Cosa c è dentro un computer?

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1 Lez. 13 Cosa c è dentro un computer? Apriamo la scatola magica 13/11/09

2 Dentro il computer

3 La scheda madre È la base di tutta la componentistica Si fissa sul case del pc, un po come la pasta per la pizza si stende sulla teglia Su di essa vengono inserite delle schede di espansione, un po come gli ingredienti della pizza

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6 La struttura hardware secondo von Neumann (1946) Central Processing Unit (CPU) Unità di controllo + Unità aritmetico-logica + Registri ISTRUZIONI DATI INPUT MEMORIA programmi e dati OUTPUT

7 Slot PCI-express North Bridge INPUT OUTPUT Porte I/O Batteria tampone Central Processing Unit (CPU) Unità di controllo + Unità aritmetico-logica + registri Socket per CPU MEMORIA programmi e dati South Bridge Connettore IDE Connettore SATA Slot per memorie RAM

8 La memoria ROM-EPROM-FLASH Contiene il BIOS (Basic Input-Output System) della scheda madre; è un insieme di istruzioni dalle funzionalità molto limitate: eseguire il controllo dell'hardware all'accensione (il POST, Power On Self Test) avviare un programma di gestione delle periferiche se non vengono rilevati errori nell'esecuzione dei test; avviare una schermata a video con una breve descrizione dell'hardware presente; far partire la routine di boot che avvia l'os.

9 Il chipset Il Chipset è un componente che mette in contatto la CPU con le altri parti della scheda madre Normalmente i chipset sono costituiti da 2 chip separati (da cui il nome) Il Northbridge ha il compito di gestire le connessioni CPU-memoria-AGP/PCI Express Il Southbridge è invece la parte più lenta del Chipset. le informazioni provenienti dalla CPU possano prima dal northbridge e solo successivamente nel southbridge. Si deve dunque fare carico delle connessioni riguardanti gli Slot PCI e via dicendo, fra cui ovviamente il controller per i dischi rigidi con interfaccia EIDE e SerialATA

10 IL MICROPROCESSORE

11 Il cuore della macchina: la CPU Contiene diversi circuiti, ognuno dei quali preposto ad un compito specifico È necessario che ogni circuito sappia quando inviare e quando ricevere le informazioni dagli altri Questo compito (come un vigile urbano) spetta al Clock del processore

12 Il cuore della macchina: la CPU CU: Control UNIT, l unità che controlla tutti i processi; legge dati ed istruzioni dalla memoria centrale e li esegue, poi li memorizza adeguatamente; Qui arrivano anche i segnali esterni sullo stato del sistema, tra cui i colpi del clock; ALU: Arithmetic-Logic UNIT, che esegue le operazioni aritmetiche e logiche Registri: celle di memoria interne alla CPU usate per immagazzinare le informazioni utili per eseguire le istruzioni Bus: le strade di comunicazione che permettono ai dati, agli indirizzi e ai risultati di viaggiare dentro la CPU e fuori di essa verso la memoria Clock: permette a tutti gli elementi interni e esterni alla CPU di muoversi a ritmo, come in una coreografia FPU: Floating Point Unit, che si occupa di eseguire calcoli in virgola mobile.

13 Il CLOCK È necessario un segnale ritmico per sincronizzare il funzionamento dei vari dispositivi È generato da un oscillatore a cristalli di quarzo È simile al timoniere del canottaggio

14 Il CLOCK /2 La frequenza o velocità di clock è il numero di colpi di clock che vengono eseguiti in una determinata unità di tempo L'unità di misura usata è l'hertz, ovvero il numero di cicli di clock eseguiti in un secondo Poiché i clock sono in genere molto veloci, si usano i multipli kilohertz (Khz), megahertz (Mhz) e gigahertz (Ghz) per indicare rispettivamente mille, un milione e un miliardo di cicli al secondo.

15 I bus Il Bus è un circuito che mette in contatto le varie parti della scheda Più il Bus è veloce, più veloci saranno i dati che viaggiano da una parte all'altra della scheda Il Bus è composto principalmente dall'fsb (Front Serial Bus), che connette la CPU al Nortbridge, e ha una velocità che varia dai 66 agli 800 MHz. Fra i vari Bus: Il Back Side Bus che collega la CPU alla memoria Cache Il Bus di memoria che collega il northbridge alla memoria I bus IDE o ATA che connettono il southbridge ai dischi Il bus AGP che connette la scheda video alla CPU. Il bus PCI che connette gli slot PCI al southbridge (si tratta di un bus pensato per sostituire i bus PCI e AGP)

16 RISC e CISC Complex Instruction Set Computer (anni 60) Istruzioni molto complesse Tempi diversi per ogni istruzione Numerosi accessi alla RAM Lentezza di esecuzione Reduced Instruction Set Computer Tempi identici per ogni istruzione Istruzioni ridotte al minimo Nessun accesso intermedio alla RAM (load/save) Velocità (ma uso di molti registri interni)

17 La memoria RAM Detta anche memoria principale È l acronimo di Random-Access Memory, memoria ad accesso casuale È volatile Contiene programmi e dati (ricordate Von Neumann?) nel momento in cui vengono utilizzati

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19 Le porte di I/O Porta VGA Porte USB Porta Ethernet Ingressi/uscite audio

20 I dispositivi di memoria (magnetici ottici) La Memoria di massa o hard disk: costituisce la memoria ausiliaria dell elaboratore, un estensione della memoria centrale, dove vengono appoggiati dati e programmi. Floppy disk: dischetti che contengono circa 1,44 Mb CD-ROM : contiene fino 750 MB di dati DVD: contiene da 4,7 a 17 GB

21 La rivoluzione delle memorie a disco I dispositivi di memoria di massa si dividono in due categorie, a seconda della modalità di accesso ai dati: ad accesso sequenziale (nastri): per cercare un dato è necessario accedere a tutti quelli che lo precedono sul dispositivo; ad accesso diretto ai dati (dischi). È possibile grazie all indirizzamento di porzioni (blocchi) del dispositivo.

22 HARD DISK È costituito da una serie di dischi magnetici rigidi (piatti) sovrapposti e ruotanti su un asse verticale La superficie è divisa in aree di memoria, sui cui scrive e legge una testina Le testine sono il doppio dei piatti

23 Si tratta di un insieme di dischi di alluminio sovrapposti, ricoperti di un film magnetico e posti sottovuoto

24 FLOPPY DISK Un magnete circolare flessibile, protetto da un involucro di plastica. Anch esso è suddiviso in tante aree di memoria, costruite attraverso la FORMATTAZIONE. Contiene 1,44 Mb

25 CD ROM e DVD Il disco ottico è fatto di tre strati, di cui uno in vetro temperato che produce un sostrato rigido, poi una superficie di registrazione in lega metallica e infine un involucro di plastica trasparente.

26 Durata delle memorie Dischi ottici: circa 15 anni Dischi magnetici: circa 10 anni Nastri magnetici: circa 5 anni Gli strati esterni si logorano e lasciano le proprie tracce sugli strati interni alterandone i dati

27 Serve anche a questo??

28 Operazione logiche?? Le dobbiamo pensare come operazioni per le quali al posto di 1 e di 0 utilizziamo VERO e FALSO Come input 2 valori (2 bit) e come risultato 1 solo valore (1 bit) Perché la CPU deve fare questi conti?

29 AND Corrisponde grosso modo alla nostra congiunzione e Oggi piove e oggi è mercoledì È vera solamente se entrambi i membri sono contemporaneamente veri A B A and B

30 OR Corrisponde al nostro o non esclusivo Vel in latino CRASH!!! O è caduta una bottiglia, o è caduto un bicchiere A B A or B

31 XOR Corrisponde al nostro o esclusivo Aut in latino Dico una bugia o dico la verità È vera solo se si verifica una delle due condizioni A B A or B

32 NOT Corrisponde al A Not A nostro non Ha come input un 0 1 solo bit 1 0