Lezioni di Informatica 14/12/2016. Università di Roma Tor Vergata Anno Accademico Architettura di un calcolatore

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1 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 1 di 43 Università di Roma Tor Vergata Anno Accademico Architettura di un calcolatore I calcolatori sono un po come gli esseri umani; infatti pur essendo diversi per ragioni di copyright, per grandi linee sono tra loro molto simili. HARDWARE SOFTWARE FIRMWARE COMPONENTI 2

2 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 2 di 43 HARDWARE Serve ad indicare tutte le componenti materiali di cui è costituito un calcolatore. Tradotta letteralmente ferramenta In essa rientra tutto ciò che è fisicamente realizzabile come componente di base o accessorio alla struttura di un sistema di elaborazione 3 Hardware Desktop Notebook Netbook Tablet 4

3 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 3 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 HARDWARE Si può rappresentare con tre componenti di base CPU (Unità centrale di processo) Memoria di lavoro Unità di I/O (Input/Output) 5 Architettura generale Interfacce dedicate 6

4 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 4 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Central Process Unit (CPU) Linee di controllo 7 Central Process Unit La CPU o Microprocessore è il vero e proprio cervello del sistema. Al suo interno vengono interpretate le istruzioni elementari ed eseguite le operazioni Aritmetico -Logiche (ALU). Una unità di controllo provvede al corretto funzionamento e temporizzazione 8

5 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 5 di 43 Memoria di Lavoro RAM Random Access Memory 9 Segnale di scrittura 11 Segnale di lettura 10

6 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 6 di 43 Attività sui diversi bus Bit Control bus [00] - la CPU deve scrivere in una cella della memoria Attività di Output o Input Scrivo-0 / Leggo-1 colore bit Blu Attività verso Memoria o Periferiche Mem-0 / Perif-1 colore bit Rosso 11 Attività sui diversi bus Bit Control bus [01] - la CPU deve scrivere in una periferica stampa Simbolo A Attività di Output o Input Scrivo-0 / Leggo-1 colore bit Blu Attività verso Memoria o Periferiche Mem-0 / Perif-1 colore bit Rosso Indirizzo 3 Stampante 12

7 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 7 di 43 Attività sui diversi bus Bit Control bus [10] - la CPU deve leggere da una cella di memoria Attività di Output o Input Scrivo-0 / Leggo-1 colore bit Blu Attività verso Memoria o Periferiche Mem-0 / Perif-1 colore bit Rosso 13 Attività sui diversi bus Bit Control bus [1 1] - la CPU deve leggere da una periferica 1 11 Legge 80 Simbolo P 80 Indirizzo 1 Tastiera Attività di Output o Input Scrivo-0 / Leggo-1 colore bit Blu Attività verso Memoria o Periferiche Mem-0 / Perif-1 colore bit Rosso 14

8 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 8 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 MEMORIA La memoria che stiamo ora considerando è la MEMORIA DI LAVORO, quella memoria dove necessariamente devono transitare tutte le informazioni. Solo le informazioni presenti in questa memoria possono essere elaborate efficientemente e velocemente. 15 MEMORIA RAM Le sue caratteristiche sono : accesso ai dati di tipo diretto viene anche indicata con il termine (RAM, DRAM, VRAM) Random Access Memory tempo di accesso circa nsec volatile (si cancella allo spegnimento) non contiene grandi quantità di informazioni rispetto alle memorie di massa In un sistema il rapporto può variare da 1:100 a 1:1000 (es. 10 GB Ram e 1 TB HD) 16

9 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 9 di 43 MEMORIA di LAVORO codice numerico 17 Volatilità del supporto Prima dello spegnimento dopo lo spegnimento al riavvio successivo 18

10 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 10 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 MEMORIA ROM Una sezione della memoria di lavoro prende il nome di ROM (Read Only Memory) Si differenzia dalla RAM per il fatto che le sue informazioni sono stabili e modificabili solo con particolari segnali Contiene i programmi del BIOS per l'avvio del sistema e di autocontrollo iniziale del hardware. 19 MEMORIA ROM E rappresentata, nella sua forma più semplice, da una matrice di fusibili che vengono bruciati in fase di programmazione Nei moderni sistemi è realizzata con memorie di tipo flash come quelle presenti nelle pendrive usb Lezione 5 - Lauree Triennali - Lezione di Informatica - Franco Del Bolgia - Rev. 2016/17 20

11 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 11 di 43 Posizione della ROM in confronto alla RAM Il processore non distingue la ROM dalla RAM sono entrambe celle indirizzabili dalla CPU, nei dispositivi più moderni lo spazio della ROM può essere mascherato, dopo l avvio da memoria RAM 21 Segnale di lettura 22

12 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 12 di 43 Evoluzione delle RAM Elettronica integrata 256 KB 1980 Anellini di ferrite 10 byte x 12 strati anni Banchi di RAM 4 MB MB MB Area puntamento decodifica indirizzo 384 KB banchi da 48 KB Area di memoria

13 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 13 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Unità di Input / Output 25 Unità Periferiche Unità di ingresso (INPUT) Unità dati Unità di puntamento Unità speciali Unità di uscita (OUTPUT) Unità dati Unità speciali Unità di Input - Output (I/O) 26

14 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 14 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 HARDWARE RAM R O M 27 Unità periferiche di Input dati Tali unità servono a trasferire informazioni di tipo digitale, dall esterno verso la CPU e verso la memoria interna: Tastiera CD - ROM driver (Compact Disk - Read Only Memory) Lettore di codice a barre Lettore di schede e bande perforate 28

15 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 15 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Dispositivi di input Tastiera Questo dispositivo è il mezzo principale di comunicazione con l unità centrale, è costituito da una matrice di interruttori ognuno dei quali riporta all unità centrale le coordinate della sua posizione quando venga chiuso 29 Tastiera 30

16 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 16 di 43 Tastiera 31 Codice ASCII standard 32

17 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 17 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Codice ASCII esteso 33 Tastiera Tasti speciali ESC Maiuscole o sopraelevate (shift) (sinistro - destro) Ctrl sinistro - Alt - Alt Gr - Ctrl destro Blocca maiuscole - Blocca numerico Tasti frecce e posizione (home - end) INS - Canc (Del) Tasti Funzione F1 - F12 34

18 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 18 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Unità input di puntamento Tali unità permettono l interazione tra l utente ed un dispositivo di uscita che tipicamente è il video. Mouse Touch screen Penna ottica 35 Unità di input speciali Tavoletta grafica (digitizer - digitalizzatore) Scanner Convertitore Analogico/Digitale Microfono (A/D converter, low sampling) Telecamera (A/D converter, high sampling) MIDI (tastiere musicali) 36

19 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 19 di 43 Scanner Si tratta di un dispositivo che grazie ad un sistema di specchi proietta un linea dell immagine da analizzare su sensori ottici che la convertono in segnali elettrici digitalizzati Tamburo / Piani / Manuali Grafica raster o a mappatura di bit Tratto dal sito 38 Scanner si tratta di un dispositivo molto simile ad una fotocopiatrice, il quale legge l immagine attraverso un reticolo formato da un numero più o meno rilevante di punti luminosi ognuno dei quali viene poi trasformato in un numero 39

20 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 20 di Scanner Nero =0 Bianco= (127,255,127,255, ) 30 * 18 = 540 pixel 40 Risoluzione di acquisizione Risoluzione 75 pixel per pollice (matrice 50x12 = 600 pixel) Risoluzione 100 pixel per pollice (matrice 75x 18 = 1350 pixel) Risoluzione 150 pixel per pollice (matrice 100x24 = 2400 pixel) 41

21 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 21 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Risoluzione di acquisizione Risoluzione 200 pixel per pollice (matrice 150x36 = 5400 pixel) Risoluzione 300 pixel per pollice (matrice 200x48 = 9600 pixel) 42 Risoluzione di acquisizione La quantità di informazione catturata da uno scanner essendo l immagine una supeficie si incrementa con il quadrato della risoluzione Se consideriamo un pollice quadrato di superficie Risoluzione 50 dpi pixel Risoluzione 100 dpi pixel Risoluzione 200 dpi pixel Risoluzione 400 dpi pixel 43

22 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 22 di 43 3D scanner Scanner a trasduttori laser Scanner a trasduttori goniometrici 44 Lettori di codice a barre 45

23 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 23 di 43 Unità di output Video dispositivo che permette la visualizzazione immediata delle immagini prodotte dal S.O. Stampante dispositivo che permette di trasferire i risultati su un supporto permanente (carta, pellicola, plastica,..) 52 Università di Roma Tor Vergata Anno Accademico Video In pochi anni ha subito delle profonde trasformazioni che ne hanno potenziato enormemente le caratteristiche: dai monitor monocromatici alfanumerici in grado di presentare solo caratteri del codice ASCII agli odierni policromatici e grafici ad altissima risoluzione

24 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 24 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Video è oggi il dispositivo principale di uscita sia per i piccoli che per i grandi sistemi. La singola immagine è formata dal susseguirsi di linee orizzontali che coprono l intero schermo come nella televisione Molte immagini prodotte in un secondo danno l effetto del movimento. 54 Video CRT (Cathode Ray Tube) funziona come un normale televisore; le immagini sono prodotte grazie alla successione di righe orizzontali sulle quali viene rappresentata l immagine per punti elementari detti PIXEL Unità di output Lezione 5 Lauree Triennali Lezione di Informatica Franco Del Bolgia Rev. 2016/17 Slid 55

25 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 25 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Coordinate X Y Il singolo punto visualizzabile sullo schermo si chiama pixel (picture element). Si ottiene cosi una matrice bidimensionale I pixel sulla riga costituiscono l asse x I pixel delle righe successive costituiscono l asse y 56 Video 57

26 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 26 di 43 Video 58 Schermi Liquid Crystal Display (LCD) 59

27 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 27 di 43 colori del video Tutte le intensità e le sfumature di colore si possono ottenere dalla combinazione di tre colori primari o fondamentali ROSSO - VERDE - BLU 60 C1 C2 C3 61

28 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 28 di 43 Colori del video Negli schermi televisivi e negli schermi LDC si attua la sintesi additiva dei colori Nelle stampanti si attua la sintesi sottrattiva dei colori 62 63

29 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 29 di 43 Schermi LCD 64 Stampanti 3D 78

30 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 30 di 43 Unità di Input/Output (I/O) Unità di memoria di massa Unità per disco flessibile (Floppy Disk) Unità a disco rigido (HardDisk) Unità magneto-ottiche Unità a nastro DAT Unità di comunicazione Modem (Modulatore - Demodulatore) Schede di rete ISDN - ADSL Università di Roma Tor Vergata Anno Accademico Supporti di memoria di MASSA Sono dispositivi per la memorizzazione permanente o semi permanente delle informazioni. La loro capacità è estremamente elevata rispetto alla capacità della memoria di lavoro. La loro velocità è però migliaia di volte inferiore ( msec / nsec) 1 msec = sec 1 msec = nsec

31 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 31 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Supporti di Memoria SUPPORTI DI MEMORIA DI MASSA La memoria di massa rappresenta lo spazio fisico dove le informazioni devono essere conservate per l uso futuro Sono dispositivi che permettono la registrazione delle informazioni grazie a modificazioni fisiche del supporto. 82 Supporti di Memoria di massa Flash memory (vari dispositivi elettronici) Pen drive, SD mem, SDHC mem, compact flash dischi fissi o hard disk magnetici ed elettronici capacità 100 Mbyte 100 Tbyte SSD (solide state drive) SD Secure Digital SDHC SD High Capacity SDXC SD extended Capacity 83

32 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 32 di 43 Lezioni di Informatica 14/12/2016 Supporti di Memoria di massa Dischi magneto-ottici Dischi a lettura/scrittura ottica (uso di fasci laser focalizzati e differente lunghezza d'onda) Rulli e Nastri magnetici (obsoleti) DAT dischi flessibili o floppy disk (obsoleti) capacità variabile da 320 KByte a 250 MByte 84 Memoria di massa Hard Disk Tangenziale Lineare 85

33 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 33 di 43 Memoria di massa 86 Memoria di Massa 90

34 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 34 di 43 Memoria di Massa 91 Memoria di Massa nastro magnetico 92

35 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 35 di 43 DVD vs CD 95 DVD Supporti sempre più capienti, oggi fino a 45 GByte con tecnologia multilayer e con differenti luci laser 96

36 Corsi Laurea Triennali e Odontoiatria Pag. 36 di 43 DVD multi layer 97