Le unità di ingresso/uscita (Input/Output)

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1 Le unità di ingresso/uscita (Input/Output) Le unità di ingresso/uscita (anche dette periferiche), permettono di realizzare l'interazione tra il computer e l'ambiente (compreso l'utente umano) La loro funzione primaria è quella di consentire l'immissione dei dati all'interno dell'elaboratore (ingresso), o l'uscita dei dati dall'elaboratore (uscita) Solitamente hanno un autonomia limitata rispetto al processore centrale (sono completamente controllati e coordinati dal processore)

2 Il controller Ogni dispositivo di I/O è collegato ad un dispositivo elettronico (il CONTROLLER) che gestisce il coordinamento tra processore, memoria e dispositivo in modo da garantire il corretto trasferimento di dati Il controller è parte del computer, non del dispositivo Lo stesso vale per i dispositivi di memoria secondaria

3 Collegamento con perficeriche I/O (esterne esempio stampante) CAVO controller ccomputer dispositivo (es. stampante) Dati e segnali di controllo

4 Architettura aperta e flessibile Il computer deve essere espandibile e configurabile a seconda delle esigenze dell utente L architettura deve avere la massima compatibilita rispetto all hardware esistente (anche per ragioni commerciali)

5 Collegamento tipico con dispositivi di I/O (e di memoria secondaria) dispositivo dispositivo SCHEDA Porta Interfaccia controller BUS CPU MEMORIA

6 Collegamento tipico con dispositivi di I/O (e di memoria secondaria) Un dispositivo puo essere collegato a una scheda (contenente il controller) montata su un interfaccia del bus mediante un cavo interno (es dischi interni) Oppure mediante una porta esterna (es. video) oppure puo essere connnesso alla scheda madre mediante una porta esterna (es. tastiera o mouse) in questo caso il controller risiede direttamente sulla scheda madre

7 Bus di I/O e interfacce Si usano bus locali per connettere rapidamente cpu/memoria/periferiche senza gravare il bus centrale. Questa organizzazione riguarda anche i dispositivi di memoria secondaria I bus sono connessi a interfacce (anche chiamate adattatori o slot di espansione) tra cui: EISA (Extended Industry Standard Architecture) PCI (Peripheral Component Interconnect) AGP (Accelerated Graphics Port)

8 Esempio di Motherboard (Scheda Madre) 1:ISA slot 2:PCI slot 3:AGP slot 4:ATX power connector 5:Chipset 6:CPU socket 7:RAM slot 8:IDE connector 9:Floppy disk connector 10:Batteria 11:BIOS chip

9 Collegamento con perficeriche I/O esterne COLLEGAMENTO SERIALE controller 1 bit segnali di controllo COLLEGAMENTO PARALLELO 8 bit controller CAVO dispositivo (stampante) CAVO dispositivo (stampante) segnali di controllo

10 Collegamenti/Porte Standard di collegamento seriale: RS-232-C: usata per i collegamenti telefonici (modem), ma anche per stampanti Viene trasmesso un bit per volta adatta a collegamenti a relativa distanza <300 metri Standard di collegamento parallelo: Centronics (usata per le stampanti) SCSI (usata per scanner, dischi esterni) Vengono trasmessi 8bit per volta, piu efficiente ma affidabile solo per distanze piccole <30 metri

11 Altre Porte USB (Universal Serial Bus): usata per quasi tutto (stampanti, scanner, mouse, fotocamere), efficiente PS/2 per tastiera e mouse FIREWIRE molto efficiente (usata per telecamere digitali etc ) ma solo per connetere dispositivi a breve distanza < 4 metri

12 Operazioni asincrone Una caratteristica comune a tutti i dispositivi è quella di operare in modo asincrono rispetto al processore Consideriamo una tastiera che produce dei dati di ingresso. Il processore non è in grado di prevedere e di controllare il momento in cui un dato di ingresso sarà a disposizione Allo stesso modo, il processore non può prevedere il momento in cui un dispositivo in uscita avrà terminato di produrre i dati in uscita Sono pertanto necessarie delle forme di sincronizzazione tra i dispositivi e il processore

13 Un dispositivo di ingresso deve avvertire il processore quando un dato di ingresso è disponibile Un dispositivo di uscita deve avvertire il processore quando ha terminato di produrre dati in uscita Le operazioni di sincronizzazione delle attività sono fondamentali sia per garantire il corretto funzionamento del dispositivo, sia per evitare di bloccare l attività del processore per la maggior parte del tempo I tre meccanismi di sincronizzazione più usati: A controllo di programma (usato solamente nei computer dedicati) Meccanismo di Interrupt (Interruzione) Dispositivi DMA

14 Meccanismo di Interrupt (per periferiche di I/O) Le unità che hanno terminato un'operazione inviano al processore un segnale, detto interrupt, per richiedere l'attenzione del processore stesso Ad ogni ciclo di clock il processore controlla se prima di iniziare l esecuzione della prossima istruzione del programma in corso è arrivato un segnale di interrupt da qualche dispositivo in caso affermativo esegue un programma di risposta al segnale arrivato e poi riprende quello sospeso altrimenti prosegue normalmente con l esecuzione del programma in corso

15 DMA - Direct Memory Access (interazione con memoria secondaria) Nei computer odierni, il controller di alcune periferiche (ad esempio del HD, il disco rigido), puo gestire l interazione con la memoria senza che i singoli dati vengano caricati nella CPU La CPU comunica solo al controller gli indirizzi di memoria le dimensioni dei dati da trasferire, ma il controllo dell esecuzione delle operazioni è delegato al controller In questo modo si scarica anche il Bus di connessione tra CPU e memoria dal compito di trasferire i dati

16 Unità di ingresso (input) tastiera Unità di I/O mouse (dispositivi di puntamento) scanner (OCR riconoscitori di caratteri) altri (fotocamere, sensori, lettori di codice a barre, microfono) Unità di uscita (output) video stampante casse Schede audio (Sound blaster)

17 La Tastiera La tastiera è il principale dispositivo di input I tasti possono essere così raggruppati : tasti alfanumerici; tasti speciali (il tasto ENTER, il tasto BACK SPACE); frecce direzionali; tasti funzione

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19 A: tasti funzione B: tasti di spostamento nel testo C: indicatori luminosi D,E: scorciatoie e applicazioni F: frecce di movimento G: tastierino numerico

20 La tastiera non ha capacità di elaborazione, l'unica cosa che è in grado di fare è di avvertire (interrupt) il processore ogni volta che un carattere è disponibile in ingresso, Il carattere viene depositato in una memoria temporanea (buffer) e i dati raccolti nella memoria temporanea vengono poi inviati al programma cui erano destinati La tastiera è un dispositivo di ingresso cieco, nel senso che l'utente non può vedere i dati immessi nel calcolatore E compito del processore riprodurre sul video tutte le informazioni fornite in ingresso tramite la tastiera. La tastiera e il video non sono pero direttamente collegati tra loro.

21 Dispositivi di puntamento: Il mouse Oggi quasi tutti i computer hanno un dispositivo di puntamento: il mouse Una freccia indica la posizione del mouse sul video e lo spostamento del mouse sul tavolo viene comunicato al processore, che produce lo spostamento corrispondente della freccia sul video Una volta raggiunta la posizione desiderata, premendo uno dei pulsanti del mouse si genera un segnale che può corrispondere a diverse funzioni Ci sono vari tipi di mouse, meccanici e ottici altri dispositivi di puntamento, trackball, tavolette grafiche, schermi sensibili (touchscreen), joystick

22 Il video Dal punto di vista fisico, un video può essere visto come una matrice di punti illuminati con diversa intensità Ogni punto sullo schermo è un pixel e un'immagine viene composta accendendo o spegnendo i pixel sullo schermo Oggi sono comuni video con un numero di colori che va da 256 fino a 16 milioni (profondità di colore)

23 Parametri del video Risoluzione: nei personal sono oggi comuni video con risoluzioni che vanno da 640X480 fino a 4096X3300 pixel (altissima risoluzione) Dot-pitch: Parametro correlato, è la distanza tra due pixel: più è piccola più l immagine è nitida Frequenza di refresh: (refresh rate) che indica la frequenza con cui le immagini sono ridisegnate sullo schermo. (Frequenze dai 70Hz garantiscono un immagine stabile senza tremolio)

24 Standard del video VGA (Video Graphic Arrays) 640x 480 colori a 8 bit (256 colori) SVGA (Super VGA) 600x800 fino a 24 bit (16 milioni di colori) XGA (Extended Graphic Arrays) 1024x 768 fino a 24 bit (16 milioni di colori)

25 Hardware specifico L immagine (codificata) che vediamo sul video, viene memorizzata in una memoria specializzata detta MEMORIA VIDEO (VRAM) che è parte della scheda video. L animazione e la grafica 3D richiedono inoltre una quantità enorme di dati che devono essere trasferiti ed elaborati per la visualizzazione Nei computer attuali è presente spesso un processore autonomo che gestisce l elaborazione grafica in modo da sgravare la CPU (Acceleratore grafico)

26 La dimensione di un video viene misurata in pollici e fa riferimento alla lunghezza della diagonale Ad esempio, quando si parla di un video a 14 pollici, indicati come 14", si intende un video con una diagonale lunga 14 pollici C è un rapporto ottimale tra dimensioni del video e risoluzione, non necessariamente una risoluzione elevata è adatta a video di piccole dimensioni

27 Tipi di video CRT (Raggi catodici) come i televisori LCD (Cristalli liquidi) a matrice attiva a matrice passiva (vecchio) PDP (Plasma)

28 La stampante I Parametri di valutazione delle prestazioni di una stampante sono: La velocità di stampa, che viene solitamente misurata in pagine al minuto (ppm), o linee al minuto (lpm) o in caratteri al secondo (cps), la risoluzione (qualità) di stampa, che indica quanto precisa è la riproduzione e si misura in punti per pollice (dpi= dots per inch)

29 Esistono diversi tipi di stampanti; i più comuni sono: Stampanti ad aghi Stampanti a getto di inchiostro Stampanti laser

30 Stampanti ad aghi (obsolete) Il simbolo da stampare è determinato da una matrice di aghi da cui esce l inchiostro La forma del simbolo da stampare è determinata dagli aghi sporgenti che vengono a contatto con la carta Qualità di stampa mediocre, stampanti economiche, usate ancora per moduli continui, copie carbone, stampa multipla Risoluzione ~ dpi Velocità < 20 ppm

31 Stampanti a getto di inchiostro La stampa è determinata da inchiostro liquido spruzzato sulla carta da ugelli molto piccoli contenuti in una testina Mediante la magnetizzazione dell inchiostro è possibile controllare la sua distribuzione sulla carta Qualità buona, stampanti economiche, costo elevato dell inchiostro, facile usura Risoluzione ~600dpi Velocità <6 ppm

32 Stampanti laser Procedimento simile a quello di una fotocopiatrice: L inchiostro solido viene fissato sulla carta mediante riscaldamento facendo passare il foglio di carta su un tamburo rivestito di materiale fotovoltaico I punti del tamburo sono caricati elettricamente mediante un fascio laser di dimensioni molto ridotte I punti caricati elettricamente attraggono particelle di inchiostro qualità elevata di stampacosti relativamente alti Risoluzione ~ dpi, velocità <30 ppm

33 Altri dispositivi di ingresso/uscita Scanner (I) bitmap/ocr Lettori di codici a barre (I) Modem (I/O) Microfono (I) Altoparlanti - Schede audio (O) (Sound blaster) Plotter (O) (usati per disegni tecnici di grandi dimensioni... Sensori e strumenti di varia natura

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