UD 1.4e: BUS e Interfacce I BUS

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1 Modulo 1: Le I.C.T. : BUS e Interfacce I BUS Prof. Alberto Postiglione Curtin, 3.14 Corso di Informatica Generale (AA 07-08) Corso di Laurea in Scienze della Comunicazione Università degli Studi di Salerno BUS Il BUS di sistema Linee di comunicazione che consentono la trasmissione delle informazioni tra le varie parti del sistema presenti sulla scheda madre del computer. Invece che collegare ogni dispositivo con tutti gli altri, si collegano tutti i dispositivi ad un unico insieme di linee, il bus. Collega la CPU agli altri dispositivi del computer. Esso presenta diversi tipi di linee: Linee per trasmettere gli indirizzi dei dati in memoria Linee per trasmettere Dati Linee per trasmettere i segnali di controllo Per aggiungere/eliminare un dispositivo basta collegarlo/scollegarlo al bus # 3 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 4 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Bus Indirizzi Bus Dati Serve per il trasferimento dell indirizzo dei dati tra processore e memoria centrale Dalla sua capienza dipende la quantità di memoria indirizzabile dal processore Un bus di N bit vede 2 N indirizzi di memoria. In un computer con un bus a 32 bit si può inserire RAM fino alla dimensione massima di 4 GB (2 32 ) Il Bus Dati trasporta i Dati veri e propri (nel loro formato binario) tra il processore e la memoria centrale o tra il processore e le periferiche più lente Dalla sua larghezza dipende la quantità di bit che possono viaggiare contemporaneamente. # 5 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 6 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 1

2 Bus di controllo Il Bus di Controllo trasporta i segnali per l attivazione, il controllo e la sincronizzazione dei circuiti che collegano tra loro i diversi componenti del sistema. Con la crescita delle applicazioni multimediali, alcuni dispositivi richiedono autostrade più veloci per poter funzionare, perché trattano grandi quantità di dati. Ad esempio, rispetto al passato, una scheda grafica e un monitor di buona/elevata qualità, trattano molti più dati nella stessa unità di tempo. Non potendo allargare la strada (cioè l ampiezza del bus), la soluzione è quella di renderla più veloce # 7 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 8 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Il Bus di Sistema è troppo lento e quindi non è in grado di soddisfare a queste aumentate necessità Il BUS locale è un BUS veloce per il collegamento tra la memoria centrale, la CPU e le periferiche ad alte prestazioni (che trattano grandi quantità di bit) Esempi (in ordine cronologico): ISA (Industry Standard Architecture), a 8 e 16 bit EISA (Extended Industry Standard Architecture), estensione a 32 bit di ISA. PCI (Peripheral Component Interconnect) AGP (Accelerated Graphics Port) è un bus di interfaccia tra il CPU, RAM e la scheda grafica. AGP supera le limitazioni del PCI rispetto alla velocità di trasferimento dei dati tra memoria RAM e scheda video, fattore molto importante nelle applicazioni 3D, dove la quantità di elementi da trattare è molto grande PCI-Express, attualmente in fase di introduzione nel mercato # 9 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 10 Prof Alberto Postiglione Università Salerno La Memoria e il Monitor Inizialmente i bus locali riuscivano a trasmettere 5 MB al secondo (bus ISA) Con il bus PCI si è passati a 256 MB al secondo Con il bus AGP è possibile trasmettere fino a 2,1 GB al secondo. Con il bus PCI-Express è possibile trasmettere fino a 2,5 GB al secondo. Le schermate che appaiono su un qualsiasi monitor vengono prima composte una per una e pixel per pixel in memoria centrale poi, tramite l intervento del processore, inviate alla scheda grafica e da questa vengono poi spedite al monitor Un monitor con risoluzione 1600x1200 (ormai diventato quasi standard) presenta pixel e richiede bytes complessivi (5,625 MB*) (in RGB ogni pixel richiede 3 bytes) per ogni schermata. # 11 Prof Alberto Postiglione Università Salerno *Ricorda che 1MB=1024 bytes. # 12 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 2

3 La Memoria e il Monitor La Memoria e il Monitor COMPLICAZIONE ULTERIORE: le immagini sul monitor vanno rinfrescate un certo numero di volte al secondo perché il monitor non è in grado di conservarle per più tempo. Più alta è la velocità di refresh più l immagine è stabile. Un monitor di fascia bassa effettua almeno 60 cicli di refresh al secondo, cioè l immagine viene inviata 60 volte al secondo dalla memoria al monitor. In definitiva sul monitor devono essere spediti, dalla memoria centrale, 5,625 MB per 60 volte al secondo, cioè 5,625x60=337,5 MB di dati al secondo. Per velocizzare queste operazioni la scheda grafica presenta una RAM in grado di memorizzare qualche schermata La scheda video, la CPU e la memoria non si affacciano sul bus dati di sistema, ma su una linea di trasmissione più veloce, il bus locale. # 13 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 14 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Il monitor: il bus AGP AGP (Accelerated Graphic Port) è un bus di interfaccia tra il CPU, RAM e la scheda grafica. Il bus AGP 4x trasmette fino a 1,07 GB al secondo. 8x trasmette fino a 2,14 GB al secondo AGP supera le limitazioni del PCI rispetto alla velocità di trasferimento dei dati tra memoria RAM e scheda video, fattore molto importante nelle applicazioni 3D, dove la quantità di elementi da trattare è molto grande AGP é stato progettato esplicitamente per le schede grafiche. # 15 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 16 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Interfacciamento delle periferiche LE INTERFACCE Curtin, 3.15 Perché possano essere viste dal PC (in particolare dalla CPU) le periferiche vanno collegate al bus. Il collegamento tra periferica e PC (in particolare la CPU) prevede la realizzazione di operazioni fondamentali tra le quali: La sincronizzazione di operazioni che avvengono a velocità diverse (si pensi al collegamento della tastiera, che è legata alla velocità di digitazione di un essere umano, alla CPU) La traduzione di messaggi da un linguaggio esterno a quello del computer (si pensi ancora alla tastiera o all input vocale) Tali operazioni sono svolte da un insieme di hardware e software che si frappone fra il PC e la periferica, detto Interfaccia. # 18 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 3

4 Collegamento delle periferiche al PC (I) Collegamento delle periferiche al PC (II) Alcune periferiche, quali le schede di rete, sono in formato di scheda da inserire direttamente in uno slot di espansione, che è collegato direttamente al bus del sistema e al bus locale. L interfaccia, in questo caso, è presente direttamente sulla scheda. Altre periferiche sono collegate tramite un adattatore, che è una scheda speciale che va inserita in uno slot di espansione sulla scheda madre e che presenta da un lato un connettore che permette il collegamento dei cavi provenienti dalla periferica, dall altro è collegato direttamente al bus del sistema e al bus locale, e all interno c è l hardware e il software che svolge le funzioni di interfacciamento Un adattatore spesso è dotato di un proprio processore e di memoria dedicata, per svolgere adeguatamente le funzioni di interfacciamento Ad esempio: alcune (vecchie) schede audio o le schede grafiche (compresa la scheda AGP) # 19 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 20 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Driver di una periferica Tecnologia Plug & Play Perché una periferica funzioni correttamente, è necessario che nel computer sia caricato un software chiamato driver di periferica. Per ogni periferica è disponibile un driver specifico, generalmente fornito dal produttore della periferica stessa. Alcuni driver sono già inclusi in Windows. In passato, per connettere le periferiche al computer era necessario spegnere l elaboratore, eventualmente installare la scheda dell adattatore, collegare la periferica, far ripartire il computer installare il driver. Con il Plug & Play è possibile connettere le periferiche (purché esse stesse supportino la tecnologia Plug & Play) senza la riconfigurazione del sistema. Dopo aver collegato la periferica, infatti, il sistema provvede a installare tutti i driver necessari, ad aggiornare il sistema e ad allocare le risorse. # 21 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 22 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Tecnologia Plug & Play Plug & Play: insieme di specifiche che consente al computer di rilevare e configurare automaticamente una periferica e di installare i driver di periferica appropriati. La modalità Plug & Play garantisce il funzionamento delle nuove periferiche e l'assenza di conflitti INTERFACCIAMENTO TRAMITE PORTE STANDARD Curtin, 3.16 Per disinstallare una periferica Plug & Play è sufficiente scollegarla dal computer. La disinstallazione di una periferica non rimuove i driver di periferica dal disco rigido del computer # 23 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 4

5 Collegamento delle periferiche al PC (III) Tipi di interfaccia La maggior parte delle periferiche si collega, tramite un cavo, a delle prese apposite, dette porte di comunicazione standard (porte parallele, USB, ). Le porte sono presenti di serie su ogni computer e presentano una presa standard sul lato esterno, che permette il collegamento del cavo provenienti dalla periferica l hardware e il software che svolge le funzioni di interfacciamento è presente sulla scheda madre sono collegate direttamente al bus sul lato della scheda madre. Calcolatore # 25 Interfaccia Standard Connessione Interfaccia Standard Periferica Prof Alberto Postiglione Università Salerno Le porte di comunicazione standard possono essere Esterne al computer (per periferiche esterne, quali stampanti e scanner) Interne al computer (per periferiche interne, quali Hard-Disk e CD-Rom) Sono state definite alcune interfacce standard: L interfaccia seriale L interfaccia parallela L interfaccia SCSI L interfaccia Ultra ATA e Serial ATA L interfaccia USB e l interfaccia Firewire L interfaccia IrDA Interfacce basate su onde radio # 26 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Interfaccia seriale Interfaccia parallela Il nome rispecchia la modalità di comunicazione utilizzata (seriale), in quanto trasmette i dati un bit alla volta Porta più comune fino all introduzione delle USB ( la porta seriale è anche detta asincrona o RS-232-C). Utilizzata per collegare periferiche quale il modem, alcuni tipi di stampanti e, in generale, periferiche lente. (detta anche Centronics) Vengono inviati 8 bit alla volta, oltre a segnali di controllo. La comunicazione è più veloce, ma occorrono più fili rispetto alla seriale ed è maggiormente soggetta a disturbi Nata per connettere stampanti, la porta parallela è stata in seguito usata anche per altre periferiche Il nome delle interfacce seriali è COM1, COM2 ecc., dove COM è l abbreviazione di COMmunication (comunicazione) Il nome delle interfacce parallele è LPT1, LPT2 ecc., dove LPT è l abbreviazione di Line PrinTer (stampante) # 27 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 28 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Interfacce seriali e parallele Interfaccia SCSI Una porta SCSI (Small Computer System Interface) supporta fino a 15 periferiche veloci in cascata Un singolo adattatore SCSI è in grado di interfacciare contemporaneamente un computer a più dischi rigidi, ad un drive CD-ROM, ad una unità a nastri ed ad uno scanner Daisy chaining: le periferiche sono collegate come una catena. Il collegamento è condiviso contemporaneamente tra tutte le periferiche # 29 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 30 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 5

6 Interfacce Ultra ATA e Serial ATA Interfacce seriali veloci: USB e Firewire La porta Ultra ATA (Advanced Technology Attachment), detta anche EIDE è un interfaccia molto diffusa per le periferiche di memorizzazione (CD, DVD e Hard Disk) Può controllare fino a quattro hard disk o altre periferiche IDE Molto più lenta di una interfaccia SCSI. Molto più economica di una interfaccia SCSI Il collegamento viene assegnato alla periferica che lo sta usando Serial ATA è l evoluzione della Ultra ATA. Interfacce seriali hanno già sostituito le seriali e le parallele e tenderanno a sostituire anche le altre. Utilizzano cavi sottili che facilitano i collegamenti Consentono di collegare i dispositivi in cascata Utilizzano la tecnologia Plug & Play, per cui è possibile collegare e scollegare queste periferiche a computer acceso. Sono molto più veloci delle seriali e delle parallele classiche Dato che il loro connettore è piccolo, gli attacchi di queste interfacce sono molto usati sui portatili e palmari Distribuiscono anche corrente elettrica, per cui i dispositivi di basso consumo possono funzionare senza cavo elettrico, traendo energia direttamente dal cavo. # 31 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 32 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Interfacce seriali veloci: USB e Firewire Le interfacce: USB (Universal Serial Bus) USB (Universal Serial Bus) è una porta seriale USB 1.1 ha una velocità di trasmissione di 12 Mbps (milioni di bit al secondo) USB 2.0 ha una velocità di trasmissione di oltre 480 Mbps (milioni di bit al secondo) Le periferiche USB possono essere collegate in cascata fino a formare una catena di 127 elementi. Adatti a collegare mouse, tastiere, stampanti, scanner e modem esterni, ma anche dischi, masterizzatori, ecc... # 33 Prof Alberto Postiglione Università Salerno # 34 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Le interfacce: Firewire Le Interfacce Wireless (senza cavi) Firewire (sviluppata inizialmente dalla Apple) è una porta seriale Firewire ha una velocità di trasmissione di oltre 800 Mbps (milioni di bit al secondo) Le periferiche Firewire possono essere collegate in cascata fino a formare una catena di 63 elementi. # 35 Adatti a collegare videocamere, macchine fotografiche, scanner veloci, stampanti veloci, unità a disco, DVD, ecc., cioè tutti i dispositivi che hanno bisogno di un ampia banda passante Prof Alberto Postiglione Università Salerno La Interfaccia IrDa (Infrared Data Association) consente di collegare le periferiche al personal computer tramite l emissione di raggi infrarossi Le connessioni sono di tipo seriale, mediante raggi infrarossi Non devono esserci ostacoli tra la periferica e il computer. Le Onde Radio permettono di collegare periferiche lente con molti meno problemi delle IrDa # 36 Bluetooth è un sistema di trasmissione radio che permette di far comunicare dispositivi elettronici nel raggio di 100 metri, raggiungendo velocità fino a 2Mbps. Prof Alberto Postiglione Università Salerno 6