L insieme delle istruzioni, atte ad elaborare convenientemente i dati ed organizzate in modo organico, viene normalmente definito programma.

Transcript

1

2 Un elaboratore elettronico può essere definito, in modo semplice, come un sistema capace di elaborare i dati immessi seguendo opportunamente una serie di istruzioni, e di dare in uscita i risultati dell elaborazione. L insieme delle istruzioni, atte ad elaborare convenientemente i dati ed organizzate in modo organico, viene normalmente definito programma. La struttura interna di un moderno calcolatore contiene come parti fondamentali: CPU (Central Processing Unit) o microprocessore, è il dispositivo elettronico che coordina tutte le funzioni che si svolgono all interno del computer; Memoria centrale in cui risiedono programmi e dati; Memorie di massa costituite da supporti magnetici, ottici o magneto-ottici di diverse forme (hard disk, floppy disk, CD rom, DVD); Unità di ingresso, i dispositivi attraverso i quali l operatore può immettere dati e programmi nella memoria; Unità di uscita, cioè dispositivi atti a presentare all operatore i risultati delle elaborazioni svolte.

3 La memoria centrale presente all interno del sistema è di tipo elettronico (ovvero costituita con dispositivi elettronici come BJT o MOSFET). Questa memoria è generalmente di due tipi base: 1.RAM, su cui è possibile sia scrivere che leggere i dati; questa memoria è di tipo volatile, ovvero perde i dati con lo spegnimento del sistema; 2.ROM, da cui è possibile solamente leggere i dati; è di tipo non volatile in quanto conserva le informazioni anche con il sistema non alimentato. Memoria di massa Periferica di ingresso Video Dati da elaborare Memoria centrale risultati Stampante

4 Si possono schematicamente raggruppare i sistemi di elaborazione nelle seguenti categorie in base alle possibilità di utilizzazione: Mainframe sono grossi sistemi di elaborazione ; Workstation possono essere considerate sistemi specializzati per svolgere particolari funzioni (ad esempio workstation per automazione della fase di progetto CAD); Server sono sistemi (per lo più di tipo minicomputer ma anche personal con particolari caratteristiche), che operano nell ambito di un collegamento in rete tra computer e che forniscono ad altri sistemi ad essi collegati, client, servizi specifici. Accanto ai grossi sistemi di elaborazione dati si sono diffusi in maniera sempre più capillare i così detti Personal Computer, ovvero dei sistemi che pur essendo di minimo ingombro offrono al singolo utente notevoli possibilità di elaborazione, sicuramente uguali se non addirittura superiori a quelle dei grossi elaboratori delle precedenti generazioni.

5 In un Personal Computer possono distinguersi, in modo sintetico, le seguenti parti: CPU: denominata anche processore o microprocessore; presiede al controllo e allo svolgimento di tutte le operazioni che avvengono all interno del computer sotto la supervisione di opportuni programmi. Circuiti d interfaccia: collegano le unità di ingresso ed uscita con il BUS della CPU. Dispositivi d ingresso e uscita: nei casi più semplici sono costituiti dalla tastiera (input) e dal video (output). Essi trasferiscono i dati dal mondo esterno verso la CPU e dalla CPU verso il mondo esterno. Memoria centrale: in essa sono memorizzati i programmi, i dati intermedi delle elaborazioni e i dati finali. La programmazione delle ROM avviene all atto della fabbricazione. Spesso le ROM sono sostituite con memorie di tipo EPROM (a sola lettura ma cancellabili con raggi ultravioletti e riprogrammabili) o anche con memorie di tipo flash (EEPROM cancellabili elettricamente) che possono essere riprogrammate direttamente senza toglierle dal circuito in cui sono inserite. In genere nella ROM è memorizzato il BIOS (Basic Input Output System), ovvero una serie di programmi, scritti nel linguaggio base del processore (detto linguaggio macchina), che interagiscono direttamente con l hardware del sistema e che permettono l avvio del computer in fase di accensione. Il BIOS è scritto su ROM (o su EPROM o su memoria EEPROM), perché deve rimanere memorizzato anche quando il computer viene spento.

6 Memoria di massa: costituite da unità con dischi magnetici detti hard disk (disco fisso o rigido), drive per dischi flessibili (floppy disk) e ottici (CD-ROM) di diverso formato e con diversa capacità di memorizzazione. Le memorie di massa vengono normalmente utilizzate per memorizzare i programmi e grossi quantitativi di dati. Alimentatore: fornisce le tensioni necessarie per alimentare tutte le parti presenti all interno del PC. La CPU comunica con tutti gli altri elementi presenti sulla motherboard, tramite una serie di linee di collegamento che nel loro insieme prendono il nome di BUS. Tali linee, in base ai tipi di segnale che trasferiscono all interno del PC, vengono suddivise in tre gruppi distinti denominati: BUS dei DATI (DATA BUS), BUS degli INDIRIZZI (ADDRESS BUS) e BUS di CONTROLLO (CONTROL BUS). Ciascun tipo di BUS possiede caratteristiche ben distinte e svolge funzioni particolari. Il BUS DATI, bidirezionale, permette di inviare le informazioni da elaborare dai dispositivi d ingresso e dalla memoria, alla CPU, e viceversa. Sulle linee del BUS DATI viaggiano inoltre i codici delle istruzioni, provenienti dalla memoria, che la CPU deve di volta in volta eseguire. La CPU utilizza il BUS INDIRIZZI per indicare con quale dispositivo o con quale locazione di memoria debbano essere scambiati i dati in un determinato istante. Sul BUS di CONTROLLO invece transitano dei segnali, che la CPU utilizza per trasmettere particolari comandi ai vari dispositivi presenti nel sistema, o che le permettono di conoscere il loro stato.

7 I Bus di espansione Funzionamento in lettura e scrittura delle porte parallele

8 Dalla loro origine (inizi anni 70) i microprocessori sono diventati sempre più potenti essendo implementate in essi nuove funzioni e lavorando con frequenze di clock sempre più elevate. In essi è aumentato poi sia il numero di linee del BUS INDIRIZZI che del BUS DATI. Anche l architettura dei microprocessori ha subito evoluzioni passando da dispositivi di tipo CISC (Complex Instruction Set Computing), a quelli CISC/RISC o completamente RISC (Reduced Instruction Set Computing). Architettura CISC: caratterizzata un gran numero di istruzioni (in codice macchina), di tipo anche complesso, per semplificare il compito dei programmatori e per disporre di programmi più compatti che utilizzano meno memoria. Ogni istruzione in linguaggio macchina, per essere eseguita, viene prima trasformata in una serie più o meno grande di istruzioni in microcodice. Architettura RISC: si basa sul principio che il microprocessore ha un set di istruzioni molto ridotto e per di più di tipo semplice, quasi tutte le istruzioni, di lunghezza fissa, sono eseguite in un singolo ciclo di clock permettendo di adottare efficacemente la tecnica del pipelining. La tecnica del pipelining è quindi la tecnica che permette il caricamento e l'esecuzione di una nuova istruzione prima che sia stata portata a termine quella precedente.

9

10 Classificazione delle memorie: - modalità di accesso: 1 casuale 2 sequenziale 3 diretto (o misto) - stabilità dell'informazione memorizzata: RAM ROM - tecnologia di realizzazione: Memorie a semiconduttore FILP FLOP Memorie a supporto magnetico Dischi (rigidi HD, flessibili FD) Nastri CD, DVD,...

11 Classificazione delle memorie secondo la stabilità dell'informazione: memorie VOLATILI e NON. MEMORIE SRAM RAM DRAM ROM PROM EPROM EEPROM EAROM FLASH

12 Gestione memoria (ottimizzazione)

13

14 Le porte di comunicazione del PC: 1. la porta parallela Comunicazione tra PC e stampante Connettore di tipo D a vaschetta a 25 poli femmina Disponibili 8 linee dati e 9 per i segnali di I/O Porta primaria LPT1, LPT2, LPT3 2. La porta seriale Fino 4 denominate: COM1, COM2, COM3, COM4 Ognuna occupa 8 indirizzi contigui predeterminati Connettori di tipo D a vaschetta a 25 o 9 poli maschio Es. (datati) modem, mouse, plotter 3. La porta USB Universal Serial Bus: porta seriale con cavo a quattro poli Una sola porta USB collegata al PC gestisce fino a 127 periferiche (tramite HUB)! Standard USB 2.0 e compatibilità con USB 1.1 Consente connessione e disconnessione con sistema alimentato

15

16 Il software del PC: 1. Software di sistema ROM BIOS: programma che permette l avvio del PC all accensione (è memorizzato nella EEPROM sulla piastra madre) Sistema Operativo: collegamento tra i programmi applicativi e l hardware del computer (è memorizzato su un disco, solitamente C:) 2. Software applicativo È costituito dai programmi applicativi es. Microsoft Office (Word, Excel, PowerPoint, ) E anche dai programmi per la programmazione stessa es. C, C++, Java, Il ROM BIOS (Basic Input Output System) Serve per la gestione a basso livello dei dispositivi di ingresso e uscita del sistema Esegue le seguenti operazioni all avvio del sistema : 1. Test dei componenti hardware del PC (funzionalità della memoria, delle periferiche di base e altri particolari circuiti dell elaboratore) 2. Se non ci sono anomalie di funzionamento, inizia il boot-strap ovvero lettura e caricamento del sistema operativo dal disco apposito (solitamente C:) nella RAM.

17 Linguaggio di Basso Livello è vicino alla struttura hardware della macchina e alla sua logica operativa. Linguaggio di Alto Livello è vicino al livello della hardware della macchina e alla sua logica operativa. Linguaggio Alto Livello (es. C++) Linguaggio Alto Livello (es. C++) Linguaggio Assembler Linguaggio Assembler Compilatore Assemblatore Linguaggio macchina Linguaggio macchina

18