Parte I. Introduzione all hardware di un calcolatore

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1 Parte I Introduzione all hardware di un calcolatore 1

2 Uomo.. Eseguiamo una semplice somma = 8 Leggere o ascoltare il testo dell addizione (occhi o orecchie) Riconoscere nel segno + l operazione di somma Calcolare il risultato cervello Comunicare il risultato pronunciandolo o scrivendolo (voce o mano) 2

3 ..Macchina Un calcolatore può eseguire la stessa operazione se dotato di: un unità che permette di comunicare il testo dell addizione un unità operativa che esegue l operazione i procedimenti necessari per calcolare il risultato un unità che visualizza il risultato stesso 3

4 Informazione automatica = elaborazione automatica dei dati Informatica Hardware insieme dei componenti fisici Software insieme dei programmi che consentono al calcolatore di operare e di elaborare dati 4

5 ..parallelamente.. Hardware carrozzeria, motore, accessori 5

6 Schema di sovrapposizione UTILIZZATORE Software di base Software Applicativo Software di comunicazione Hardware/Firmware (componenti elettronici, collegamenti fisici, etc.) Architettura di un sistema di elaborazione 6

7 Cosa significa: PUBBLICITA case: cabinet middle ATX scheda madre: A7V sochet A via VT8364 ATA 100 CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz sochet A ram: DIM PC MB Floppy disk driver: MB Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA ventola raffreddamento hard disk 7

8 ..e ancora DVD: 16x 40x ATAPI OEM Monitor: x Hz dot pitch 0.21 scheda video: SK RADEON 64MB DDR-vivo OEM masterizzatore: IDE x OEM Plextor scheda audio: sound blaster player OEM 8

9 Dispositivi di diinput input Componenti hardware principali Organizzazione hardware standard Unità Centrale Processore (CPU) (CPU) Memoria centrale Dispositivi di dioutput Dispositivi di input mouse, tastiera Dispositivi di output monitor, stampante Memorie di massa dischi, nastri Nello stesso contenitore processore (CPU) Interpreta e esegue le istruzioni Memoria centrale Memorie di dimassa 9

10 CentralProcessing Unit CU ALU REGISTRI CPU - il microprocessore, il sistema che provvede a far eseguire il processo di elaborazione ALU - unità aritmetico-logica CU - unità di controllo di tutti i trasferimenti di informazioni fra memoria centrale, ALU e unità di I/O Registri - locazioni di memoria speciali 10

11 continua Schema architetturale semplificato di una CPU 11

12 continua Schema architetturale semplificato di una CPU 12

13 Interazione tra CPU e memoria centrale Instruction fetch Registri a 16 bit 13

14 continua Un indirizzo un byte 14

15 continua 15

16 continua 16

17 continua 17

18 continua Immediate operand fetch 18

19 continua 19

20 continua Memory store 20

21 continua 21

22 continua Schema semplificato di esecuzione di un programma 22

23 Schema generale di base di un calcolatore CPU CU ALU Memoria centrale bus controller Cabinet Memoria di massa Dispositivi I/O Dispositivi comunicazione 23

24 Prestazioni di un processore Insieme delle istruzioni Dimensione dei registri Numero dei registri Dimensione degli indirizzi Frequenza di clock 24

25 Cosa significa: PUBBLICITA case: cabinet middle ATX scheda madre: A7V socket A via VT8364 ATA 100 CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz socket A ram: DIM PC MB Floppy disk driver: MB Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA ventola raffreddamento hard disk 25

26 Le Memorie Supporti sui quali le informazioni vengono fisicamente memorizzate. 26

27 Tipi di Memoria Centrale RAM ROM Ausiliaria o di massa Nastri magnetici Dischi magnetici Dischi ottici Transito Buffer Cache Si distinguono per: Velocità Costo per bit Tipo di accesso Accesso a byte o blocchi di byte Volatilità 27

28 Organizzazione della Memoria Centrale Bit = una cifra binaria valori: 0 o 1 Byte = 8 bit La memoria principale è una lista di locazioni numerate, ciascuna di un byte Il numero di byte utilizzato per memorizzare un dato varia con il tipo di dato Unità di misura della memoria: Kilobyte: 1024 (=2 10 ) byte = 1 KB Megabyte: 2 20 byte = 1MB Gigabyte: 2 30 byte = 1GB 28

29 Schema semplificato 4 GB bit celle Indirizzo fisico: posizione all interno della memoria Contenuto: informazione fisicamente memorizzata all interno 29

30 Tipi RAM volatili e riscrivibili contengono i dati in corso di elaborazione e i programmi in esecuzione ROM non volatili utilizzate per disporre di dati e programmi in memoria centrale all accensione 30

31 Memorie di Transito Buffer aree di memoria utilizzate nell ambito di trasferimenti tra dispositivi con velocità di trattamento delle informazioni diverse tra loro si trovano in varie componenti, anche periferiche Cache area di transito buffer particolare tra processore e memoria centrale 31

32 Memorie di massa: tipi Nastro magnetico utilizzato per backup informazione scritta in piste informazione divisa in blocchi il nastro viene accelerato e una volta giunto a velocità opportuna inizia la scrittura/lettura di un blocco in un unica operazione. I gap permettono le fasi di accelerazione e decelerazione accesso sequenziale all informazione 32

33 continua 33

34 ..continua Disco magnetico cilindri - tracce, settori (formattazione) informazione divisa in settori un braccio sul quale è montata una testina di lettura/scrittura per ciascuna superficie utile del disco si muove in senso radiale. La rotazione del disco permette il posizionamento sul settore. I settori sono separati da gap. (accesso diretto all informazione) 34

35 ..continua 35

36 ..continua 36

37 continua 37

38 parametri di valutazione tempo di posizionamento: cilindro tempo di latenza: settore tempo di trasmissione: blocco informazioni tempo di accesso capacità velocità trasferimento dati (disco/unità centrale) hard disk, removable hard disk, floppy disk 38

39 ..continua Disco ottico tecnologia laser alta densità di memorizzazione maggiore affidabilità CD, CD-ROM,DVD» Lettori: numero x = velocità multipla di quella base essendo la velocità base quella determinata dal bit rate (=bit al secondo) necessario per la riproduzione di brani musicali. 39

40 ..continua 40

41 Cosa significa: PUBBLICITA case: cabinet middle ATX scheda madre: A7V socket A via VT8364 ATA 100 CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz socket A ram: DIM PC MB Floppy disk driver: MB Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA ventola raffreddamento hard disk 41

42 ..e ancora DVD: 16x 40x ATAPI OEM Monitor: x Hz dot pitch 0.21 scheda video: SK RADEON 64MB DDR-vivo OEM masterizzatore: IDE x OEM Plextor scheda audio: sound blaster player OEM 42

43 Bus canali di comunicazione che possono essere usati da più interpreti permette ai dati di transitare fra i diversi componenti (schede, periferiche I/O...) ciascun bus ha un'ampiezza che rappresenta il numero di bit che possono essere inviati contemporaneamente da un componente all'altro. 43

44 continua Local bus I/O bus: ATbus, ISA, MCA, IEEE 1196,,PCI (System bus) Connessione ad alte prestazioni tra scheda madre e schede di espansione per superare i limiti ISA 44

45 45

46 Prestazioni dei bus Parallelismo (dati nell unità di tempo) Clock Arbitraggio Gestione di interruzioni ed errori 46

47 La tastiera Tasti alfanumerici Tasti numerici Tasti direzionali Tasti funzionali 47

48 ..continua Tasti speciali: tra cui Enter: conferma l esecuzione di un comando Ctrl, Alt: abbinati ad altri tasti hanno funzionalità diverse secondo l applicazione Print Scrn: stampa negli Appunti il contenuto della videata 48

49 Dispositivi di puntamento su video mouse track ball touch screen track/ touch pad 49

50 Il Monitor dimensione misura in pollici della diagonale risoluzione numero pixel (dot per inch) dimensione pixel distanza tra pixel (dot pitch) refresh profondità colore ogni pixel è realizzato mediante la terna RGB 50

51 continua CRT 51

52 continua 52

53 continua LCD TFT 53

54 Le stampanti velocità caratteri al secondo pagine al minuto linee al minuto qualità punti per pollice 54

55 a impatto a margherita a testina rotante ad aghi non ad impatto getto inchiostro laser 55

56 continua meccanismo di stampa ad aghi 56

57 continua meccanismo di stampa a getto di inchiostro 57

58 continua meccanismo di stampa laser 58

59 Tutto chiaro! PUBBLICITA case: cabinet middle ATX scheda madre: A7V socket A via VT8364 ATA 100 CPU: K7 Thunderbird AMD 1GHz socket A ram: DIM PC MB Floppy disk driver: MB Hard disk: 46.1GB EIDE 7200R ultra ATA ventola raffreddamento hard disk 59

60 ..o quasi DVD: 16x 40x ATAPI OEM scheda video: SK RADEON 64MB DDR-vivo OEM Monitor: x Hz dot pitch 0.21 masterizzatore: IDE x OEM Plextor scheda audio: sound blaster player OEM 60

61 Informatica Hardware Software Modulo Centrale Periferiche 61