Informatica di base. e componenti di un computer. Autore: Claudio Traini. Roma ATA E. Sereni 1 agosto 2016

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1 Informatica di base Architettura e componenti di un computer Roma ATA E. Sereni 1 agosto 2016 Autore: Claudio Traini

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3 Hardware: tutte le componenti fisiche, elettroniche e meccaniche Software: l insieme delle istruzioni che ne governano il funzionamento Software di base: il Sistema Operativo Software applicativo: i programmi per l utilizzo in vari ambiti SOFTWARE APPLICATIVO SOFTWARE DI BASE HARDWARE

4 Architettura di base

5 Il modello di von Neumann Si tratta di uno schema a blocchi che illustra il modello di funzionamento di massima di un computer, ideato dal ricercatore ungherese Janus Neumann, naturalizzato americano John von Neumann. Il modello è apparso per la prima volta durante la progettazione del primo computer elettronico, chiamato IAS machine presso l Institute for Advanced Study (IAS appunto), a Princeton negli Stati Unitiacavallotra il1945eil1951. John von Neumann morì nel 1957 a soli 53 anni lasciando molti progetti che verranno sviluppati più tardi presso i centri di ricerca militari di Los Alamos, negli Stati Uniti.

6 Le periferiche

7 La forma esteriore

8 Architetture di base: von Neumann - Harvard ilmodelloharvard dedica due memorie distinte per i dati e per le istruzioni. ilmodelloharvard dedica due memorie distinte per i dati e per le istruzioni. L architettura Harvard è un modello applicato alla progettazione di processori specializzati come i DSP(Digital Signal Processor) che vengono utilizzati per il trattamento dei dati audio o video. Inoltre molti microcontrollori impiegati in applicazioni industriali utilizzano questa architettura, come i microcontrollori PIC (Programmable Interface Controller).

9 Architettura von Neumann

10 Architettura di memorizzazione/scambio dati

11 Concetto di BUS

12 Affinando lo schema di base

13 La CPU: il processore

14 Il concetto di multi-core

15 Architettura di una CPU Unità di controllo -CU Unità aritmetico logica ALU Registri

16 Cenni Storici 1971 il primo processore mai realizzato : Intel 4004 Progettato dal vicentino Federico Faggin

17 Elementi base della CPU Unità di controllo -CU Unità aritmetico-logica ALU Registri Registro MAR : Memory address register Registro MDR: Memory data register Clock BUS Bus dati Bus indirizzi Bus comandi PC Program Counter IR Instruction Register

18 La cilindrata di un computer VELOCITÀ DEL MICROPROCESSORE La velocità o frequenza di clock è il numero di commutazioni tra i due livelli logici "0" e "1" che circuiti logici interni ad un'unità di calcolo o di un microprocessore sono in grado di eseguire nell'unità di tempo di un minuto secondo, ed è espressa in cicli al secondo, o hertz, e suoi multipli; normalmente per eseguire un'istruzione o una semplice somma sono necessari più cicli di clock. Da 4,77 MHz delle prime CPU siamo arrivati a oltre 3,00 Gigahertz ossia miliardi di cicli al secondo

19 IF: InstructionFetch, Lettura dell'istruzione da memoria ID: InstructionDecode, Decodifica istruzione e lettura operandi da registri EX: Execute Esecuzione dell'istruzione Gestione delle istruzioni MEM: Memory Accesso alla memoria WB: Write Back Scrittura di un dato nel registro

20 Tecnologie costruttive: il parametro nm

21 Tecnologie costruttive Transistor Tri-gate, - con tecnologia di integrazione a 22 nm numero di transistor pari a 1,4 miliardi

22 Il socket del processore

23 Il chipset

24 Le memorie in un computer 1 ns Registri KB 2 ns 10 ns CPU Cache Memoria principale MB GB 10 ms Dischi magnetici ed ottici TB TEMPI DI ACCESSO DIMENSIONE

25 RAPPRESENTAZIONE DEI DATI Principio di funzionamento del computer è basato sulla logica binaria: opera con dati espressi utilizzando 2 stati. Es: luce spenta ed accesa, assenza e presenza di corrente, oppure interruttore aperto e chiuso. Un singolo interruttore o bit (BInary digit) può assumere 2 stati. Per convenzione i valori sono: 0 interruttore aperto 1 interruttore chiuso L unità minima di informazione nel computer è un insieme di 8 bit: 1 byte = 8bit

26 Misura della memoria in un computer La capacità di memoria del computer si misura quindi in byte e nei suoi multipli:

27 Misura della memoria in un computer Esiste una codifica standard che si chiama: ASCII American Standard Code for Information Interchange, che utilizza un codice a 8 bit (2 8 =da 0 a 255codici ossia caratteri stampabili ) Il testo editato: Diventa:

28 La memoria centrale Si tratta della memoria di lavoro della CPU. I programmi, per essere eseguiti, devono essere presenti in memoria centrale, così come i dati per l elaborazione RAM Random Access Memory È gestita dalla CPU: la CPU accede in memoria per prelevare programmi da eseguire e dati da elaborare Èlimitata: la quantità massima di memoria installabile in un computer dipende da diversi fattori È volatile: le informazioni contenute si perdono in assenza di alimentazione Èveloce: l accesso ai dati è estremamente rapido CPU Memoria Alta velocità Bassa Capienza Memoria Bassa velocità Alta Capienza

29 RAM

30 RAM DRAM FAMILY

31 Le memorie di massa

32 Hard disk - disco rigido La principale memoria di massa

33 Hard disk - organizzazione fisica

34 HD tecnologia standard HD ssd (solid state drives)

35 Una unità fisica = più unità logiche DATI

36 Architettura RAID DATI Una unità logica = più unità fisiche

37 Le periferiche esterne standard

38 Riassumendo.

39 BIOS e fase di avvio di un computer Basic Input-Output System o BIOS è una memoria non volatile Basic Input-Output System o BIOS è una memoria non volatile contenente delle "routine software" che consentono al computer di effettuare la fase di avvio dal momento in cui si accende la macchina fino al caricamento del sistema operativo.

40 La connettività di rete Via radio WiFi IEEE via cavo Ethernet - RJ45

41 BUS PCI - Peripheral Component Interconnect

42 IL COLLEGAMENTO UNITA DISCHI Lo standard IDE/ P-ATA( Integrated Drive Electronics)

43 IL COLLEGAMENTO UNITA DISCHI Lo standard SATA( Serial - ATA) Serial Advanced Technology Attachment esata: External Serial Advanced Technology Attachment