Dentro il computer. Cosa c è dentro un computer? La scheda madre 18/11/2010. La struttura hardware secondo von Neumann (1946) MEMORIA

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1 8//2 Lez. 3 Dentro il computer Cosa c è dentro un computer? Apriamo la scatola magica 5// La scheda madre È la base di tutta la componentistica Si fissa sul case del pc, un po come la pasta per la pizza si stende sulla teglia Su di essa vengono inserite delle schede di espansione, come gli ingredienti della pizza La struttura hardware secondo von Neumann (946) Central Processing Unit (CPU) Unità di controllo + Unità aritmetico-logica + Registri ISTRUZIONI DATI INPUT MEMORIA programmi e dati OUTPUT

2 8//2 Slot PCI-express North Bridge INPUT OUTPUT Porte I/O La memoria ROM-EPROM-FLASH Batteria tampone (litio) Central Processing Unit (CPU) Unità di controllo + Unità aritmetico-logica + registri MEMORIA programmi e dati Socket per CPU Contiene il BIOS (Basic Input-Output System) della scheda madre; è un insieme di istruzioni dalle funzionalità molto limitate: eseguire il controllo dell'hardware all'accensione (il POST, Power On Self Test) avviare un programma di gestione delle periferiche se non vengono rilevati errori nell'esecuzione dei test; avviare una schermata a video con una breve descrizione dell'hardware presente; far partire la routine di boot che avvia l'os. South Bridge Connettore IDE Connettore SATA Slot per memorie RAM Il chipset IL MICROPROCESSORE Il Chipset è un componente che mette in contatto la CPU con le altri parti della scheda madre Normalmente i chipset sono costituiti da 2 chip separati (da cui il nome) Il Northbridge ha il compito di gestire le connessioni CPU-memoria-AGP/PCI Express Il Southbridge è invece la parte più lenta del Chipset. le informazioni provenienti dalla CPU possano prima dal northbridge e solo successivamente nel southbridge. Si deve dunque fare carico delle connessioni riguardanti gli Slot PCI e via dicendo, fra cui ovviamente il controller per i dischi rigidi con interfaccia EIDE e SerialATA Il cuore della macchina: la CPU Contiene diversi circuiti, ognuno dei quali preposto ad un compito specifico È necessario che ogni circuito sappia quando inviare e quando ricevere le informazioni dagli altri Questo compito (come un vigile urbano) spetta al Clock del processore Il cuore della macchina: la CPU CU: Control UNIT, l unità che controlla tutti i processi; legge dati ed istruzioni dalla memoria centrale e li esegue, poi li memorizza adeguatamente; Qui arrivano anche i segnali esterni sullo stato del sistema, tra cui i colpi del clock; ALU: Arithmetic-Logic UNIT, che esegue le operazioni aritmetiche e logiche Registri: celle di memoria interne alla CPU usate per immagazzinare le informazioni utili per eseguire le istruzioni Bus: le strade di comunicazione che permettono ai dati, agli indirizzi e ai risultati di viaggiare dentro la CPU e fuori di essa verso la memoria Clock: permette a tutti gli elementi interni e esterni alla CPU di muoversi a ritmo, come in una coreografia FPU: Floating Point Unit, che si occupa di eseguire calcoli in virgola mobile. 2

3 8//2 Il CLOCK È necessario un segnale ritmico per sincronizzare il funzionamento dei vari dispositivi È generato da un oscillatore a cristalli di quarzo È simile al timoniere del canottaggio Il CLOCK /2 La frequenza o velocità di clock è il numero di colpi di clock che vengono eseguiti in una determinata unità di tempo L'unità di misura usata è l'hertz, ovvero il numero di cicli di clock eseguiti in un secondo Poiché i clock sono in genere molto veloci, si usano i multipli kilohertz (Khz), megahertz (Mhz) e gigahertz (Ghz) per indicare rispettivamente mille, un milione e un miliardo di cicli al secondo. I bus Il Bus è un circuito che mette in contatto le varie parti della scheda Più il Bus è veloce, più veloci saranno i dati che viaggiano da una parte all'altra della scheda Il Bus è composto principalmente dall'fsb (Front Side Bus), che connette la CPU al Nortbridge, e ha una velocità che varia dai 66 agli 8 MHz. Fra i vari Bus: Il Back Side Bus che collega la CPU alla memoria Cache Il Bus di memoria che collega il northbridge alla memoria I bus IDE o ATA che connettono il southbridge ai dischi Il bus AGP che connette la scheda video alla CPU. Il bus PCI che connette gli slot PCI e AGP al southbridge RISC e CISC Complex Instruction Set Computer (anni 6) Istruzioni molto complesse Tempi diversi per ogni istruzione Numerosi accessi alla RAM Lentezza di esecuzione Reduced Instruction Set Computer Tempi identici per ogni istruzione Istruzioni ridotte al minimo Nessun accesso intermedio alla RAM (load/save) Velocità (ma uso di molti registri interni) La memoria RAM Detta anche memoria principale È l acronimo di Random-Access Memory, memoria ad accesso casuale È volatile Contiene programmi e dati (ricordate Von Neumann?) nel momento in cui vengono utilizzati 3

4 8//2 I dispositivi di memoria (magnetici ottici) Le porte di I/O La Memoria di massa o hard disk: costituisce la memoria ausiliaria dell elaboratore, un estensione della memoria centrale, dove vengono appoggiati dati e programmi. Floppy disk: dischetti che contengono circa,44 Mb CD-ROM : contiene fino 75 MB di dati Porta VGA Porte USB Ingressi/uscite audio Porta Ethernet La rivoluzione delle memorie a disco I dispositivi di memoria di massa si dividono in due categorie, a seconda della modalità di accesso ai dati: ad accesso sequenziale (nastri): per cercare un dato è necessario accedere a tutti quelli che lo precedono sul dispositivo; ad accesso diretto ai dati (dischi). È possibile grazie all indirizzamento di porzioni (blocchi) del dispositivo. DVD: contiene da 4,7 a 7 GB HARD DISK È costituito da una serie di dischi magnetici rigidi (piatti) sovrapposti e ruotanti su un asse verticale La superficie è divisa in aree di memoria, sui cui scrive e legge una testina Le testine sono il doppio dei piatti FLOPPY DISK Un magnete circolare Si tratta di un insieme di dischi di alluminio sovrapposti, ricoperti di un film magnetico e posti sottovuoto flessibile, protetto da un involucro di plastica. Anch esso è suddiviso in tante aree di memoria, costruite attraverso la FORMATTAZIONE. Contiene,44 Mb 4

5 8//2 CD ROM e DVD Durata delle memorie Il disco ottico è fatto Dischi ottici: circa 5 anni di tre strati, di cui uno in vetro temperato che produce un sostrato rigido, poi una superficie di registrazione in lega metallica e infine un involucro di plastica trasparente. Dischi magnetici: circa anni Nastri magnetici: circa 5 anni Gli strati esterni si logorano e lasciano le proprie tracce sugli strati interni alterandone i dati Serve anche a questo?? Operazione logiche?? Le dobbiamo pensare come operazioni per le quali al posto di e di utilizziamo VERO e FALSO Come input 2 valori (2 bit) e come risultato solo valore ( bit) Perché la CPU deve fare questi conti? AND Corrisponde grosso modo alla nostra congiunzione e Oggi piove e oggi è mercoledì È vera solamente se entrambi i membri sono contemporaneamente veri OR A B A and B Corrisponde al nostro o non esclusivo Vel in latino CRASH!!! O è caduta una bottiglia, o è caduto un bicchiere A B A or B 5

6 8//2 XOR Corrisponde al nostro o esclusivo Aut in latino Dico una bugia o dico la verità È vera solo se si verifica una delle due condizioni NOT A B A or B Corrisponde al nostro non Ha come input un solo bit A Not A Cos è? A che serve? Una scintilla vitale BIOS = autocoscienza S.O. = comunicare con noi Ma anche la nostra stessa lingua! Caratteri o GUI? Il Sistema Operativo P.A.R.C. Xerox Star (27/4/8) Xerox 8 Information System Palo Alto Research Center Divisione di ricerca della Xerox, fondata nel 97 da George Pake (un fisico) Molte invenzioni informatiche sono nate qui: mouse gui stampanti laser Ethernet ecc Furono vendute solo 25 unità, causando il fallimento del progetto I sistemi Apple Macintosh (e Lisa) commercializzati dalla Apple vendettero milioni di unità Si trattava di una workstation e aveva la possibilità di essere connesso via Ethernet ad altri computer e di condividere stampanti 6

7 8//2 La struttura a cipolla Dal punto di vista strutturale il sistema operativo è formato da un insieme di livelli, che formano la cosiddetta struttura a cipolla Ciascun livello fornisce un insieme di funzioni e di servizi a partire dalle funzioni e dai servizi forniti dal livello sottostante È un software formato da vari sottoprogrammi (moduli) Il file system Immaginate l hard disk come un quaderno con molte pagine Problemi: Quando un file viene cancellato rimangono delle pagine vuote La modifica di un file può dare origine ad una versione più corta o più lunga di quella precedente Nel primo caso rimangono delle pagine vuote Nel secondo caso la modifica può essere impossibile perché ci potrebbero essere dei file che occupano le pagine seguenti a quelle del file da modificare Come risolvere questi problemi? HW Indicizzare i file Kernel (nucleo) Saggio n : pag. 2, pag. 4, pag. 7 Colloquia direttamente con l hardware Saggio n 2: pag., pag. 3, pag. 5, pag. 8 Assegnazione del tempo ai processi in Saggio n 3: pag. 6, pag esecuzione Priorità tra i processi Attività contemporanea di più processi (multitasking = accesso all hardware da parte di programmi diversi) 7

8 8//2 Bibliografia Michael A. Hiltzik, Dealers of Lightning. Xerox PARC and the dawn of the computer age, New York, HarperCollins, 999. Bibliografia Tozzo Pepe, Tecno retro. Dai primi strumenti tecnologici ai gadget digitali del 2 secolo, mondadori informatica, 26 8