Elementi di informatica

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1 Elementi di informatica La memoria di massa La gestione dell I/O Una gerarchia di memoria Ottenuta per generalizzazione dell applicazione del principio di località e tipicamente costituita da 1. registri contenuti nella CPU (qualche KB) 2. cache (da circa 32KB a circa 1024KB) 3. memoria principale (da circa 64MB a qualche GB) 4. dischi fissi (da qualche GB a qualche TB) 5. nastri magnetici e dischi ottici (da qualche GB a qualche TB per ogni supporto) Man mano che ci si sposta verso il basso nella gerarchia aumenta il valore dei parametri fondamentali: aumenta il tempo di accesso; aumenta la capacità di memorizzazione; ma diminuisce il costo per bit. 1

2 Una gerarchia di memoria tecnologia magnetica (HD esterni) Supporti esterni tecnologia ottica (CD, DVD) tecnologia elettroni ca (flash disk) Registri Cache I liv Cache II liv RAM CPU Disco fisso (hard disk) tecnologia magnetica Circuito Integrato (chip) Scheda madre (motherboard) Involucro esterno del calcolatore ( case) Caratteristiche dei diversi livelli Livello Registri Capacità ~ 1 KB Tempo di accesso ~ 0.2 ns (1 ciclo di clock) Transfer rate (GB/s) Cache I livello ~ 32 KB ~ 0.4 ns (2/4 cicli di clock) Cache II livello Cache III livello ~ 1/2 MB ~ 2/8 MB ~ 1/2 ns (5/10 cicli di clock) ~ 5 ns ~ 100 ~ 50 Memoria centrale ~ 2/8 GB ~ 50 ns (1ª parola richiesta) ~ 10 ns (parole successive) ~ 5/10 Dischi interni Dischi esterni > 300 GB > 300 GB ~ 10 ms ~ 10 ms 0.15/0.6 ~

3 I nastri e i dischi magnetici Sono costituiti da un supporto ricoperto da un sottile strato di materiale magnetico le cui condizioni di memorizzazione consentono di memorizzare i dati; Le operazioni di lettura/scrittura sono effettuate tramite una testina che può rilevare ed eventualmente modificare lo stato di magnetizzazione Dischi magnetici Sono piatti d alluminio (o di altro materiale) ricoperti di materiale ferromagnetico. Fattore di forma (diametro) Sempre più piccolo (consente velocità di rotazione maggiori) 3,5 pollici per i sistemi desktop e fino a 1 pollice per i mobili. Testina di un disco (strumento di lettura / scrittura) È sospesa appena sopra la superficie magnetica Scrittura: il passaggio di corrente positiva o negativa attraverso la testina magnetizza la superficie; Lettura: il passaggio sopra un area magnetizzata induce una corrente positiva o negativa nella testina. 3

4 Tracce e settori Traccia (track): sequenza circolare di bit scritta mentre il disco compie una rotazione completa; La larghezza di una traccia dipende dalla dimensione della testina e dall accuratezza con cui la si può posizionare; la densità radiale va da 800 a 2000 tracce per centimetro (5-10 um per traccia); Tra una traccia e l altra c è un piccolo spazio di separazione (gap) Settore (sector): parte di una traccia corrispondente a un settore circolare del disco Un settore contiene 512 byte di dati, preceduti da un preambolo, e seguiti da codice di correzione di errore; La densità lineare è di circa Kbit per cm (0,1 0,2 um per bit) Tra settori consecutivi si trova un piccolo spazio (intersector gap) Formattazione: operazione che predispone tracce e settori per la lettura/scrittura Un 15% circa dello spazio disco si perde tra gap preamboli e codici di correzione degli errori. 4

5 Prestazioni dei dischi Tempo di accesso (ms o10-3 s) Seek time La testina deve arrivare alla traccia giusta; Dipende dalla meccanica (5-15 ms, 1 per tracce adiacenti) Latency Il disco deve ruotare fino a portare il dato nella giusta posizione; Dipende dalla velocità di rotazione ( RPM 2,7-5,4 ms) Transfer rate (MBps) Velocità di trasferimento del disco Dipende dalla velocità di registrazione e dalla densità di registrazione Un settore di 512 byte richiede fra 25 e 100usec (5-10 MB/sec) Hard disk Un tipico hard disk è alloggiato all interno di un disk drive dove si trovano più dischi sovrapposti a distanza di pochi millimetri; Le testine sono posizionate tra un disco e l altro; Un motore viene utilizzato per far ruotare i dischi e tutti gli elementi elettronici necessari per il controllo e le operazioni di lettura scrittura 5

6 Hard disk Alcuni sono equipaggiati con interfacce veloci di ingresso uscita dette SCSI (Small Computer Standard Interface) Floppy disk Funzioni: Distribuzione software su larga scala (avvento dei PC) Archiviazione dati; Struttura analoga a quella di un disco magnetico Il disco si ferma quando non è operativo L avvio della rotazione comporta un ritardo di ½ sec; Caratteristiche tipiche di un floppy da 3,5 Capacità di 1.44 MB Tracce x Settori: 80 x 18 RPM= 300 Velocità di trasferimento di 500Kbps 6

7 Velocità lineare vs. angolare Memorie Flash Funzioni:? trasferimento dati (la capacità dei floppy è limitata);? archiviazione dati sensibili. Tecnologia elettronica non volatile? bassi consumi? piccole dimensioni? capacità dai 256MB ai 4GB File system come per i dischi? Il sistema operativo gestisce l accesso come se fossero dischi; 7

8 La memoria di massa ottica: i dischi Lettura ottica basata sulla riflessione (o sulla mancata riflessione) di un raggio laser. Densità di registrazione più alte dei dischi magnetici. Creati in origine per registrare i programmi televisivi, poi usati come dispositivi di memoria nei calcolatori. Compact Disk - CD 8

9 Lettura di un CD 9

10 CD ReWriteable (CD RW) Digital Versatile Disk (DVD) 10

11 Diversi formati di DVD Nastri magnetici 11

12 Gestione dell I/O Collegamento periferica-calcolatore 12

13 Esigenze A controllo di programma 13

14 A interruzione DMA 14

15 Struttura fisica di un PC 15

16 Terminali Monitor CRT (Cathode Ray Tube) 16

17 LCD (Liquid Crystal Display) Struttura di un LCD 17

18 Terminali a caratteri Terminali grafici 18

19 Mouse Interazione mouse computer 19

20 Porte Standard Universal Serial Bus USB Definito da un consorzio (Intel, Compaq, Microsoft, ), con l intento di sostituire le attuali porte seriali e parallele. Velocità di 12 MBit/sec. Collega fino a 127 periferiche in cascata. Può alimentare direttamente le periferiche a basso consumo (e.g. tastiere e mouse). Completamente Plug and Play (anche per collegamento a caldo ). USB 2.0 (1999) arriva fino a Mbps. 20

21 Definizioni dpi (dots per inch) -- misura la qualità Numero di punti che la stampante è in grado di riprodurre in un pollice lineare (2,54 cm) ppm (pagine per minuto) -- misura la velocità (stampanti laser e inkjet) Numero di pagine che la stampante è in grado di riprodurre in un minuto cps (caratteri per secondo) -- misura la velocità (stampanti ad aghi) Numero di caratteri che la stampante è in grado di riprodurre in un secondo Stampante ad aghi 21

22 Stampante a getto d inchiostro Stampante laser 22

23 Modem Modem 23

24 Tassonomia dei calcolatori Quantità vs. qualità Calcolatori disponibili 24

25 Calcolatori disponibili Calcolatori disponibili 25

26 Calcolatori disponibili Calcolatori disponibili 26