ARCHITETTURA DI UN PC

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1 ARCHITETTURA DI UN PC UN COMPUTER E UNA MACCHINA ELETTRONICA CAPACE DI RICEVERE, TRASMETTERE, MEMORIZZARE ED ELABORARE DATI E INFORMAZIONI DI TIPO AUDIO, VIDEO E TESTO CARLO GRAZI Architettura di un PC 1

2 La macchina di von Neumann Nella seconda metà degli anni 40, un grande matematico, John von Neumann realizzò il primo calcolatore digitale programmabile. Egli lo costruì su un modello architetturale che ancora oggi rimane nella costruzione dei moderni elaboratori. CARLO GRAZI Architettura di un PC 2

3 Tutti i calcolatori attuali si rifanno all architettura di Von Neumann, costituita dalle seguenti componenti: Unità Centrale - CPU (Central Processing Unit) Memoria centrale (RAM) Bus di sistema Dispositivi (Periferiche) di input Dispositivi (Periferiche) di output Unità di Memoria di massa (Hard Disk) CARLO GRAZI Architettura di un PC 3

4 PARTI FONDAMENTALI DI UN COMPUTER HARDWARE: parte fisica e tangibile. Tutto ciò che occupa fisicamente uno spazio SOFTWARE: istruzioni e programmi che permettono il funzionamento dell hardware, localizzati nell hardware CARLO GRAZI Architettura di un PC 4

5 L HARDWARE C.P.U. Central Processing Unit (unità centrale di elaborazione) costituisce il cuore o meglio il cervello di un personal computer CARLO GRAZI Architettura di un PC 5

6 L HARDWARE La CPU, comunemente chiamato MICROPROCESSORE, svolge le funzioni di calcolo, controllo logico, gestione della memoria ed ha il compito di eseguire i programmi immagazzinati nella MEMORIA CENTRALE detta PRIMARIA. La CPU è installata nella Scheda Madre (motherboard) Il lavoro della CPU viene scandito dagli impulsi di un orologio (CLOCK) che compie MILIARDI di battiti (cicli) al secondo GIGAHERTZ (GHz). 1 hertz (unità di misura della frequenza) equivale ad un ciclo al secondo. Tanto piú il processore è potente, tanto più sará veloce l'elaborazione dei risultati delle operazioni. La velocità e la potenza di un computer dipendono però anche dalla larghezza del bus, ovvero dal numero di bit (ampiezza del singolo dato) che il processore è in grado di ricevere e di elaborare simultaneamente Attualmente, i processori sono in grado di elaborare dati rappresentati con 64 bit INTEL e AMD i marchi più conosciuti CARLO GRAZI Architettura di un PC 6

7 PARTI FONDAMENTALI DELLA C.P.U. A.L.U.: Unità Logich Aritmethic: esegue operazioni numeriche (somme e sottrazioni) o di tipo logico (vero/falso) C.U. Control Unit: ha il compito di gestire il software e tutti i dispositivi connessi al PC, utilizzando BUS interni: legge le istruzioni da eseguire, le riconosce e ne sovrintende l esecuzione REGISTRI: piccole memorie ad alta velocità per memorizzare risultati temporanei CARLO GRAZI Architettura di un PC 7

8 C.P.U. Schema a blocchi di una CPU A.L.U BUS INTERNO UNITA DI CONTROLLO REGISTRI CARLO GRAZI Architettura di un PC 8

9 BUS Il BUS è una parte hardware del calcolatore dedicato al trasferimento dei dati e delle informazioni di controllo BUS INTERNO ALLA CPU che mette in comunicazione Registri/Alu/CU BUS DI SISTEMA crea un canale di comunicazione tra la CPU, memorie, periferiche e unità I/O CARLO GRAZI Architettura di un PC 9

10 MOTHERBOARD SCHEDA MADRE O SCHEDA DI SISTEMA E IL SUPPORTO FISICO SU CUI VENGONO ALLOGGIATI LA CPU, LE MEMORIE, SCHEDE AUDIO E VIDEO, BUS ESTERNI E ALTRE PERIFERICHE CARLO GRAZI Architettura di un PC 10

11 MEMORIE POSSONO ESSERE : LE MEMORIE SONO DEI CIRCUITI ELETTRONICI CHE HANNO IL COMPITO DI MEMORIZZARE ISTRUZIONI E DATI SOTTO FORMA DI CODICE BINARIO. 1) interne: RAM, ROM, CACHE 2) esterne: HARD DISC, CD, DVD, PEN DRIVE CARLO GRAZI Architettura di un PC 11

12 CLASSIFICAZIONE DELLE MEMORIE In base al tipo di memorizzazione si distinguono in: A) VOLATILE: il contenuto informativo viene conservato fino allo spegnimento del del computer. B) NON VOLATILE: quando l informazione rimane memorizzata indipendentemente dall alimentazione CARLO GRAZI Architettura di un PC 12

13 CLASSIFICAZIONE DELLE MEMORIE In base alla modalità di accesso si classificano in: A) AD ACCESSO CASUALE: quando è possibile leggere dalla memoria e scrivere su di essa in qualsiasi punto con lo stesso tempo di accesso B) AD ACCESSO SEQUENZIALE: quando i dati possono essere letti o scritti solamente seguendo un ordine sequenziale, rispettando cioè un determinato ordine. CARLO GRAZI Architettura di un PC 13

14 MEMORIE INTERNE RAM: Randon Access Memory: è la memoria centrale o di sistema, è di tipo volatile, ad accesso casuale cioè in qualsiasi momento è possibile accedervi -utilizzata per immagazzinare i dati, le istruzione, i file e i calcoli durante l elaborazione, quando si scaricano pagine web o quando si copiano file da memorie esterne. CARLO GRAZI Architettura di un PC 14

15 MEMORIE INTERNE ROM: Read Only Memory: è una memoria di sola lettura di tipo non volatile. Contiene le istruzioni per la fase di avvio del sistema (bootstrap) per l inizializzazione del funzionamento dei dispositivi video, audio, periferiche e porte I/O. I dati dalla memoria ROM non possono essere modificati In questa fase viene caricato il Sistema Operativo dal disco fisso alla Memoria Centrale (RAM) CARLO GRAZI Architettura di un PC 15

16 MEMORIE INTERNE CACHE: è una memoria temporanea utilizzata per trasferire dati tra dispositivi che operano con diverse velocità di lavoro: uno VELOCE-per esempio in fase di lettura da un CD, o quando si scarica una pagina WEB e l altro LENTO, quale può essere il trasferimento e la scrittura dei dati nella memoria RAM CARLO GRAZI Architettura di un PC 16

17 MEMORIA CACHE La memoria cache indica un area di memoria temporanea, che memorizza un insieme di dati che possano successivamente essere velocemente recuperati quando necessari. La memoria cache ed il suo utilizzo sono trasparenti al programmatore, in pratica "nascosti" allo stesso perché amministrata direttamente dal sistema operativo o dall'hardware. Una cache è associata ad una memoria "principale", in cui risiedono i dati. Essa è tipicamente di capienza inferiore rispetto alla memoria principale, ma il suo utilizzo è più conveniente in termini di tempo di accesso e/o carico sul sistema. Quando è necessario l'accesso ad un dato, questo dato viene prima cercato nella cache. Se è presente e valido, viene utilizzata la copia presente. Altrimenti, viene recuperato dalla memoria principale, e memorizzato nella cache, nel caso possa servire successivamente. CARLO GRAZI Architettura di un PC 17

18 MEMORIE ESTERNE O DI MASSA HARD DISK O DISCO FISSO è la memoria di massa principale per la memorizzazione di dati, testi, video, programmi dell utente (file) CARLO GRAZI Architettura di un PC 18

19 FASE DI SCRITTURA Il DISCO è costituito da materiale ferromagnetico protetto esternamente da un involucro di plastica. I dati vengono registrati mediante degli apparati elettronici chiamati MASTERIZZATORI (velocità di scrittura: 32x, 48x, Un 32x corrisponde ad una velocità di trasferimento dati fino a 4,8 MBps, mentre un 52x permette un trasferimento dati fino a 7,8MBps) Durante la SCRITTURA un elettromagnete memorizza i dati binari (0-1) sotto forma di microscopici campi magnetici. Gli 0 e 1 vengono codificati in base alla diversa polarizzazione dei micro-campi magnetici e rilevati tramite una sensibilissima testina in fase di lettura. CARLO GRAZI Architettura di un PC 19

20 SSD Solid-State Drive Un'unità a stato solido o drive a stato solido, in sigla SSD (Solid- State Drive), talvolta impropriamente chiamata disco a stato solido, è una tipologia di dispositivo di memoria di massa che utilizza memoria a stato solido (in particolare memoria flash) per l'archiviazione dei dati. La totale assenza di parti meccaniche in movimento porta diversi vantaggi, di cui i principali sono: rumorosità assente; minore possibilità di rottura; minori consumi durante le operazioni di lettura e scrittura; tempo di accesso ridotto: si lavora nell'ordine dei decimi di millisecondo; il tempo di accesso dei dischi magnetici è circa 50 volte maggiore, attestandosi invece sui 5 millisecondi; maggiore resistenza agli urti; maggiore durata: i dischi a stato solido hanno mediamente un tasso di rottura inferiore a quelli degli hard disk. minore produzione di calore; CARLO GRAZI Architettura di un PC 20

21 MASTERIZZATORE BLU RAY 4X PER SUPPORTI DVD IN ALTA DEFINIZIONE (IMMAGINI E VIDEO) FINO A 200 GB CARLO GRAZI Architettura di un PC 21

22 FASE DI LETTURA Durante la LETTURA, un laser proietta un raggio a bassa potenza sullo strato magnetico del disco. Il disco riflette la luce in due modi diversi a seconda del tipo di magnetizzazione presente (0-1) Un FOTODIODO rileva la riflessione del raggio e lo converte (codifica) in una successione di dati binari CARLO GRAZI Architettura di un PC 22

23 MEMORIE ESTERNE CD ROM: (Compact Disk-Read Only Memory -700MB) per la memorizzazione di file multimediali. CD R: (recordable) non riscrivibili CD RW: riscrivibili DVD (Digital Versatile Disk) da 4.7GB (130 minuti di filmato HD) a 17 GB Chiavette USB: memorie flash /porte USB (Universal Serial Bus) Memorie SD per fotocamere e telefoni cellulari CARLO GRAZI Architettura di un PC 23

24 CAPACITA DELLE MEMORIE La CAPACITA di una memoria rappresenta la quantità di informazioni elementari (bit) che può contenere e si misura in BYTE= 8 bit Il BIT (BInary digit), può assumere solo due distinti valori: 0 1, rappresenta la più piccola informazione che si può memorizzare Tutti i dati memorizzati in una memoria sono espressi con una sequenza ben definita di 0 e 1 Con 1 Byte (B) sono possibili 2 8 =256 combinazioni e quindi 256 informazioni elementari CARLO GRAZI Architettura di un PC 24

25 CAPACITA DELLE MEMORIE, ESPRESSA NEL SISTEMA INTERNAZIONALE DELLE UNITA DI MISURA SI 1 BYTE = 8 bit 1 kb = B 1 MB = kb 1 GB = MB 1 TeraB = GB 1 petab = TB 1 exab = PB CARLO GRAZI Architettura di un PC 25

26 PERIFERICHE INPUT TASTIERA TRACKBALL: Simile al mouse, viene azionato con un dito che fa ruotare una pallina. MOUSE FOTOCAMERA TELECAMERA SCANNER STILO PENNA LUMINOSA JOYSTICK SISTEMA DI LETTURA OTTICA CARLO GRAZI Architettura di un PC 26

27 PERIFERICHE OUTPUT MONITOR STAMPANTE (a getto d inchiostro, termiche, laser, a sublimazione di colore_per un alta qualità grafica) PLOTTER CASSE ACUSTICHE CARLO GRAZI Architettura di un PC 27

28 UNITA DI INPUT/OUTPUT I/O SONO DELLE PERIFERICHE CHE SVOLGONO CONTEMPORANEAMENTE SIA FUNZIONI D INGRESSO CHE D USCITA MODEM PER LA CONNESSIONE DEL PC ALLA RETE TELEFONICA (MODulazione-DEModulazione). Molto usata è la linea ADSL -acronimo di Asymmetric Digital Subscriber Line. Questa tecnologia permette di trasmettere dati attraverso linee telefoniche ad una velocità molto elevata. Questa sua caratteristica la rende ottimale per l utilizzo di connessioni Internet dove la velocità di trasmissione (upload doppino telefonico: 1-2 Mbps, fibre ottiche: >10Mbps) e ricezione (download: fino ai 20/30 Mbps) dei dati è fondamentale. La linea ADSL è una linea dedicata, per cui la linea telefonica rimane libera anche durante la connessione Internet. CARLO GRAZI Architettura di un PC 28

29 UNITA DI INPUT/OUTPUT I/O PORTA WIRE FIRE PER LA CONNESSIONE AL PC DI PERIFERICHE MULTIMEDIALI PER L ARCHIVIAZIONE E IL TRASFERIMENTO VELOCE DI FILE VIDEO PORTA WIRELESS (WLAN-WIRELESS LOCAL AREA NETWORK RETE LOCALE SENZA FILI) COMPOSTA DA UN ROUTER (TRASMETTITORE) E DA UN RICEVITORE (SCHEDA DI RETE). LA TRASMISSIONE DELLE INFORMAZIONI AVVIENE MEDIANTE ONDE RADIO BLUETOOTH VIDEO SENSIBILE AL TATTO (TOUCHSCREEN) CARLO GRAZI Architettura di un PC 29