2 Sistema infrmatic Architettura (hardware) èl'insieme dei criteri di prgett in base ai quali è prgettat e realizzat un calclatre

3 Legge di Turing ( ) Tutti i cmputer sn equivalenti Quel che si può fare cn un cmputer si può fare cn qualsiasi altr cmputer Ogni linguaggi macchina deve cntenere tre funzini chiave: Sequenza di istruzini Cnfrnt tra valri Iterazine Egli descrisse nel 1936 una macchina capace di leggere una serie su una banda cmpsta dalle cifre 1 e 0. Questi uni e questi zeri descrivevan i passaggi necessari per rislvere un particlare prblema per svlgere un cert cmpit Far eseguire ad un cmputer un cmpit particlare era sltant una questine di suddivisine dell'istruzine in una serie di istruzini più semplici Alan Mathisn Turing era cnvint che si ptesse sviluppare un algritm per gni prblema e che si ptesse creare una macchina intelligente seguend gli schemi del cervell uman La macchina di Turing nn èaltr che l'diern cmputer

4 Funzinalità della Macchina di vn Neumann (mdell semplificat dei calclatri mderni) Jnh vn Neumann èstat il prgettista (dal 1945 al 1950) del prim elabratre nel quale i prgrammi ptevan essere memrizzati anziché cdificati attravers cavi ed interruttri Dimstrò che una macchina cn architettura binaria pteva eseguire in memria qualunque calcl rislubile

5 Il prcessre estrae le istruzini dalla memria e le esegue, le istruzini pssn cmprtare: perazini di maniplazine dei dati perazini di trasferiment dei dati I trasferimenti di dati tra elementi funzinali diversi avvengn mediante il bus sistema Le fasi di elabrazine si sussegun in md sincrn rispett ad un rlgi di sistema Durante gni intervall di temp l unità di cntrll stabilisce la funzine da svlgere L intera macchina pera in maniera sequenziale

6 Cmpnenti del Cmputer bus Prcessre p Eseguire i prgrammi in linguaggi macchina Memria principale RAM p Frnire la capacità di ricrdare le infrmazini Memria secndaria di massa p Mantenere tutti i prgrammi e i dati che pssn essere utilizzati dall elabratre Dispsitivi di input e di utput p Realizzare l interazine tra l um e la macchina cntrller Secnd le indicazini frnite riginariamente da vn Neumann

7 Prcessre Un prcessre è un circuit elettrnic frmat da alcuni milini di transistr che trvan pst in un spazi di qualche centimetr quadrat (chip) Il cst del materiale prim per cstruirl è irrisri, ma la tecnlgia necessaria deve essere supprtata da ingenti investimenti per la prgettazine dei micrcircuiti e per la realizzazine degli impianti di prduzine A causa di quest, esistn al mnd men di una decina di prduttri in grad di frnire i prcessri ai cstruttri di sistemi infrmatici. I più imprtanti prduttri sn ggi Intel e AMD

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9 Il chip èun circuit cmpst da più cmpnenti elettrnici, integrati mediante prcessi di miniaturizzazine in un unic invlucr (package) di ridtte dimensini vi piedini della CPU sn divisi in piedini di indirizz, di date di cntrll vi piedini della CPU sn in crrispndenza (tramite il BUS) cn quelli di memria e di unitàdi interfacciament

10 Cmpnenti fndamentali del Prcessre Unità di Cntrll Registri clck Prgram Cunter (PC) Registr Istruzini (RI) Registr di Stat (PS) Registri generali (8-16) Registr Indirizzi Memria (RIM) Registr Dati Memria (RDM) Registr di Cntrll (RC) Unità Aritmetic-Lgica cprcessre matematic

11 Unità di Cntrll, Clck L Unità di Cntrll cura l acquisizine (fetch) e la successiva interpretazine delle istruzini che si trvan in memria, reperisce i dati dall input e crdina il lavr della unità aritmetic-lgica frnend i segnali elettrici che attivan i diversi dispsitivi di memria di perazine (in definitiva l UC dirige e crdina l elabrazine dei dati) Questi segnali vengn frniti in sincrn per mezz del segnale di clck, generat da un rlgi intern della macchina (impulsi a distanza di temp cstante) Ad gni scatt del clck viene inviat un segnale; il temp che intercrre tra un segnale e l altr, dett perid cicl di clck, indica il temp massim di esecuzine di un perazine e serve a sincrnizzare fra di lr le varie parti del prcessre in md che tutte abbian terminat il lr cmpit prima di passare alla gestine dell istruzine successiva La sincrnizzazine è imprtantissima per il bun funzinament dell elabratre; si pensi a csa succederebbe se l elabratre tentasse di frnire in utput il cntenut di una zna di memria nn ancra scritta cmpletamente, ppure se l ALU andasse a smmare dati cntenuti in celle di memria nn ancra scritte nelle quali sn memrizzati dati vecchi

12 Registri, ALU I registri sn gli elementi di memria della CPU (cstituiti fisicamente da sequenze di celle di memria nelle quali si può leggere e scrivere) e vengn utilizzati per memrizzare in maniera tempranea istruzini e risultati parziali delle perazini, nnché infrmazini di cntrll; la lr funzine è equivalente a quella di una memria mlt velce Tra i registri ricrdiam il Prgram Cunter (che cntiene l indirizz di memria della prssima istruzine da eseguire), il Registr Istruzini (che cntiene l istruzine attualmente in esecuzine) ed il Registr di Stat (che cntiene infrmazini sui risultati delle perazini precedenti) L Unità Aritmetic-Lgica esegue le perazini aritmetiche (addizine, sttrazine, etc.) lgiche (cnfrnti, cmparazini, etc.) richieste È materialmente cstituita da un insieme di circuiti cmbinatri prgettati in md da supprtare le perazini aritmetiche (ciè la smma - istruzine add-, la sttrazine -istruzine sub- ed il cnfrnt -istruzini slt, beq e bne-) e le perazini lgiche (ciè le perazini di AND e OR - istruzini and e r)

13 Lettura e scrittura in memria Perché le perazini di lettura e scrittura in memria da parte del prcessre avvengan è necessari che questi due cmpnenti cmunichin tra lr attravers: Registr Indirizzi Memria (RIM MAR) mediante il quale il prcessre può specificare l indirizz della cella su cui vule perare Registr Dati Memria (RDM MDR) che cntiene l infrmazine letta dalla memria quella che deve essere scritta in memria Registr di Cntrll (RC) mediante il quale il prcessre specifica l perazine che deve essere eseguita e che, al termine dell perazine, segnala mediante cdici particlari eventuali errri che pssan essere avvenuti

14 Bus Le varie cmpnenti funzinali che frman un sistema di elabrazine sn cllegate fra lr dal bus di sistema stt il cntrll del prcessre (bus interni), ess ècstituit da una serie di cnnessini elementari lung le quali viene trasferita velcemente l infrmazine, che cllegan, su piste di rame (bus esterni) tracciate sulla scheda madre, l unità di elabrazine alla memria all interfaccia di una specifica periferica BUS DATI Il bus dati trasferisce infrmazini generiche in md bidirezinale; serve ad esempi a trasferire il cntenut di una cella di memria in un registr del prcessre, viceversa, per scrivere il cntenut di un registr in una lcazine di memria BUS INDIRIZZI Il bus indirizzi èunidirezinale e trasmette indirizzi dal prcessre alla memria; serve per selezinare la cella dve effettuare le successive perazini di lettura scrittura BUS CONTROLLO Il bus cntrll èbidirezinale: trasferisce all unità stabilita l istruzine da eseguire e pi trasmette all unità di elabrazine il segnale dell avvenut espletament dell perazine Le caratteristiche principali di un bus sn la capacità della linea e la velcità di trasmissine: la prima indica la quantità di dati elementari (binari) che pssn essere trasmessi cntempraneamente in gni perazine (dai 16 bit delle prime CPU si èggi arrivati ai 64 bit), mentre la secnda èlegata al temp medi impiegat da due unità per scambiarsi un dat

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16 Memria Centrale Si cmpne di celle cui può accedere in lettura e scrittura direttamente il prcessre Ogni cella memrizza una parla (wrd sequenza di bit di lunghezza fissata) Ogni cella è caratterizzata da un indirizz (numer che identifica la cella e ne cnsente l access) e da un valre (sequenza di bit memrizzata dalla cella) Temp di access: temp necessari per leggere scrivere una parla in una cella ad indirizz nt ( 50 ns) [1 ns = 10-9 sec] L insieme delle celle indirizzabili prende il nme di spazi di indirizzament

17 Gerarchie di memria L us di gerarchie di memria dalla velcità e dai csti via via crescenti serve ad ttimizzare la memria dispnibile in termini di prestazini e spesa relativa Il cmprmess fra le due esigenze ha fatt nascere una gerarchia a tre livelli (i registri interni del prcessre nn vengn cnsiderati memria vera e prpria): 1. Memria cache (memria mlt velce, di piccl dimensini e cstsa) 2. Memria centrale (memria velce, di medie dimensini e abbastanza cstsa). La memria centrale èdel tip a semicnduttre ciè cn cnservazine di una carica elettrica all intern di un piccl cnduttre. La memria centrale ècstituita da memria di tip ROM e di tip RAM 3. Memria secndaria (memria lenta, di ntevli dimensini ed ecnmica). Cntiene prgrammi e dati che pssn essere sfruttati sl indirettamente dal prcessre, vist che l unica memria cn cui il prcessre ècllegat èquella centrale

18 Memria virtuale: spazi di archiviazine tempranea sul disc rigid utilizzatda un cmputer per eseguire prgrammi che richiedn una quantitàdi memria superire a quella dispnibile; i dati di prgramma che eccedn la capacitàdella memria del cmputer vengn salvati in file di paging Cn la memria virtuale, quell che il cmputer fa ècntrllare nella RAM le aree che nn sn usate frequentemente e spstarle sul disc rigid. In quest md la memria viene liberata e pssn essere caricate nuve applicazini Questi spstamenti dalla RAM all'hard disk avvengn in md autmatic. Usand la memria virtuale quindi il cmputer ècme se avesse memria illimitata, anche se in realtà ne pssiede sl una piccla parte

19 SuperFetch -ReadyBst (Windws Vista) SuperFetch analizza le azini dell'utente e ricllca i dati delle applicazini dall hard disk all'intern della memria principale, necessita di almen 2 GB di memria principale per memrizzare le applicazini e ridurne il temp di avvi ReadyBst aumenta la quantità di memria per supprtare SuperFetch e per fare quest usa la tecnlgia delle chiavette USB Flash 2.0

20 Tipi di memria Cache (1 MB): ad alta velcità, vlatile, di limitate capacità, di cst elevat, aumenta le prestazini. È una memria intermedia tra i Registri e la Memria centrale. È rganizzata in due livelli: la cache di prim livell (L1) èintegrata nel micrprcessre, la cache di secnd livell (L2) èincrprata sulla scheda madre Read Only Memry(1-2 MB): di sla lettura, cntiene prgrammi particlari, nn vlatile Randm Access Memry(256 MB - 1 GB): vlatile, ad access dirett e casuale, libera per il micrprcessre, statica e dinamica, in lettura e scrittura, cntiene i dati su cui perare, cntiene le infrmazini del prgramma in esecuzine Memria di massa: (1,4 MB 500 GB): fissa rimvibile, nn vlatile, grssa capacità di memrizzazine ma minr velcità di access. Adperata anche per l area di swap dve vengn memrizzati immagini della RAM (page file)

21 Piramide della Memria

22 ROM e RAM La ROM che avvia il sistema èchiamata BIOS (Basic Input/Output System). Il BIOS in genere èsituat su un chip (ROM BIOS) registrat in fase di cstruzine della CPU. Quest fa sì che il BIOS sia sempre dispnibile e nn riprti cnseguenze in cas di danneggiament dell hard disk ed inltre fa sì che il cmputer sia in grad di ripartire da sl. Oggi il BIOS nn èpiù cmpletamente indelebile, ma èregistrat su un chip di ROM che può essere aggirnat in cas di necessità, per esempi per eliminare eventuali difetti sfuggiti al cstruttre ppure far ricnscere alla scheda madre micrprcessri messi in cmmerci in tempi successivi La RAM ècstituita da micrchip mntati su mduli (chiamati SIMM DIMM) inseriti all intern di appsiti allggiamenti (scket) della scheda madre. Questi allggiamenti sn cllegati al micrprcessre attravers un bus dati I chip mntati sui mduli RAM pssn essere di vari tip. Una prima distinzine riguarda la DRAM (Dynamic RAM) e la SRAM (Static RAM). La SRAM èpiù velce (può avere un temp di access di sli 4 ns) ed èutilizzata sprattutt per la cache I chip DRAM pssn essere a lr vlta di tip divers: FPM, EDO e SDRAM. Le SDRAM (Synchrnus DRAM) rappresentan il tip di RAM più innvativ: sn sincrne, ciè in grad di lavrare al pass cn il bus di sistema e quindi permettn al prcessre di elabrare maggiri infrmazini in tempi più brevi. La velcità delle SDRAM èmisurata in MHz invece che in nansecndi, prpri per pter essere cmparata cn la velcità del bus di sistema

23 Caratteristiche principali dei prcessri Repertri di istruzini Istruzini del linguaggi macchina del prcessre Velcità La frequenza di clck misura la durata del cicl macchina, che è l unità di temp all intern del prcessre. Ciascuna istruzine richiede slitamente più cicli macchina. La velcità del prcessre si esprime in megahertz (MHz) Ampiezza del bus Numer di bit nel bus intern del prcessre Cprcessre Cprcessri specializzati integrati Cache Memria velce lcale al prcessre che cnsente un accelerazine nell esecuzine dei prgrammi

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25 Le istruzini del linguaggi macchina crrispndn ad perazini di maniplazine dei dati (infrmazine elementare) Operazini numeriche Operazini relazinali Operazini sui caratteri Operazini sui valri di verità Un calclatre svlge nell ALU pche tiplgie di perazini ma le esegue in md mlt efficiente e rapid (circa 100 milini di istruzini del linguaggi macchina al secnd) Il trattament dei dati in cdice binari prevede la lr Acquisizine Memrizzazine Elabrazine Trasferiment

26 Esecuzini di istruzini in linguaggi macchina Rul del prcessre è eseguire i prgrammi in linguaggi macchina Ogni istruzine macchina ècaratterizzata da un nme e da argmenti che specifican su quali dati l istruzine deve perare Istruzini in linguaggi macchina sn: Lettura dalla memria Scrittura in memria Istruzini aritmetiche Istruzini lgiche Istruzini di spstament Istruzini di salt gt

27 Esecuzine delle istruzini (cicl della CPU) Fase di fetch 1. Prendi l istruzine seguente dalla memria (l indirizz in memria è indicat dal registr PC) e mettila nel registr delle istruzini (IR) 2. Cambia il prgram cunter per indicare l istruzine seguente (PC = PC + 1) Fase di decdifica 3. Determina il tip dell istruzine appena letta 4. Se l istruzine usa una parla in memria, determina dve si trva Fase di esecuzine 5. Metti la parla, se necessari in un registr della CPU 6. Esegui l istruzine 7. Trna al punt 1 per eseguire l istruzine successiva

28 Interrupt (interruzine) Un interrupt èun event che si verifica in mmenti nn prevedibili durante l esecuzine di un prgramma L'effett èquell di trasferire il cntrll del prcessre dal prgramma in esecuzine ad una rutine di servizi dell'interrupt Terminata l esecuzine della rutine di servizi, il prcessre riprende l esecuzine del prgramma principale Interrupt hardware Quand un dispsitiv di I/O ha bisgn di essere servit, la sua interfaccia invia alla CPU un segnale asincrn dett interrupt Quand la CPU riceve il segnale di interrupt interrmpe l esecuzine del prgramma crrente, salva il cntest cmputazinale e salta all esecuzine di una prcedura di servizi dell interrupt (Interrupt Service Rutine -ISR) Terminata l esecuzine della prcedura di servizi, la CPU riprende l esecuzine del prgramma crrente Interrupt sftware Ha rigine dall'esecuzine del prgramma p Indirettamente: quand si verifican cndizini eccezinali (per esempi una divisine per zer) p Direttamente (per esempi mediante l'esecuzine di un'istruzine INT)

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32 Prcessri Cmplete Instructin Set Cmputers Intel - AMD - Mtrla Linguaggi macchina frmat da un numer elevat di istruzini cmplesse per renderl nn trpp cmplicat e nn trpp lntan dai linguaggi usabili dagli utenti Pssibilità di emulare un altra macchina Reduced Instructin Set Cmputers PwerPC - Alpha - IBM HP Sparc -Ultrasparc Linguaggi macchina cn numer ridtt di istruzini ed a bass livell che vengn eseguite in un unic cicl di clck. Elabratri più ptenti e velci CISC - RISC Le istruzini più semplici e più cmuni sn eseguite da un piccl prcessre RISC, le istruzini più cmplesse vengn interpretate (apprcci ibrid)

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34 Classificazine dei sistemi di elabrazine

35 Evluzine dei prcessri Intel Prcessre Ann Bit N. transistr Distanza tra transistr ,01 mm DX Pentium Pentium II Pentium III Pentium Pentium Extreme E. Cre 2 Du nm Scket 775

36 L evluzine dei prcessri cntinua a rispettare la Legge di Mre (1965): la densitàe la velcità dei chip aumentan gemetricamente, anziché linearmente, nel temp In media, il numer di transistr che pssn essere inseriti in un chip di silici aumenta di circa il 60% all ann La velcità dei transistr aumenta in md che il ritard delle prte lgiche di base diminuisce del 13% gni ann Ogni ann e mezz la frequenza dei prcessri raddppia

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38 Tecnlgia a 65 nm I transistr realizzati cn tecnlgia a 65 nm prevedn gate (ssia gli interruttri che accendn e spengn i transistr) da 35 nm di lunghezza. Circa 100 gate ptrebber rientrare nel diametr di un glbul rss uman Aumenta il numer dei transistr inseriti in un singl chip, frnend la base per i prcessri multi-cre Aumenta il risparmi energetic Aumenta le prestazini dei transistr del 10-15% senza incrementare la dispersine di crrente, ma riducendla di quattr vlte a prestazini cstanti rispett ai transistr a 90 nm. Di cnseguenza, i transistr realizzati cn il prcess a 65 nm hann prestazini più elevate senza aumenti significativi della dispersine (una dispersine di crrente maggire cmprta una generazine di calre maggire)

39 Hyper Threading: Le applicazini prgrammate per il supprt di più thread pssn sfruttare cn maggire efficienza le risrse del prcessre

40 Prblema = Crrente di dispersine (crrente che fluisce fra i transistr e la massa del chip anche quand i singli transistr sn inattivi) Sluzine = Mantenere un cre di calcl cmpatt e usarne più di un nell stess cntenitre MultiCre cn funzinalità a 64 bit, virtualizzazine, pipeline più crta dei prcessri P4, sn in grad di gestire quattr istruzini per cicl di clck; cache cndivisa tra i cre cn la pssibilità per un cre di leggere un dat presente nella cache dell altr cre Tiplgie di prcessre multicre Prcessre MultiCre Due cre sn affiancati su un singl die, il bus estern presenta interfacce separate per gni cre Due cre cesistn nell stess chip, hann unic caric sul bus e singla cache cndivisa tra essi Due cre prdtti separatamente ed inseriti in un singl cntenitre Cn il prcess di prduzine a 65 nm si pssn inserire in un singl chip 4 miliardi di transistr che aumenterann nel prssim prcess di prduzine (2008) a 45 nm

41 Intel multi-cre ècstituit da un unic packaging di prcessre che cntiene due più "cre di esecuzine" mtri di calcl, che insieme al sftware apprpriat, assicura l'esecuzine parallela di più thread di sftware. Il sistema perativ ricnsce ciascun cre di esecuzine cme un prcessre distint, cn tutte le risrse di esecuzine assciate Il vantaggi è che aumentan sensibilmente le funzinalità e le risrse di calcl del PC cn tempi di rispsta ttimizzati ed un thrughput multithreaded più elevat

42 Ad gni cicl di clck Intel Cre 2 èin grad di decdificare un maggir numer di istruzini La Macr-p fusin rende pssibile fndere in un unica istruzine due istruzini x86 ed eseguirle in un unic cicl di clck Cre 2 Du e Cre 2 Extreme cndividn le medesime caratteristiche architetturali e funzinali cn la differenza che Extreme ffre la frequenza più alta dispnibile (2,93 GHz) ed un mltiplicatre sblccat sia vers l alt che vers il bass Minime le differenze di Cre Du 2 Du per desktp e per ntebk, sl gestine più evluta del risparmi energetic

43 Un prcessre dual-cre può essere paragnat a un'autstrada a quattr crsie, che può gestire il dppi delle aut rispett a quella a due crsie senza raddppiare la velcità di crciera di gni vettura. Analgamente, cn un PC basat su prcessre dual-cre gli utenti pssn eseguire più attività simultaneamente

44 Tecnlgia a 90 nm Prcessre Dual-cre Direct Cnnect HyperTransprt Risparmi energetic avanzat N. transistr: 233 milini Cache L2: 2x1024 KByte Scket 939

45 Athln64 FX 7x Quad cre

46 Apple I Macintsh, chiamati familiarmente Mac, intrdtti dalle Apple Cmputer nel 1984, sn stati i primi persnal cmputer ad ampia diffusine dtati di un interfaccia utente grafica, ciè di una mdalità di cmunicazine utente/macchina intuitiva, amichevle e semplice da utilizzare Oggi sn i cmputer più diffusi tra i prfessinisti del settre grafic e delle nuve prduzini artistiche per la rete. Fin ai primi anni Nvanta tutti i cmputer Apple Macintsh eran basati su una gamma di CPU della Mtrla Crpratin nta cme serie 68000

47 Ci sn cinque CPU principali in questa famiglia: 68000, 60020, 68020, 68030, e Prpri a partire dal 68040, nel 1989, Mtrla decise di abbandnare la tecnlgia di cstruzine chiamata CISC (Cmplex Instructin Set Cmputer) a favre della tecnlgia RISC (Reduced Instructin Set Cmputer) Nel 1993 Mtrla, Apple Cmputer e IBM hann sviluppat una nuva architettura RISC da cui è derivata la CPU PwerPC (Perfrmance Optimatin With Enhanced RISC PC), intrdtta nel 1994, divenuta il micrprcessre dei nuvi cmputer Apple. Questa CPU permette al cmputer di eseguire vari sistemi perativi: nn più sl il Macintsh, ma anche Windws NT e OS/2. Nel 2006 ènat Mac"Intel Leap ahead cn Cre 2 Du Prcessrin cui si può far girare anche Windws XP mediante un prgramma di dualbt: BOOT CAMP

48 Classi di elabratri Persnal Cmputer Prtatili (laptp, ntebk, tablet PC) PDA (Persnal Digital Assistant) Micr e Mini cmputer Wrkstatin Server Mainframe Supercalclatri Elabratri paralleli HP SuperDme Cmputer cn Terabyte di RAM

49 Desktp Managed PC: destinati a medie e grandi imprese Sh: adatti ad applicazini da uffici e Internet Game PC: prestazini massime per i gichi Media Center: access a tutti i media digitali dall scherm televisiv tramite un telecmand Ntebk Desktp replacement: prestazini e prcessri paragnabili ai desktp Thin & Light: dual spindle, autnmia e pes sn imprtanti senza grsse rinunce sulla tastiera e sull scherm Ultra prtatili: sluzini tecnlgiche avanzate cn rinunce in termini di ergnmia Server AMD (AMD64, Optern) Intel (EM64T, Itanium, Xen) cn Linux a 64 bit, nel 2005, cn Windws XP Prfessinal 64-Bit editin Server 2003 x64

50 Un cmputer è una macchina in grad di accettare infrmazini prvenienti dall estern, di effettuare su di esse perazini aritmetiche e lgiche, quindi di frnire risultati in frma cmprensibile Attravers le unità di ingress il cmputer acquisisce i dati L unità centrale di elabrazine elabra le infrmazini Le unità di uscita cmunican i risultati Cmputer del prssim futur

51 Cmputer da pls Wearable PC Eurtech Zypad WL1000 WWPC Permette di lavrare, cnnessi in rete, senza essere legati ad una pstazine fissa scambiand dati, immagini ed infrmazini Cnsente al persnale medic e paramedic un rapid access alle banche dati e la lettura del braccialett elettrnic che, indssat dal paziente, cntiene la cartella medica. In tale cntest il cmputer da pls può minimizzare gli errri dvuti all scambi di cartelle cliniche all errata lettura dei dati del paziente. Sn garantiti massima precisine ed aggirnament delle infrmazini cliniche rilevate e, quindi, una diagnsi più accurata Può frnire e ricevere infrmazini direttamente dal lug d intervent (es. 118)

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56 Mtherbard La mtherbard èla scheda principale del PC che cntiene il prcessre, la memria, gli slt di espansine. Una mtherbard ècstituita da diversi strati di circuiti stampati. Essa cnnette direttamente indirettamente gni parte del cmputer. Ècstituita da chipset, dal BIOS e da vari bus di cnnessine. Dei percrsi circuitali chiamati traces prtan il vltaggi per tutta la mtherbard. Le tecniche di fabbricazine a strati sn usate in md che alcuni strati della piastra pssan prtare infrmazini per il bis, il prcessre, i bus di memria ed altri per i cmpnenti "minri". Tutti gli strati sn pi assemblati cme un sandwich e frman la piastra madre Ci sn mlti tipi di mtherbard differenziate l'una dall'altra dal csiddett frm factr, vver dalla cmbinazine di caratteristiche quali: misura, frma, design e architettura AT -Usata nei primi PC sulle mtherbard da 12 inches (1 inch = 2.5 centimetri), aveva il grande difett di causare prblemi per l'upgrade dei cmpnenti e nn permetteva l'us dei desktp di tip slimline BAT -La Baby AT (BAT) riduceva di mlt le dimensini della AT e prevedeva che il scket del prcessre fsse pst davanti e vicin agli slt di espansine. Quest era un svantaggi nn indifferente perchè per pter eventualmente smntare il prcessre bisgnava rimuvere prima tutte le schede allggiate negli slt vicini che l svrastavan ATX Lanciata nel 1996 il scket della CPU e l'alimentatre furn spstati sul lat destr del bus di espansine. La piastra fu allargata leggermente e alcuni cmpnenti cme il BIOS, l'i/o lgic ed i cntrller furn integrati riducend csì la prfndità della mtherbard della metà rispett ad una BAT. Pteva allggiare inltre 6 slt di espansine (2 ISA, 1 ISA/PCI e PCI) e intrduceva una nuva gestine dell'alimentatre che pteva essere acces spent direttamente da un segnale prveniente dalla mtherbard. Quest permetteva l spegniment via sftware del PC, una caratteristica mlt imprtante che da li in avanti verrà adttata da tutti i prduttri di mtherbard MicrATX -Intrdtta alla fine degli anni 90, era in realtà una ATX più piccla rivlta ad un mercat medi-bass. Venne creata sprattutt nell'ttica di ridurre ulterirmente l spazi delle schede madri e di usare i nuvi design dei desktp sempre più piccli. La limitazine maggire di questa scheda era il numer di slt di espansine che si riduceva a 4 FlexATX -La FlexATX èla naturale evluzine della MicrATX. La differenza principale tra le due èche il nuv Frm Factr riduceva le dimensini generali della piastra ed era cmpatibile cn le specifiche tecniche sia della MicrATX che della ATX stessa ITX Lanciata nel 2000 prevede una ulterire riduzine delle dimensini della mtherbard ttenute grazie ad un innvativ sistema di alimentazine e di ventilazine integrat

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61 Il cervell uman cmunica cn il rest del crp inviand e ricevend infrmazini attravers il sistema nervs La CPU cmunica cn il rest delle cmpnenti hardware attravers una rete articlata di piste e di bus che fann cap ad alcuni ndi principali cme i cmpnenti del chipset (Nrthbridge e Suthbridge) che determinan sia la struttura che l efficienza cmplessiva del sistema, al lr intern ltre all elettrnica per la gestine del transit delle infrmazini sn ggi presenti anche altre cmpnenti specifiche (grafica n bard, rete, ecc) Le cmunicazini cn le schede di espansine le interfacce di rete avvengn mediante il bus Pci (Peripheral Cnnectr Interface) (32 64 bits) e per la grafica mediante la cnnessine Agp (Accelerated Graphics Prt) (32 bits), ad architettura parallela. Fin a qualche ann fa vi eran gli standard ISA (Industry Standard Architecture) (8 16 bits), EISA (Extended Industry Slutin Architecture) (8 16 bits), MCA (Micrchannel Architecture) (16 32 bits), VLB (Vesa Lcal Bus) (32 bits) Un nuv standard di cmunicazine è Pci Express (64 bits): interfaccia di cllegament seriale, cn cnnessini punt a punt cmmutate, sistema di trasmissine a pacchetti e retrcmpatibilità sftware cn i bus precedenti

62 Periferiche ed interfacce di ingress-uscita Un calclatre può essere cllegat a diversi dispsitivi di ingress e di uscita (periferiche device): tastiera, muse, scherm, stampanti, mdem, unità disc, lettre CD-ROM Ogni periferica è cntrllata da una interfaccia cntrller che ha il cmpit di tradurre i segnali interni dal calclatre in un frmat cmprensibile alla periferica stessa e viceversa Il driver èil prgramma che gestisce la periferica e, distribuit insieme alla periferica aggirnat in rete, va installat sul sistema

63 Periferiche di input e di utput Tastiera Muse Trackball Jystick Penna ttica Tavletta grafica Scanner Macchina ftgrafica digitale Webcam Micrfn Mnitr Stampante Casse acustiche Videpriettre Lavagna elettrnica Mdem * Tuch Screen * * sia input che utput

64 Prte di cmunicazine Seriale COM: frma trapezidale, dtata di 25 9 pin. Lunghezza dei cavi 300 m. Cnsente la trasmissine di un bit alla vlta Parallela LPT: trapezidale, dtata di 25 fri in cui si innestan i pin del cav di cnnessine. Lunghezza dei cavi 30 m. Vengn trasferiti 8 bit per vlta SCSI: supprta fin a 15 periferiche che richiedn alta velcità di trasferiment dati (80 Mbps). Lunghezza dei cavi 1 m USB: l Universal Serial Bus garantisce una velcità di trasferiment dei dati mlt elevata (fin a 480 Mbps). Pssn essere cllegati, anche a PC acces, fin a 127 elementi in cascata tra lr. Lunghezza dei cavi 30 m IrDA: l Infrared Data Assciatin permette la trasmissine di dati tramite raggi infrarssi. Gli apparecchi che devn cmunicare vann psizinati l un di frnte all altr Bluetth: trasmissine (fin a 3 Mbps) mediante nde radi WiFi (wireless fidelity): cnnessine via radi alla rete lcale. Vari standard cn velcità tra 10 Mbps e 54 Mbps FireWire IEEE1394 i.link: cllegament seriali di periferiche sfisticate, garantisce velcità di trasferiment fin a 800 Mbps e può cnnettere 63 apparecchi in cascata. Lunghezza dei cavi fin a 100 m se in fibra ttica

65 Dietr il cmputer Svga Dvi Rca S-Vide Prta tastiera Prta parallela Una prta parallela cnnettre femmina prevede 25 piedini. Serve A cllegare stampanti drive a nastr. Prta seriale Le prte seriali pssn avere 9 25 Piedini. Nrmalmente si utilizzan Per cllegare il muse il mdem. Prta vide Prta gichi Prta USB Si pssn cllegare mdem, scanner, stampanti, Webcam, macchine ftgrafiche digitali.

66 Cnvertitri analgici e digitali ADC (Analg t Digital Cnverter cnvertitre analgic-digitale) campina le variazini del segnale elettric (se la tensine supera un determinat livell è ON, se è inferire è OFF) per trasfrmarle in segnali digitali da frnire al cmputer (input) DAC (Digital t Analg Cnverter cnvertitre digitale-analgic) cnverte una stringa di valri digitali in valri analgici; fa passare la crrente attravers dei resistri cn valri resisitivi diversi, csì il fluss di crrente varia per creare valri crrispndenti (utput) ai segnali digitali ricevuti CCD (Charge Cupled Device dispsitiv di accppiament di carica) ècstituit da una serie di sensri che trasfrman la luce in crrente: maggire è l intensità della luce, maggire l intensità della crrente inviata a un ADC che trasfrma le varie intensità in numeri cmprensibili al cmputer