Corso di Informatica. Facoltà di Economia Dott. Stefano Bordoni

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1 Corso di Informatica Facoltà di Economia Dott. Stefano Bordoni

2 Bibliografia e riferimenti Testi consigliati: Dispensa originale del corso The Hardware Bible, Winn L. Rosch, Ed. Que Tecnologia dell informazione e della comunicazione, Sawyer e Williams, ed. McGraw-Hill ECDL, la guida pratica, Baccalini, ed. McGraw-Hill Siti utili:

3 Information Technology IT: Tecnologia utilizzata per la realizzazione dei moderni sistemi di elaborazione Informatica: Elaborazione delle informazioni tramite Computer Calcolatore (o elaboratore): qualsiasi macchina in grado di eseguire i seguenti compiti: Ricevere in ingresso i dati di un problema e l' algoritmo, cioè la sequenza delle operazioni da eseguire per risolverlo. Eseguire operazioni aritmetiche e logiche sui dati di ingresso Fornire in uscita i risultati

4 Hardware & Software Hardware (la parte fisica del computer) Definizioni ed analisi delle componenti di un PC Come confrontare le caratteristiche dell offerta (come acquistare un PC) Capire come è fatto un PC per usarlo al meglio Software (la parte intangibile, insieme di programmi) Software di base Software applicativo

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6 Tipi di computer Supercomputer Da 500 mila a 35 mln di euro. Contengono migliaia di microprocessori. Il più grande al mondo (Blue mountain, New Mexico) costa 120 mln di euro ed è grande come 50 frigoriferi. Utilizzato dal settore militare o da enti governativi Mainframe Storicamente, il computer aziendale nato con la funzione di gestire l attività amministrativa gestionale dell azienda. Costa da 200 mila a 5 mln di euro Minicomputer Variante di piccole dimensioni del mainframe, utilizzato in realtà simili (come le piccole aziende) ma di dimensioni inferiori a quelle che prevedono l utilizzo di un mainframe. Come questi utilizzano spesso terminali stupidi. Costa da 5 a 200 mila euro Network computer Computer realizzato con lo scopo prevalente di connettersi ad Internet (Internet boxes). Non hanno HD e quantità minime di memoria e CPU Personal computer Sinonimo di microcomputer, da 500 a 5000 euro per workstation e server

7 Differenze tra Personal Computer All interno della categoria PC esistono ulteriori elementi di differenziazione: Di ambiente (sistema operativo e tecnologia RISC/CISC) es. differenza tra Pc (IBM-MAC) Per configurazione e utilizzi particolari: es. Server o Workstation Di forma, peso e dimensioni: Notebook Laptop Palmtop (Personal Digital Assistant, PDA) Versione portatile del PC Elementi di differenziazione: prestazioni costi modalità di impiego numero di utenti

8 Architettura di un Computer Struttura disegnata da Von Neumann (1947) per descrivere le parti principali di un computer: CPU Uni t á di cont r ol l o ALU Uni t á Ar i t met i co Logi ca memor i a t ast i er a cent r al e dat a bus cont r ol bus Uni t á a di schi vi deo st ampant e

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10 Architettura di un Computer Memoria (RAM) Unità di input Memoria di massa (hd, fd, cd, dvd, jaz, zip) Mouse, trackball, touchpad Tastiera Unità di output CPU Memoria di massa (hd, fd, cd, dvd, jaz, zip) Monitor Stampante Scanner Modem

11 Architettura di un Computer Componenti principali Motherboard CPU (Central Processing Unit) Memorie interne (ram e rom) Chipsets Bus di espansione Memorie di massa Porte di comunicazione

12 Motherboard (scheda madre) Circuito principale di un computer che ospita e mette in comunicazione tra di loro i diversi componenti e cioè CPU, memorie, Slot di espansione (slot audio e video, porte di rete e di comunicazione) E costituita da un chipset, dal codice contenuto nella ROM (BIOS) e dai canali di connessione alle periferiche (Busses) Il circuito di una Motherboard definisce le componenti che possono essere utilizzate e le caratteristiche funzionali del computer. Nel tempo si è modificata per lasciare più spazio alla CPU e incorpora componenti aggiuntive (porte I/O, controller dischi ) Deve recepire lo sviluppo tecnologico (e la crescente velocità) delle componenti ospitate (es. FsB a 533 Mhz, Ram DDR, HD SerialATA, Socket diversi, Bus di espansione più veloci etc.)

13 Motherboard 1. North bridge del chipset: in genere questo componente è sormontato da un piccolo dissipatore di calore, per via dell'elevata temperatura raggiunta durante il funzionamento. Più avanti nella guida verrà spiegato cosa sia il chipset e a cosa serva. 2. Slot memoria: dato che come riferimento nell'immagine è stata presa una scheda madre Socket 370 per cpu Intel Pentium III e Celeron gli Slot memoria sono del tipo Dimm, per moduli memoria SDRAM. 3. Socket 370: è il connettore della cpu, sul quale viene infilato il processore e serrato per mezzo della leva di serraggio. 4. Slot AGP: connettore specifico per la scheda video. 5. Slot PCI: connettore per differenti tipologie di periferiche (schede video, controller SCSI, schede audio, ecc..). 6. Slot EISA. connettore per periferiche per il quale si sta assistendo ad un progressivo abbandono, nelle schede madri più recenti, in quanto non veloce e, pertanto, adatto all'impiego con le periferiche più moderne. 7. South bridge del chipset: è in genere sprovvisto, al contrario del north bridge, di dissipatore di calore dedicato. 8. Connettori per i due canali EIDE e per il floppy drive, entrambi gestiti dal south bridge del chipset. 9. Due connettori per canali ATA supplementari, gestiti dal controller EIDE opzionale installato su questa scheda madre. 10. Dip switch per la gestione manuale dei parametri di funzionamento del processore (frequenza di bus, moltiplicatori di frequenza, voltaggi di alimentazione). 11. Connettore di alimentazione ATX. 12. Porte parallela (sopra) e seriali (due, poste sotto). 13. Porte PS/2 per tastiera e mouse, due porte USB. 14. Bios della scheda madre, su zoccolo estraibile. 15. Chip del controller EIDE supplementare. 16. Memoria tampone della scheda madre. 17. generatore di clock: questo chip fornisce la frequenza di bus utilizzata dalla scheda madre.

14 Motherboard Slot AGP per scheda video Slot di espansione PCI a 32 bit per scheda audio, di rete, modem etc Porte seriali e USB Porta parallela Chipset North e Southbridge Socket per CPU Batteria tampone per alimentare la ROM (CMOS) 3 Slot per moduli RAM Clock BIOS (Flash eprom) Slot (E)IDE e ATA per la connessione di FD, HD, CD e DVD

15 Motherboard: hardware monitoring l processore di sistema raggiunge, durante il funzionamento, temperature d'esercizio abbastanza elevate; per questo motivo si rende necessario l'impiego di dissipatori di calore e ventole. Numerose motherboard, soprattutto se costruite nell'ultimo anno e mezzo, integrano al proprio interno funzioni di hardware monitoring: con esse è possibile, tipicamente, monitorare le temperature di esercizio di processore e scheda madre, verificare i voltaggi di alimentazione Core e I/O, controllare la velocità di rotazione delle ventole tachimetriche eventualmente collegate alla scheda madre. L'hardware monitor fornisce, tipicamente, i valori di temperatura, voltaggi e velocità di rotazione direttamente in un menu del bios; è però anche possibile riportare questi valori direttamente in sistema operativo, utilizzando un software proprietario del produttore della scheda madre oppure uno dei tanti generici software di hardware monitoring disponibili on line. Per poter correttamente monitorare la velocità di rotazione delle ventole è necessario che queste siano del tipo tachimetrico, cioè a tre fili invece di due (il terzo filo è quello che segnala alla scheda madre la velocità di rotazione della ventola), e che vengano collegate direttamente alla scheda madre; oltre a questo, la scheda madre deve integrare funzioni di hardware monitoring viceversa il segnale della velocità di rotazione viene solo inviato alla scheda madre ma non può essere quest'ultima letto in nessun modo.

16 Componenti principali:la CPU CPU (Central Processing Unit) Gestisce le operazione richieste dal sistema operativo e dalle applicazioni Determina quale sistema operativo può essere utilizzato, quali software, quanta energia consuma e quanto è stabile un sistema Esegue le operazioni attraverso la sua componente di calcolo ALU (arithmetic logic unit) che esegue le istruzioni di calcolo e di confronto tra i dati All interno della CPU risiede l Unità di controllo che controlla le operazioni di ingresso e uscita dei dati. Alla richiesta di esecuzione trasferisce l istruzione dalla memoria a i registri. Nonostante sia esterno alla CPU, il Clock (Cronometro) ne fa parte da un punto di vista logico. La sua funzione è quella di temporizzare la frequenza delle operazioni della CPU, in milioni (miliardi) di istruzioni al secondo (MHz o GHz) Mentre esegue le operazioni richieste, in aree interne di memoria temporanea, denominate Registri. Le CPU moderne hanno 32 registri a 64 bit Coprocessore: consente di eseguire più rapidamente calcoli matematici con numeri in virgola mobile. Nelle CPU di ultima generazione (Pentium) il coprocessore matematico (FPU floating processor unit) è sempre integrato nella CPU Nota: Per rappresentare numeri decimali, in matematica si utilizza normalmente la rappresentazione floating point (fl. p.) che consente di rappresentare agevolmente numeri molto grandi o molto pic coli: ogni numero X è individuato da una coppia di numeri Y e Z tali che, dove N è una base (normalmente N=10), Z è un intero chiamato esponente ed Y è una frazione (o numero decimale) chiamato mantissa; ad esempio, la coppia di numeri Y=0,235 e Z=2 individua in modo univoco il nu mero 23, 5 = 0,

17 Microprocessori (CPU) Principali produttori: Intel AMD (Advanced micro devices) Pentium 3 con ventola e cavi di alimentazione Pentium 4 Northwood a 3 G, visto dal davanti e sul retro (in alto, si notino i piedini per l installazione sul socket)

18 CPU: evoluzione tecnologica Generation 8088/ Year Data/ Addre ss bus width Level 1 Cac he (KB ) Memory bus speed (MHz) Internal clock speed (MHz) /20 bit None /20 bit None /24 bit None DX/ Third /32 bit None SX/ Third /32 bit DX/ Fourth /32 bit DX2/ Fourth /32 bit DX4/ Fourth /32 bit Pentium/ Fifth /32 bit /32 bit Pentium Pro/ Sixth /36 bit Pentium II/ Sixth /36 bit / Pentium III/ Sixth /36 bit GHz AMD Athlon/ Seventh /36 bit GHz Pentium 4/ Seventh /36 bit GHz-2.2GHz First 8086/ First 80286/ Second MMX/ Fifth

19 Microprocessori: alcuni esempi Microprocessore Frequenza CPU (Ghz) Clock Frequenza Front Side BUS L1 (cache primo livello) L2 (cache secondo livello AMD Athlon 1, K 256 K AMD Athlon 64(Clawhammer) 2, K 256 K Pentium III Xeon 0, K 2 Mbyte Pentium 4 (Northwood) 2, K 512 K Pentium 4 3, K 512 K

20 Chipset È il circuito di supporto alla scheda madre (glue logic) che gestisce tutti i processi tra le componenti del PC e la CPU (processore, sottosistema video, sistemi di memorizzazione, memoria di sistema, ecc..) Così come la scheda madre, caratterizza il PC per limiti e possibilità (es. per utilizzare le RAM o un bus AGP più veloci, è necessaria una Motherboard che le ospiti e un chipset in grado di gestire la maggior velocità) Alcune delle funzioni svolte: Timing: controlla e coordina le operazioni del PC e la loro velocità Interrupt control: governa il sistema di precedenze tra le applicazioni (o i comandi) e la CPU Direct Memory Access (DMA): sistema di precedenza tra dati e memorie Gestione dei BUS: collega e permette lo scambio di informazioni tra le componenti del PC Controllo delle memorie: gestisce il flusso da e verso le memorie interne del PC Controllo dei Dischi: assicura lo scambio da e verso le memorie esterne del PC Controllo della tastiera e delle porte di comunicazione

21 Chipset North and South Le funzioni di un chipset sono divise in due gruppi, solitamente svolte da due diversi chips (Northbridge and Southbridge), rispettivamente adiacenti alla CPU e alle periferiche. Entrambi i chips forniscono le linee di comunicazione tra le periferiche. Nel chipset Intel 845PE Pentium 4, si può osservare come il Northbridge gestisca i flussi maggiori di dati ad esempio quelli da e verso la RAM e il bus AGP (Advanced Graphics Port or screen display), mentre il Southbridge le connessioni secondarie verso i drive ATA/IDE e le periferiche USB.. In alternativa, altri produttori come SiS hanno creato un singolo chip che incorpora le funzioni dei chips Northbridge e Southbridge di Intel

22 BUS Bus (canali): Vie di comunicazione che trasportano dati o segnali condivise da unità diverse del calcolatore Si distinguono diversi tipi di bus, a seconda della loro funzione e caratteristiche di velocità e portata: Bus interni alla CPU: trasferiscono dati all interno della CPU (unità di controllo, unità aritmetico-logica, registri, cache L1) Bus di sistema (o Front Side Bus FSB): canale di comunicazione tra memoria di sistema (RAM e cache L2), chipset e processore Bus di espansione: connette le schede di espansione interne al PC (alcune delle quali necessarie, ad esempio la scheda video) Un bus dati a n bit trasporta contemporaneamente n bit; normalmente si hanno bus dati a 16 (Industry Standard Architecture ISA), 32 (Enhanced ISA, EISA) e a 32/64 bit (Peripheral Component Interconnect PCI).

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24 BUS di espansione: confronto tra standard ISA EISA VL-Bus PCI Data Path Width 8/ /64 32/64 Data Bus Speed (MHz) 5.33/ /50 33/66 Data Transfer Rates (MB/sec) 5.33/ / /264 Data Rates Implemente d (MB/sec) 5.33/ Nota: per calcolare il trasfer rate di un bus è sufficiente dividere l ampiezza del bus per un byte (8 bit) e moltiplicarlo per la velocità di clock es. per PCI a 32bit diventa 32/8*33=132 MB/sec

25 BUS PCI Il tipo di BUS normalmente adottato nelle Motherboard di ultima generazione è di tipo PCI (Peripheral Component Interconnect). La tecnologia PCI ha trovato la sua prima implementazione nel 1993 con le prime versioni di microprocessore Intel Pentium, denominate Neptune, Saturn and Mercury. L architettura PCI è a 32 o a 64 bit, ma viene solitamente utilizzata nella versione a 32. Gli slot a 64 sono più lunghi e facilmente riconoscibili. Trovano applicazione solo su PC destinati ad essere utilizzati come server. Slot PCI a 32 bit Slot PCI a 64 bit

26 BUS di espansione: lo slot AGP AGP (Accelerated Graphics Port ): Tipo di bus esplicitamente introdotto per gestire le schede video. Storicamente la sua nascita è spiegata dalla necessità di avere una banda passante dei dati, specifica per la scheda video, superiore a quella del bus PCI. In realtà si tratta di un estensione dell architettura PCI. Sono disponibili 4 differenti versioni di connettore AGP, fisicamente uguali tra di loro e differenziate per la banda passante a disposizione: Lo slot AGP è 32 bits di ampiezza e ha velocità pari a 66 Mhz. Questo di traduce in un ampiezza di banda di 264 MBps, in confronto a quella standared PCI che è di 132 MBps. Il clock dello slot AGP può avere moltiplicatori che rendono questa porta ancora più veloce: - AGP 1x: banda passante di 264 Mbytes al secondo - AGP 2x: banda passante di 528 Mbytes al secondo - AGP 4x: banda passante di 1056 Mbytes al secondo Ovviamente, è l'accoppiata Slot AGP - scheda video AGP che determina la banda passante complessiva di tutto il sottosistema video; per questo motivo, utilizzare una scheda video AGP 1x su una scheda madre dotata di Slot AGP 4x porta ad avere una banda passante di 264 Mbytes al secondo; medesimo risultato vale, ovviamente, se la scheda video è AGP 4x e lo Slot AGP 1x.

27 BUS di espansione: lo slot AGP Per saper che tipo di AGP si sta utilizzando, basta risalire al tipo di chipset utilizzato sul prorpio PC: - Intel 440LX: AGP 2x - Intel 440GX: AGP 2x - Intel i820: AGP 4x - Intel i815: AGP 4x - Via Apollo PRO 133: AGP 2x - Via Apollo PRO 133A: AGP 4x - Via KX133: AGP 4x - Via KT133: AGP 4x - AMD-750: AGP 2x - AMD-760: AGP 2x

28 Componenti principali: le memorie Memorie: dispositivi atti a memorizzare informazioni: in particolare le memorie possono ricevere informazioni (fase di scrittura in memoria), conservarle o restituirle (fase di lettura da memoria). Esistono vari tipi di memorie: una prima distinzione funzionale è tra memoria centrale RAM (interna, primaria, di lavoro ) in cui vengono trasferiti dati e programmi durante la fase di elaborazione e le memorie periferiche (secondarie, di massa) costituiti da nastri, dischi, CD, DVD, etc...) che svolgono la funzione di contenitori per la memorizzazione di dati e i programmi definiti dall'utente. Interne: ROM e RAM Esterne o di massa: FD, HD, CD, DVD,

29 Proprietà delle Memorie Tempo di accesso: tempo necessario per trasferire informazioni dalla CPU ad un sistema di memoria. I tempi di accesso si misurano in millisecondi (msec) o milionesimi di secondo (microsecondi o sec) o miliardesimi di secondo (nanosecondi o sec). Capacità delle memorie: misurata in byte e multipli : Kilobyte (Kb)=1024 bytes, Megabyte (Mb)=1024 Kb, Gigabyte (Gb)=1024 Mb, Terabyte (TB)=1024 Gb.

30 Tempo di accesso e capacità tipiche di un normale PC: Tipo di memoria Dimensioni Tempo di accesso Memoria di massa (HD) Gb 10 millisecondi Memoria RAM 256 Mb 60 nanosecondi o 133 Mhz (o multipli) Cache di RAM 512 Kb <10 nanosecondi

31 Tipi di Memorie Esistono vari tipi di memorie: VOLATILI (o RAM) ROM A SEMICONDUTTORE NON VOLATILI EPROM RMM FlashROM SEQUENZIALI (CASSETTE O NASTRI) RISCRIVIBILI (CD/RW) MEMORIE DI MASSA OTTICHE WRITE ONCE (CD/R) SEMIRANDOM MAGNETICHE (DISCHI FISSI E FLOPPY)

32 Memorie interne: la RAM RAM (Random Access Memory, non sequenziale, ad accesso diretto) perdono l'informazione quando cade l'alimentazione; inoltre devono essere "rinfrescate" ogni pochi millisecondi. Sono normalmente transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor). Se la Ram non è sufficiente a contenere tutti i dati e le applicazioni si ricorre ad una tecnica detta di Swapping che utilizza una parte di disco fisso per memorizzare le istruzioni eccedenti (memoria virtuale). Questo provoca però un decadimento delle prestazioni dovuto al maggiore tempo di accesso del disco fisso rispetto alla RAM. L area di swapping viene configurata attraverso il pannello di controllo (vedi fig)

33 Memorie interne: la ROM ROM (Read Only Memory): memoria che può solo essere letta. Contiene programmi indispensabili (Firmware), tra cui il programma BIOS (Basic Input Output Subsystem) che controlla le funzioni di base di Input/Output del calcolatore (tastiera, schermo, stampante, disco,...) e i programmi di accensione (BOOTSTRAP) del PC. Se il contenuto della ROM può essere modificato dall utente la ROM prende il nome di PROM (Programmable ROM) o Flash ROM

34 BIOS (Basic Input/Output Subsystem) Il bios è l'insieme di istruzioni-base che permettono al computer di eseguire la procedura di accensione, di riconoscere l'hardware installato e di caricare il sistema operativo da Floppy o da Hard Disk; l'insieme di queste procedure viene chiamato POST, Power-On Self Test. Per eseguire le sue funzioni, il bios ha bisogno di conoscere le caratteristiche dell'hardware presente nel computer: tali parametri sono permanentemente salvati in una memoria di 64 byte chiamata CMOS Ram. I dati presenti nella CMOS Ram sono memorizzati grazie all'impiego di una piccola batteria che, anche a computer spento, permette di non perderne le informazioni. Il chipset mette a disposizione una serie di istruzioni che permettono alla cpu di dialogare con le altri componenti presenti sulla motherboard (memoria, bus PCI, memoria cache, ecc...); esistono diversi tipi di chipset e per ognuno di essi esiste una versione del bios. Si parla di Setup con riferimento alla serie di istruzioni che permettono di modificare i parametri contenuti nel bios, in base all'hardware presente. All'avvio tutti i personal computer eseguono una serie di routine di autodiagnosi, raccolte sotto il nome di POST (Power On Self Test); in questa fase il sistema verifica il corretto funzionamento di processore, motherboard e memoria così da evitare possibili problemi hardware. E' in questa fase che è possibile accedere al bios di sistema, cioè quell'insieme di parametri, difefrenziati in base alla tipologia, che gestiscono timings di accesso alla memoria, configurazione di floppy drive e periferiche EIDE, opzioni di avvio e molto altro.

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36 RAM: non solo Mbyte Le schede madri possono montare differenti tipi di memoria di sistema, a seconda del chipset da esse utilizzato e, ovviamente, da quale processore possano montare Moduli SIMM (single inline memory module): è il tipo di memoria di più vecchia concezione e, ovviamente, quella con le prestazioni inferiori; al momento attuale nessun sistema di recente progettazione utilizza questo genere di moduli memoria. Ne esistono due varianti: Simm a 30 pin e Simm (o Dimm dual inline memory module) a 72 pin; la prima è stata utilizzata con le schede madri per processori 286, 386 e 486 mentre i moduli Simm a 72 pin sono stati introdotti in seguito con alcune schede madri 486 e quelle per cpu Pentium e simili. Nelle versioni EDO o Fpm le Simm (Dimm) utilizzano un proprio clock (ram) e velocità espressa i nanosec SDRAM PC66: è il primo tipo di memoria SDRAM (Synchronous dram) originariamente introdotto in commercio con le schede madri Socket 7; pensato per la frequenza di lavoro di 66 Mhz, permette prestazioni superiori rispetto ai moduli memoria SIMM da 70 pin utilizzati sempre con questo genere di schede madri. Memorizza le richieste della Cpu in un proprio registro e Usa linee differenti per riferimenti di riga, di colonna e di dati. Tutte le RAM di tipo sincronizzato usano l ampiezza e il segnale di clock (demoltiplicato) del Front Side Bus (Fsb) (64 bit di bus, ram a Mhz) SDRAM PC100: è il tipo di memoria più noto e diffuso; pensato per un impiego alla frequenza di 100 Mhz (da questo la sigla PC100), in genere vede l'impiego di moduli memoria da 10 oppure 8 ns. Il costo d'acquisto per Mbyte è il più basso e tale memoria è supportata ufficialmente da tutti i chipset Slot 1 - Socket 370, con la particolarità del chipset Intel i820 che necessita del convertitore MTH (Memory Translator Hub). SDRAM PC133: evoluzione della memoria PC133, come il nome suggerisce facilmente è pensata per il supporto ufficiale alla frequenza di 133 Mhz. Questo tipo di memoria utilizza chip da 7.5 oppure 7 ns (in alcuni casi anche con tempi d'accesso inferiori) ed è supportata dai chipset Via Apollo PRO 133, Via Apollo PRO 133A e Intel i815e. DDR: le memorie SDRAM sono disponibili anche in versione DDR (Double Data Rate); questa tecnologia, introdotta per la prima volta nelle memorie delle schede video, permette di raddoppiare la bandwidth della memoria a disposizione in quanto vengono utilizzati entrambi i fronti di clock (ascendente e discendente). All'atto pratico, si può dire che la memoria DDR operante alla frequenza xyz ha bandwidth doppia rispetto a quella della memoria SDRAM operante alla stessa frequenza xyz. DrDram (DirectRambusDram): questo nuovo standard per le memorie è stato introdotto da Intel specificamente per l'impiego con il chipset i820. Usa un solo canale per dati e riferimenti, con un protocollo simile a quello utilizzato nelle reti e velocità propria (fino a 800 Mhz). Usa un bus più piccolo della Ddr Sdram (a 16 bit) ed è il concorrente attuale della Ddr Sdram

37 RAM: quale usare Lo standard attuale è ancora Sdr SDram che usa la velocità del Fsb sul fronte di salita del segnale di clock (ram a Mhz) Le Ram più veloci sono Ddr Sdram e DrRam. Il notebook che sto usando ha 256 Mbyte Ddr Sdram) La scelta dipende dall utilizzo richiesto

38 RAM: statica e dinamica Sram (static ram) E più veloce della Dram (fino a 4 nanosec) E più costosa della Dram Non ha bisogno di refresh per conservare le informazioni registrate nelle celle di memoria (circuito a due transistor flip - flop ) E utilizzata per la cache di II livello Dram (dynamic ram) Richiede un refresh perché i condensatori perdono lo stato (la carica) Celle di transistor organizzate in colonne e righe

39 Cache RAM e memorie Sram Quando viene richiesto al processore di elaborare una particolare operazione (ad esempio, effettuare il rendering di un'immagine), quest'ultimo richiama i dati necessari e li memorizza all'interno della memoria di sistema, dalla quale li preleverà nel momento in cui dovrà rielaborarli. La velocità alla quale il processore elabora i dati è quella di clock (ad esempio, 1800 Mhz), mentre quella alla quale la memoria di sistema sposta i dati è quella di bus, decisamente più ridotta (es. 133 Mhz); si deduce abbastanza chiaramente che la frequenza di lavoro della memoria di sistema rappresenta un collo di bottiglia alle prestazioni complessive, in quanto il processore è costretto ad "aspettare" che i dati vengano a lui forniti dalla più lenta memoria di sistema; chiamiamo questo fenomeno latenza. Per ovviare a questo inconveniente è stata introdotta la memoria cache (di tipo SRAM), un particolare tipo di memoria di dimensioni molto ridotte che lavora non alla frequenza di bus ma ad una frequenza più elevata e che serve per velocizzare le transazioni dei dati tra memoria di sistema e processore. In dettaglio, esistono due tipi di memorie cache: - cache L1 o di 1 livello: è in genere contenuta all'interno del Core del processore e opera alla frequenza di clock. La dimensione varia tra 8 e 256 Kbyte - cache L2 o di 2 livello: a seconda del tipo di architettura è posta o all'interno del Core del processore oppure sulla motherboard; opera a frequenze differenti, variabili tra la frequenza di bus e quella di clock. La dimensione varia tra 256 Kbyte e 2 Mbyte

40 Memorie Cache e memorie Sram Consentono di sincronizzare memorie con velocità diverse Memorizzano l indirizzo delle ultime informazioni richieste al livello di memoria successivo Hanno velocità e costo decrescente Le memorie vengono interrogate dalla CPU nell ordine L1, L2, Ram, cache HD, HD

41 Velocità e portata delle componenti Un computer è costituito da elementi con funzioni e caratteristiche specifiche, con la necessità comune di scambiare dati alla massima velocità possibile Ogni componente è collegato agli altri tramite un canale (bus) e ha una velocità propria (clock) che deve essere armonizzata con quelle delle altre parti Componente Ampiezza bus (in bit) Clock (in MHz) Velocità (Mps) CPU (Pentium 4 Northwood) 19,2 Gps RAM 64 FsB 133 (Sdram) 1,06 Gps RAM 64 FsB 266 (Ddr Sdram) 2,13 Gps Slot PCI 32 33/66 132/264 Slot AGP (AGP 1x) 264 Controller ATA Controller SerialATA

42 Porte di comunicazione Porta Caratteristiche Utilizzo Velocità A 9 o 25 pin, anche alte distanze Modem, mouse 115 Kbits/sec Parallela Basse distanze Stampante 800 Kbits/sec Ps/2 Porta seriale rotonda introdotta con il pc IBM PS/2 Tastiera, mouse 256 Kbits/sec USB Alta velocità e riconoscimento plug & play Tutte le periferiche di nuova generazione 12 Mbits/s Ampia larghezza di banda Standard utilizzato per le trasmissione dati con telecamere digitali 800 Mbits/s Seriale RS 232 IEEE 1394 (Firewire)

43 Memorie di massa Floppy disk: consente di memorizzare 1,44 milioni di byte (caratteri) su un dischetto flessibile di mylar, inserito in un supporto di plastica Dischi fissi: consente di memorizzare miliardi di caratteri (Gbyte) su un disco non rimovibile Cd Rom (compact disk): tecnologia laser per la lettura (CDRecordable) - scrittura (CD-ReWritable) di dischi magnetoottici. Capacità di circa Mbyte Dvd (digital versatile disk): il codice digitale e le tracce presenti sul disco ottico sono miniaturizzate. Consente di memorizzare da 4,7 a 17 Gbyte di dati Zip, Jaz: dischi fissi rimovibili con capacità da 100 Mb (Zip) a 2 Gb (Jaz)

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46 Memorie di massa: il disco fisso Sono costituiti da 4 dischi da 3,5 pollici fissati insieme e sigillati all interno di un supporto di metallo I dischi sono fissati ad un motore e vengono letti/scritti da una testina fissata su un braccio mobile Hanno velocità di rotazione di 7200 giri al minuto contro i 360 di un Fd La velocità di accesso ai dati si misura in millisecondi Vengono controllati da una scheda (controller) che posiziona la testina sul disco e gestisce il flusso di dati da e verso il disco Controller tipiche: IDE (Integrated Drive electronic), 16 bit e 1 disco; EIDE (Enhanced ide), 32 bit, 2 dischi, Ultra ATA, ATA 100, ATA 133, SerialATA (Advanced Technlogy Attachment), 64 bit, 2 dischi; SCSI (Small Computer System Interface), 64 bit, 7 dischi

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52 Memorie di massa: il disco fisso Da molti anni sulle motherboard sono presenti i connettori Parallel ATA EIDE, che permettono il collegamento di hard disk, lettori CD ROM e tutto quello che è dotato di tale interfaccia. Questa realtà ha subito negli anni diversi aggiornamenti: attualmente le motherboard integrano connettori ATA100 oppure ATA133, che permettono fino a un massimo, rispettivamente, di 100 e 133MB per secondo di transfer rate teorico. Lo standard però comincia ad accusare alcuni limiti, non solo a livello prestazionale. L'interfaccia EIDE prevede il collegamento fino a due periferiche per ogni connettore, ad esempio hard disk e masterizzatore, ma prevede anche la comunicazione di una singola periferica alla volta, cosa che di fatto rende impossibile la comunicazione delle due periferiche contemporaneamente Lo standard Serial ATA si pone come obiettivo quello di risolvere alcuni di questi problemi, almeno sulla carta. Nato da una collaborazione fra i colossi dell'hardware e del software, promette molte novità fra le quali la connessione di una singola periferica ad un singolo slot, eliminando quindi i problemi che possono insorgere nel flusso di dati e nella configurazione di master, slave o cable select e quelli dovuti alla comunicazione con altre periferiche. Il cavo di collegamento, molto sottile, adotta solo 4 fili contro i 26 dell'attuale standard. Altra funzione da non sottovalutare è la possibilità di collegare o scollegare "a caldo" le unità (hot swap), rendendo così disponibili funzionalità finora precluse all'utente che non utilizzi controller adatti allo scopo. I vantaggi offerti da questa interfaccia però non finiscono qui, in quanto deve essere preso in considerazione anche il discorso transfer rate. A questo punto occorre aprire una parentesi su questo argomento, fonte di malintesi e false credenze. Partiamo dai fatti: attualmente l'interfaccia ATA 133 permette un transfer rate massimo, teorico, di 133 MB per secondo, mentre il Serial ATA, almeno nella prima generazione, 150 MB (sono previsti 300 e 600 MB al secondo per le future generazioni).

53 Memorie di massa: partizioni e formattazione Un hard disk nuovo è pre-formattato, cioè incorpora le informazioni su cilindri, tracce e settori; per poterlo utilizzare è necessario formattarlo, ma prima di fare questo è indispensabile partizionarlo (una o più partizioni) e scrivere su esso le informazioni della(e) partizione(i) e del boot sector. Queste operazioni prendono il nome di file system, cioè sistema attraverso il quale i dati vengono scritti sul disco. Il file system è diverso in base al tipo di sistema operativo che viene utilizzato: F.A.T.12/16bit per MS-Dos fino alla versione 7.0 e per Windows 95 release B esclusa; F.A.T. 32bit per Windows 95 Release B ( B); NTFS per Windows NT; HPFS per OS/2. Per le partizioni del disco di un computer che esegue Windows XP sono disponibili tre diversi file system, ovvero NTFS, FAT e FAT32.

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55 Architettura di un Computer Altri Componenti Scheda video Scheda audio Monitor Casse acustiche Stampante Modem Scanner Webcam

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