Abilità Informatiche. Architettura di un elaboratore. Lezione 1

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1 Abilità Informatiche Architettura di un elaboratore Lezione 1

2 Computer, un po di storia. Gli albori dell'era informatica (anni quaranta) una specie di macchina per fare i conti superveloce, la naturale evoluzione delle calcolatrici. Schede perforate, fornivano l input. Nel 1957 viene realizzata nel Centro Studi dell'università di Pisa la macchina pilota, in scala ridotta, della Calcolatrice Elettronica Pisana (CEP) diminuiscono i tempi e costi di produzione

3 Computer, un po di storia. Il primo calcolatore per uso personale (1965) la Olivetti di Ivrea presenta alla fiera di New York del 1965 il primo calcolatore pensato per uso personale: il Programma 101 Gli home computer ( ) Apple II (giugno 1977) (il primo personal computer; il primo con grafica a colori e foglio di calcolo) Commodore VIC-20 (1980) (il primo computer al mondo ad essere stato venduto in oltre un milione di unità) Gestione elaborazione dati Commodore 64 (settembre 1982) (il più venduto modello di computer di tutti i tempi: più di 17 milioni di unità)

4 Il Computer Il computer, o elaboratore elettronico, è la macchina per la gestione automatica delle informazioni Esso è costituito da tre componenti: Hardware (la parte fisica del computer) Software (la parte intangibile, insieme di programmi) Firmware ( tipo di software le cui peculiarità consistono nel supporto in cui viene memorizzato, e nel ruolo che svolge all interno del calcolatore)

5 Tipologie di elaboratori elettronici In base alle funzioni che deve svolgere, il calcolatore si distingue per: capacità e velocità di elaborazione, memorizzazione delle banche dati, funzioni specializzate, costi, facilità d uso. Si distinguono in classi: Mainframe Minicomputer Network computer Personal computer Laptop computer Palmare

6 Tipi di computer Mainframe grandi sistemi di elaborazione dati aziendali, grandi banche dati elevate prestazioni, costi elevati, personale specializzato Network computer prestazioni e costi contenuti, dedicati ai singoli utenti; specializzati per essere interconnessi a computer di maggiore capacità (Sever Client) Personal computer prestazioni e costi contenuti, dedicati al singolo utente; capacità elaborative autonome, possibilità di essere collegati in rete Laptop computer personal computer trasportabili; ingombro ridotto, alimentazione autonoma Palmare sistema tascabile per prendere appunti; gestione rubriche; eseguire operazioni semplici

7 Le principali componenti Il Personal Computer nasce per elaborare, secondo un programma memorizzato, dei dati forniti dall esterno, producendo dei risultati da presentare anch essi all esterno Il flusso di dati forniti in ingresso si definisce input, mentre quello dei risultati prodotti si dice output. La fase di elaborazione dei dati viene definita processamento o elaborazione (processing), mentre la memorizzazione a lungo termine dei dati di input o è detta storage.

8 Struttura del Computer Un elaboratore è composto da 3 componenti principali: CPU (Central Processing Unit) unità in grado di interpretare ed eseguire le istruzioni Memoria (centrale o principale) supporto per la registrazione di dati e programmi Unità periferiche, di input e di output unità per scambiare dati con l ambiente esterno

9 Il processore

10 Ciclo del processore Il processore esegue in continuazione il ciclo preleva-interpreta-esegui Preleva dalla memoria principale la prossima istruzione di un programma preleva esegui Esegui l istruzione interpreta Decodifica l istruzione

11 Il ciclo di clock Ciclo di clock Parametro caratteristico di un processore è la durata del ciclo di clock Indica il tempo richiesto dal microprocessore a compiere un operazione elementare La frequenza del clock è espressa in MHz (Mega Hertz)

12 Il processore La scelta del processore incide profondamente sulle prestazioni complessive della macchina. Un processore è caratterizzato da: velocità di funzionamento (GHz) piedinatura (numero e disposizione dei contatti elettrici) logica di funzionamento (architettura)

13 La memoria

14 La memoria Svolge la funzione di magazzino per i programmi e i dati su cui deve operare il microprocessore L informazione digitalizzata viene rappresentata e salvata in memoria sotto forma di numeri binari Dati e programmi sono memorizzati in unità minime chiamate Byte Un byte è a sua volta costituito da 8 bit, una sequenza di 8 cifre binarie

15 Rappresentazione binaria La singola cifra binaria è detta bit (0 o 1) La scelta è dettata da ragioni di praticità ed economia Il bit rappresenta due stati Come una lampadina: accesa (1) o spenta (0) Combinazioni di bit in sequenze di lunghezza opportuna rappresentano i dati

16 Combinazioni di bit 1 bit 2 bit 3 bit 4 bit Ogni bit in più raddoppia il numero delle combinazioni possibili

17 Struttura della memoria La memoria è organizzata in locazioni di memoria o celle Ogni cella ha un indirizzo numerico, che la identifica univocamente

18 Struttura della memoria La memoria è organizzata in celle di una data lunghezza (spesso 1 byte di 8 bit) Valori grandi possono essere immagazzinati in celle consecutive (2/4/6 byte)

19 Dimensione della memoria La capacità di immagazzinare informazione in memoria (storage capacity) è indicata dal numero di byte di cui è costituita La capacità è espressa in diverse unità di misura: unità simbolo numero di byte kilobyte megabyte gigabyte terabyte KB 2 10 = 1024 MB 2 20 (> 1 milione) GB 2 30 (> 1 miliardo) TB 2 40 (> 1000 miliardi)

20 La memoria Per questioni di costi ed efficienza la memoria di un elaboratore è distribuita su dispositivi hardware diversi, che nel loro insieme costituiscono il sistema memoria dell'elaboratore, più comunemente chiamato gerarchia di memoria

21 La memoria I livelli di memoria generalmente presenti sono i registri, le cache, la memoria centrale, i dischi Una configurazione minima di un PC 32 registri, 512 Kbyte di cache, MB di memoria centrale e un disco di 160 GB

22 La memoria Esistono due categorie di dispositivi di memoria: le memorie volatili le memorie non volatili Le memorie volatili sono i dispositivi di memoria che perdono il loro contenuto quando viene loro a mancare l'alimentazione elettrica Le memorie non volatili invece mantengono l'informazione registrata anche in assenza di alimentazione elettrica

23 Le memorie volatili genericamente indicate con il termine RAM (Random Access Memory) i registri di CPU, le cache e la memoria centrale sono realizzati rifacendosi alla tecnologia dei circuiti integrati

24 Memoria Memoria Veloce o Memoria Centrale Consente di elaborare i dati in modo veloce Memoria di tipo elettronico, caratterizzata da un doppio stato: ON/OFF, Aperto/Chiuso La memoria centrale del PC è formata da : RAM (Random Access Memory), memoria ad acceso casuale ROM (Read Only Memory), memoria di sola lettura Memoria di massa del PC Disco fisso, supporti ottici, ultimamente flash memory(esempio: SD)

25 La RAM Ci sono due tipi: DRAM (dynamic RAM) deve essere aggiornato ogni pochi millisecondi SDRAM (synchronous DRAM), più veloce della DRAM DDR-SDRAM (o DDR), una SDRAM con velocità doppia SRAM (static RAM), più veloce di tutte le DRAM, ma molto costosa Inoltre si distingue: SIMM (single-in-line memory module), 64-bit data path, tipico per un PC DIMM (dual-in-line memory module), 128-bit data path, può trasferire più dati della SIMM (è più veloce della SIMM) Tipico per un PC moderne (veloce): SIMM con DDR-SDRAM (o DDR)

26 Dispositivi di Memoria ROM memoria il cui contenuto non può essere modificato viene utilizzata per la registrazione del programma Firmware che permette l esecuzione delle funzioni base del computer (avviamento) BIOS Basic Input Output System Caratterizzata da: Definizione del costruttore della macchina o componente è un chip inserito nella scheda madre

27 Le memorie non volatili I dispositivi più diffusi come memoria non volatile, sono i dischi magnetici

28 Memorie di massa Memorie di masse Floppy drive Hard disk (HD) CD DVD ZIP drive USB pen Ci sono due standard: IDE (Integrated Drive Electronics, es. Ultra DMA o Ultra ATA) SCSI (Small Computer System Interface)

29 I dispositivi di I/O o periferiche

30 I dispositivi di I/O Rappresentano l interfaccia del calcolatore verso il mondo esterno

31 I dispositivi di I/O monitor tastiera processore Le periferiche di input e output consentono interazione schermi tastiere mouse scanner touch screen memoria principale disco rigido Dischetto/ DVD/

32 I dispositivi di input I dispositivi di input acquisiscono informazioni espresse in un formato consono all operatore umano Le traducono in un formato consono all elaboratore le trasmettono alle componenti opportune del calcolatore Es.: mouse, tastiera, scanner, microfono

33 I dispositivi di output I dispositivi di output acquisiscono informazioni dall elaboratore nel formato di rappresentazione interno le traducono in un formato consono all operatore umano le visualizzano Es.: video, stampante

34 I dispositivi di I/O Ogni periferica è costituita da 3 componenti: Una componente visibile, il dispositivo in senso lato detto device Una componente elettronica di controllo chiamato device controller Una componente software device driver

35 I Bus I controller di tutte le periferiche devono essere collegati al microprocessore per poter prendere ordini dallo stesso Per svolgere questa funzionalità ogni elaboratore è provvisto di uno o più bus il bus è un insieme di cavi il bus fa convergere al microprocessore le informazioni provenienti dai vari controller paragonabile ad una strada su cui convergono più vie laterali provenienti dai vari controller

36 I Bus Periferiche diverse possono usare tipi di bus diversi, in genere in funzione della velocità di trasmissione dati I bus più diffusi: PCI : Generalmente usato sulla scheda madre tra memoria e processore SCSI : Usato per diversi tipi di periferiche in catena IDE : Generalmente usati per i dischi USB : Usato per periferiche di I/O

37 Dispositivi d Input La tastiera La tastiera italiana è la QWERTY, identificata dalle prime 6 lettere della tastiera ad ogni tasto sono associati due caratteri la selezione tra maiuscolo e minuscolo avviene tramite il tasto shift se si vuole scrivere sempre maiuscolo impostare il tasto Caps Look Per inserire il carattere presente su un tasto a tre simboli, premere contemporaneamente Alt Gr ed il tasto corrispondente Il tasto Canc permette di cancellare Il tasto Esc permette di interrompere una operazione

38 Dispositivi d Input Il mouse permette di spostare un puntatore sullo schermo, etramite due o tre tasti il click permette di associare delle operazioni di elaborazione tramite la tecnica Drag and Drop permette di trascinare degli oggetti e rilasciarli in punti diversi dello schermo, realizzando in questo modo, copie, collegamenti Dispositivi con funzioni identiche: trackball, dispositivo presente nei PC portatili, è una sfera incastrata nella tastiera touch pad, per PC portatili, il puntatore si sposta facendo scorrere il polpastrello sopra una superficie joystick, usato nei giochi, elevata manovrabilità

39 Dispositivi d Input Scanner (lettore ottico), dispositivo in grado di leggere i documenti in formato immagine, Tramite il software OCR (Optical Character Ricognition) traduce l immagine in testo (se è presente un testo) Lettore ottico di caratteri a barre (sistema di scrittura dei dati), lettura tramite raggio laser, presente sui prodotti Lettore di caratteri magnetici (carta bancomat) Microfono, dispositivo in grado di introdurre un suono nel PC, (Wave) riprodotto tramite casse acustiche. Utilizzato come riconoscimento vocale, può tradurre la voce in testo (comandi a voce, correggere la pronuncia)

40 Dispositivi di Output Schermo, video, monitor Stampante Plotter Casse acustiche, altoparlanti, cuffie Interfacce analogiche o digitali Registratori di tessere magnetiche Sintetizzatore vocale (phone banking) Registratori di tessere magnetiche Registratori di microfilm

41 Monitor La dimensione fisica di un monitor (17") si misura diagonalmente, come per la TV I monitor hanno capacità multimediali gestiscono testo, grafica, video, graphics, video Un monitor ha una risoluzione, che indica il numero di picture elements, detti pixels, che può visualizzare (es: 1280 x 1024) Una risoluzione alta (più pixels) fornisce immagini più chiare

42 Dispositivi di Output Stampante Consente di stampare su carta i risultati delle elaborazioni caratteristiche: Vecchia tecnologia, ad impatto (ad aghi) usata quando ci sono copie a ricalco Moderna tecnologia, a getto d inchiostro, laser bianco e nero che a colori velocità di stampa risoluzione Il collegamento della stampante al PC avviene tramite porta Parallela LPT, USB o Rete

43 Modem Ci sono strumenti per trasferire dati tra due computer Molti computer incorporano modem, che consente di trasferire dati sulla linea telefonica Uno strumento per trasferire dati ha una velocità massima di trasferimento Un modem può avere una velocità di trasferimento di bits per second (bps)

44 Struttura del PC - Case Nel Case sono alloggiati: Motherboard, scheda madre Unità Centrale di Elaborazione, UCE Memoria Centrale, RAM Floppy Disk, FD Hard Disk, HD Lettore CD Masterizzatore Porte native per attacchi tastiera, mouse, video Porte seriali, COM1 COM2, Porte parallele LPT1 e LPT2, UBS

45 Struttura del PC - Case Nel Case sono alloggiati: schede collegamento rete telefonica o rete locale processori per grafica o calcolo scientifico il BUS di collegamento per la trasmissione dei dati Al Case sono collegati tramite cavo: mouse, tastiera video, stampante

46 All esterno

47 E all interno

48 La scheda madre Slot AGP per scheda video PCI (Data Bus) - Slot di espansione Porte seriali e USB Porta parallela Chipset Socket per CPU Batteria tampone per alimentare la ROM 3 Slot per moduli RAM Clock BIOS (Flash eprom) Slot (E)IDE e ATA per la connessione di FD, HD, CD e DVD

49 Scheda madre

50 CPU-Scheda Madre

51 CPU un esempio: Pentium III

52 CPU un esempio: Pentium IV

53 Hard Disk

54 Schede aggiuntive

55 Ed infine Lettore DVD Lettore e masterizzator e CD Alimentazio ne PC e Monitor Porte Ps/2 Porte USB Porte seriali Porta parallela Uscite Video Drive Floppy disk Pulsante di accensio ne Pulsante di reset Porta joystick Uscite scheda audio (microfono,ca sse, cuffie) Scheda di rete davanti dietro

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