u Rappresentazione dell informazione all interno di un calcolatore

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1 RIASSUNTO La codifica delle informazioni Rappresentazione dell informazione all interno di n calcolatore codifica caratteri (codice ASCII) codifica nmeri interi (rappresentazione in base 2) codifica delle immagini (rappresentazione di pixel)

2 RIASSUNTO Strttra di n compter Memoria centrale (RAM) Memoria periferica Unità di scita Unità di controllo Unità di ingresso PROCESSORE Unità logico aritmetica

3 RIASSUNTO La memoria centrale Fornisce la capacità di memorizzare le informazioni (sotto forma di bit) Le operazioni che si possono effettare slla memoria sono le operazioni di lettra e scrittra di informazioni nelle celle Le dimensioni della memoria: nei compter attali le dimensioni tipiche della memoria centrale vanno dagli 64 MB a 1 GB

4 RIASSUNTO La memoria centrale Un altro aspetto che caratterizza la memoria è il tempo di accesso (tempo necessario per leggero o scrivere n informazione in na cella): ordine dei nanosecondi (miliardesimi di secondo) La memoria centrale perde ogni so contento qando si interrompe l alimentazione elettrica. Qesta caratteristica viene chiamata volatilità

5 Tipi di memoria RAM DRAM (Dynamic RAM) il contento viene memorizzato per pochissimo tempo per ci deve essere aggiornato centinaia di volte al secondo (FPM, EDO, SDRAM, RDRAM) SRAM (Static RAM) veloce e costosa, non deve essere aggiornata come le DRAM. Viene sata per le memorie cache VRAM (Video RAM) sata per la memorizzazione di oggetti grafici sllo schermo

6 Strttra di n compter Memoria centrale (RAM) Memoria periferica Unità di scita Unità di controllo Unità di ingresso PROCESSORE Unità logico aritmetica

7 Il Processore Il processore (detto anche CPU, ovvero, Central Processing Unit) è il componente che fornisce la capacità di elaborazione delle informazioni contente nella memoria centrale L elaborazione avviene in accordo a seqenze di istrzioni (istrzioni macchina)

8 Il Processore Nella maggior parte dei compter sia il programma che i dati (le informazioni da elaborare) devono essere caricati in memoria centrale La memoria contiene qindi almeno de tipi di informazioni: la seqenza di istrzioni che devono essere esegite dal processore; l insieme di dati (informazioni) s ci tali istrzioni operano Il processore è costitito da varie componenti che svolgono compiti differenti

9 Il Processore: l nità di controllo L Unità di Controllo (UC) si occpa di coordinare le diverse attività che vengono svolte all interno del processore Il processore svolge la sa attività in modo ciclico: ad ogni ciclo corrisponde l eseczione di na istrzione macchina Ad ogni ciclo vengono svolte diverse attività controllate e coordinate dalla UC

10 Ciclo di eseczione si legge (carica) dalla memoria centrale la prossima istrzione da esegire; si decodifica l istrzione e si leggono (caricano) eventali dati (informazioni) dalla memoria si esege l istrzione (compito dell ALU) si memorizza n eventale risltato (informazione elaborata) in memoria

11 Il Processore: l nità di controllo La freqenza con ci vengono esegiti i cicli di eseczione è scandita da na componente detta clock Ad ogni implso di clock la UC esege n ciclo di eseczione di istrzioni macchina La velocità di elaborazione di n processore dipende dalla freqenza del so clock I processori attali hanno valori di freqenza di clock che variano tra i 500 MHz e 1,5 GHz (tra 500 e 1500 milioni di implsi al secondo)

12 Il Processore: l Unità Aritmetico-Logica L'Unità Aritmetico-Logica (ALU) è costitita da n insieme di circiti in grado di svolgere le operazioni di tipo aritmetico e logico La ALU legge i dati prelevati dalla memoria centrale, esege le operazioni e memorizza il risltato Ad esempio, vi sono circiti in grado di esegire la somma di de nmeri binari contenti, circiti in grado di esegire il confronto tra de nmeri

13 Il bs Problema: collegare le varie componenti (fisicamente separate) di n calcolatore, ad esempio, processore e memoria centrale Collegare ogni componente a ttte le altre (costoso se ho molte componenti separate) Usare n nico collegamento condiviso Bs di sistema: insieme di collegamenti in rame che connette ttti i componenti di n architettra

14 Interazione tra processore e memoria UC ALU PROCESSORE CLOCK BUS MEMORIA CENTRALE

15 Stato dell arte per PC Processori INTEL della famiglia Pentim Pentim III (con freqenze di clock di oltre 1GHz) Pentim IV (ottimale con RAM di tipo RDRAM)

16 Strttra di n compter Memoria centrale (RAM) Memoria periferica Unità di scita Unità di controllo Unità di ingresso PROCESSORE Unità logico aritmetica

17 La memoria periferica La memoria centrale non pò essere troppo grande a casa del so costo elevato Non consente la memorizzazione permanente dei dati (volatilità) Per qesti motivi nell architettra di n calcolatore sono stati introdotti de tipi di memoria: Memoria centrale veloce, volatile, di dimensioni relativamente piccole; Memoria periferica, più lenta e meno costosa, con capacità di memorizzazione maggiore ed in grado di memorizzare i dati in forma permanente

18 La memoria periferica La memoria periferica viene tilizzata per mantenere ttti i programmi e ttti i dati che possono essere tilizzati dal compter La memoria periferica viene anche detta memoria di massa Qando si vole esegire n certo programma, qesto dovrà essere copiato dalla memoria di massa a qella centrale (caricamento)

19 La memoria periferica I spporti di memoria di massa sono molto più lenti rispetto alla memoria centrale (presenza di dispositivi meccanici) Le memorie di massa hanno capacità di memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di qelle delle tipiche memorie principali

20 La memoria periferica Il processore non pò tilizzare direttamente la memoria di massa per l'elaborazione dei dati Il programma in eseczione deve essere in memoria centrale e qindi le informazioni devono essere trasferite dalla memoria periferica a qella centrale ogni volta che servono

21 La memoria periferica Nel caso della memoria centrale si ha sempre l'accesso diretto ai dati, nel caso della memoria periferica solo alcni spporti consentono l'accesso diretto mentre altri spporti permettono solo l'accesso seqenziale La memoria centrale consente di indirizzare il singolo byte di informazione, nelle memorie di massa le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi, di solito da 1 KByte in s

22 La memoria periferica La memoria periferica deve avere capacità di memorizzazione permanente e qindi per la sa realizzazione si tilizzano tecnologie basate sl magnetismo (dischi e nastri magnetici) o tecnologie basate sll'so dei raggi laser (dischi ottici) La magnetizzazione è permanente fino a qando non viene modificata per effetto di n agente esterno I de diversi tipi di magnetizzazione corrispondono alle de nità fondamentali di informazione (bit)

23 La memoria periferica: I dischi magnetici I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria periferica più diffsi Sono dei spporti di plastica o vinile, s ci è depositato del materiale magnetizzabile Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del ttto simili a qelle tilizzate nelle cassette adio/video Entrambi i lati di n disco possono essere sfrttati per memorizzare le informazioni

24 La memoria periferica: i dischi magnetici I dischi sono sddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è na fetta di disco. I settori sddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi (o record fisici) Traccia Testina Blocco Settore

25 La memoria periferica: i dischi magnetici La sddivisione della sperficie di n disco in tracce e settori viene detta formattazione Il blocco è dnqe la minima nità indirizzabile in n disco magnetico e il so indirizzo è dato da na coppia di nmeri che rappresentano il nmero della traccia e il nmero del settore I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in qanto è possibile posizionare direttamente la testina s n qalnqe blocco senza dover leggere qelli precedenti

26 La memoria periferica: i dischi magnetici Per effettare n'operazione di lettra (scrittra) s n blocco è necessario che la testina ragginga l'indirizzo desiderato (la testina è ferma ed è il disco che si move) Il tempo di accesso alle informazioni sl disco è dato dalla somma di tre tempi dovti a: spostamento della testina in senso radiale fino a raggingere la traccia desiderata (seek time); attesa che il settore desiderato si trovi a passare sotto la testina; tale tempo dipende dalla velocità di rotazione del disco (latency time); tempo di lettra vero e proprio dell'informazione

27 La memoria periferica: i dischi magnetici Una classificazione dei dischi magnetici è qella che distinge tra hard disk e floppy disk Gli hard disk sono dei dischi che vengono tilizzati come spporto di memoria periferica fisso all'interno dell'elaboratore Sono generalmente racchisi in contenitori sigillati in modo da evitare qalnqe contatto con la polvere I dischi rigidi hanno capacità di memorizzazione elevata, si va da dischi da circa 512 MByte per i personal compter più obsoleti, fino a dischi da alcne decine di GByte

28 La memoria periferica: i dischi magnetici I floppy disk (dischetti flessibili) sono spporti rimovibili Ogni elaboratore è dotato di almeno na nità di lettrascrittra detta drive, all'interno della qale l'tente pò inserire i propri dischetti I floppy disk sono di materiale plastico e ricoperti da n piccolo stato di sostanza magnetizzabile I tempi di accesso sono più alti di qelli dei dischi rigidi Oggi sono comni floppy disk da 3.5" (capacità di memorizzazione dai 500 KByte ai de MByte)

29 La memoria periferica: i dischi ottici Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente differenti e sono basate sll'so di raggi laser Il raggio laser è n particolare tipo di raggio lminoso estremamente focalizzato che pò essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da sperfici diverse, e si pò pensare di tilizzare delle sperfici con dei piccolissimi forellini

30 La memoria periferica: i dischi ottici FONTE LUMINOSA

31 La memoria periferica: i dischi ottici Ogni nità di sperficie pò essere forata o non forata e qesto corrisponde ai de diversi tipi di informazione elementare (bit) L'informazione contenta s n'nità di sperficie pò essere letta gardando la riflessione del raggio laser proiettato slla sperficie stessa Aggregazioni di informazioni possono essere ottente dividendo na sperficie di grandi dimensioni in molte nità elementari, ognna delle qali rappresenta n singolo bit

32 La memoria periferica: i dischi ottici I dischi ottici sono basati sll so di n raggio laser per operazioni di lettra Qasi ttte le nità per dischi ottici consentono solamente operazioni di lettra poiché la scrittra è n'operazione complicata, che richiede delle modifiche fisiche del disco (CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory). Qando le nità consentono la scrittra, i dischi ottici generalmente possono essere scritti na sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono drante la fase di scrittra sono irreversibili (CD WORM ovvero Compact Disk Write Once Read Many). Si sa n masterizzatore.

33 La memoria periferica: i dischi ottici I dischi ottici vengono sati solitamente per la distribzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate I dischi ottici hanno na capacità di memorizzazione speriore rispetto ai dischi magnetici ma sono più lenti Le dimensioni tipiche per i dischi ottici tilizzati oggi vanno dai 500 MByte in s, fino a no o più GByte I dischi ottici hanno costo inferiore e sono molto più affidabili e difficili da rovinare

34 La memoria periferica: i dischi ottici DVD (Digital Versatile Disk) o (Digital Video Disk) Capacità di 4,7GB (in contino amento) Il lettore DVD costa poco più di n lettore CDROM e legge anche i CDROM DVD-R scrivibili solo na volta DVD-RAM leggibili e scrivibili