Elementi di informatica

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1 Elementi di informatica La memoria di massa La gestione dell I/O Memoria di massa Le memoria RAM e cache perdono il loro contenuto quando il PC viene spento Il PC deve avere supporti di memorizzazione che consentano la memorizzazione di grandi quantità di dati (di massa) e mantengano i dati anche dopo lo spegnimento I supporti di memorizzazione di massa sono molto più lenti della RAM (circa volte) ma molto più capienti. categorie di memorie di massa: 1. magnetiche: floppy disk, hard disk, nastri DAT 2. ottiche: CD, CD-RW, DVD 3. flash memory: smart cards 1

2 I nastri e i dischi magnetici Sono costituiti da un supporto ricoperto da un sottile strato di materiale magnetico le cui condizioni di memorizzazione consentono di memorizzare i dati; Le operazioni di lettura/scrittura sono effettuate tramite una testina che può rilevare ed eventualmente modificare lo stato di magnetizzazione Dischi magnetici Sono piatti d alluminio (o di altro materiale) ricoperti di materiale ferromagnetico. Fattore di forma (diametro) Sempre più piccolo (consente velocità di rotazione maggiori) 3,5 pollici per i sistemi desktop e fino a 1 pollice per i mobili. Testina di un disco (strumento di lettura / scrittura) È sospesa appena sopra la superficie magnetica Scrittura: il passaggio di corrente positiva o negativa attraverso la testina magnetizza la superficie; Lettura: il passaggio sopra un area magnetizzata induce una corrente positiva o negativa nella testina. 2

3 Struttura di una unità disco Tracce e settori Traccia (track): sequenza circolare di bit scritta mentre il disco compie una rotazione completa; La larghezza di una traccia dipende dalla dimensione della testina e dall accuratezza con cui la si può posizionare; la densità radiale va da 800 a 2000 tracce per centimetro (5-10 um per traccia); Tra una traccia e l altra c è un piccolo spazio di separazione (gap) Settore (sector): parte di una traccia corrispondente a un settore circolare del disco Un settore contiene 512 byte di dati, preceduti da un preambolo, e seguiti da codice di correzione di errore; La densità lineare è di circa Kbit per cm (0,1 0,2 um per bit) Tra settori consecutivi si trova un piccolo spazio (intersector gap) Formattazione: operazione che predispone tracce e settori per la lettura/scrittura Un 15% circa dello spazio disco si perde tra gap preamboli e codici di correzione degli errori. 3

4 Prestazioni dei dischi Tempo di accesso (ms o10-3s) Seek time La testina deve arrivare alla traccia giusta; Dipende dalla meccanica (5-15 ms, 1 per tracce adiacenti) Latency Il disco deve ruotare fino a portare il dato nella giusta posizione; Dipende dalla velocità di rotazione ( RPM 2,7-5,4 ms) Transfer rate (MBps) Velocità di trasferimento del disco Dipende dalla velocità di registrazione e dalla densità di registrazione Un settore di 512 byte richiede fra 25 e 100usec (5-10 MB/sec) 4

5 Hard disk Un tipico hard disk è alloggiato all interno di un disk drive dove si trovano più dischi sovrapposti a distanza di pochi millimetri; Le testine sono posizionate tra un disco e l altro; Un motore viene utilizzato per far ruotare i dischi e tutti gli elementi elettronici necessari per il controllo e le operazioni di lettura scrittura Hard disk Alcuni sono equipaggiati con interfacce veloci di ingresso uscita dette SCSI (Small Computer Standard Interface) 5

6 Floppy disk Funzioni: Distribuzione software su larga scala (avvento dei PC) Archiviazione dati; Struttura analoga a quella di un disco magnetico Il disco si ferma quando non è operativo L avvio della rotazione comporta un ritardo di ½ sec; Caratteristiche tipiche di un floppy da 3,5 Capacità di 1.44 MB Tracce x Settori: 80 x 18 RPM= 300 Velocità di trasferimento di 500Kbps Memorie Flash Una memoria flash, o flash memory, è una memoria permanente riscrivibile organizzata a blocchi, ovvero un circuito semiconduttore sul quale è possibile immagazzinare dati in forma binaria mantenendoli anche in assenza di alimentazione. Trattandosi di un circuito elettronico, non presenta alcuna parte mobile, ed è per questo motivo piuttosto resistente alle sollecitazioni e agli urti, ed inoltre è estremamente leggero e di piccole dimensioni. Questo tipo di memoria portatile è particolarmente indicato per la trasportabilità, è infatti molto usato nelle fotocamere digitali, nei lettori di musica portatili, nei cellulari, nei pendrive, nei palmari, nei moderni PC portatili e in molti altri dispositivi che richiedono un'elevata portabilità e una buona capacità di memoria per il salvataggio dei dati. 6

7 La memoria di massa ottica: i dischi Lettura ottica basata sulla riflessione (o sulla mancata riflessione) di un raggio laser. Densità di registrazione più alte dei dischi magnetici. Creati in origine per registrare i programmi televisivi, poi usati come dispositivi di memoria nei calcolatori. Compact Disk - CD 7

8 Lettura di un CD 8

9 CD ReWriteable (CD RW) Digital Versatile Disk (DVD) 9

10 Diversi formati di DVD Nastri magnetici 10

11 Struttura di un calcolatore La connessione dei dispositivi di I/O L interfaccia traduce i segnali interni al calcolatore in modo comprensibile alla periferica mantiene informazioni sullo stato della periferica La periferica È connessa all interfaccia tramite porte di I/O (mouse, tastiera,..) Oppure, è integrata insieme all interfaccia internamente al calcolatore (dischi, schede di rete..) 11

12 Collegamento periferica-calcolatore Gestione dell I/O La gestione dell interazione con le periferiche per le operazioni di I/O può essere effettuata con tre modalità: Controllo da programma; Interruzione; DMA (Direct Memory Access); 12

13 Esigenze A controllo di programma Il processore controlla direttamente le operazioni di I/O. esegue personalmente tutti i trasferimenti dalla RAM alle periferiche e viceversa Esegue un ciclo di polling 13

14 A interruzione DMA 14

15 Struttura fisica di un PC 15

16 Monitor CRT (Cathode Ray Tube) L'immagine sullo schermo viene formata da fosfori, sostanze che emettono luce se colpite da cariche elettriche, opportunamente eccitati da un fascio di elettroni; questo fascio è generato da un apposito cannone posizionato nella parte iniziale del tubo catodico. Il fascio di elettroni colpisce i fosfori del colore voluto grazie all'adozione di apposite griglie in grado di guidare con precisione il fascio stesso sul punto desiderato Un immagine a schermo pieno viene completata 30/60 volte al giorno. Davanti allo schermo c è una griglia che lo divide in punti: quando la griglia ha una carica positiva gli elettroni vengono accelerati e raggiungono lo schermo; quando la griglia ha una carica negativa gli elettroni vengono respinti e il punto sullo schermo rimane spento. Monitor CRT (Cathode Ray Tube) Il cannone di elettroni è perfettamente posizionato sull'asse del monitor e quindi in posizione centrale; il fascio è cilindrico e quando impatta sulla griglia dello schermo lo farà con differenti angoli di inclinazione a seconda del punto considerato; questo comporterà un'inevitabile ovalizzazione del fascio man mano che ci spostiamo dai punti centrali a quelli più periferici. L'ovalizzazione comporta una diminuzione nella precisione con cui il fascio di elettroni è in grado di colpire il singolo fosforo di quel determinato colore base (rosso, verde, blu) e questo si traduce in problemi legati alla corretta messa a fuoco delle immagini, nonché alla corretta definizione dei contorni; questi difetti saranno più evidenti quanto maggiore sarà la deviazione del fascio e quindi quanto più esterni saranno i punti dello schermo interessati 16

17 LCD (Liquid Crystal Display) è composto da un liquido intrappolato in numerose celle. Ogni cella è provvista di contatti elettrici con i quali poter applicare un campo elettrico al liquido che contiene. Le celle stesse sono contenute all'interno di due schermi polarizzatori lungo assi perpendicolari tra loro. Quando il campo elettrico viene attivato le molecole del liquido si allineano parallelamente al campo elettrico Una delle caratteristiche principali dei pannelli a cristalli liquidi (fatta salva la retroilluminazione) è il basso consumo di potenza elettrica, che li rende particolarmente indicati per applicazioni in apparecchiature alimentate da batterie elettriche. Struttura di un LCD 17

18 Plasma Lo schermo è come un pannello formato da migliaia di micro-lampadine in grado di accendersi a comando di colore diverso; per creare l'immagine sullo schermo, ogni singolo pixel è costituito da una cella composta da due elettrodi e da un quantitativo di gas neon imprigionato tra loro. Le pareti delle cella sono rivestite di fosforo e quando gli elettrodi inducono un campo elettrico nel gas questo reagisce emettendo energia luminosa che ha la potenza necessaria per eccitare il fosforo colorato e renderlo a sua volta luminescente. Ma con l'utilizzo del gas nasce un problema non secondario: quanto tempo può durare questo gas imprigionato prima che si esaurisca all'interno di queste celle?...oggi si parla di una vita massima di ore (27 anni con 6 ore di utilizzo al giorno).. Gli schermi al plasma sono ancora oggi quanto di meglio si può avere come schermo televisivo perchè sono più luminosi, hanno un contrasto di immagine elevatissimo (si arriva al rapporto :1) e consentono un angolo visuale maggiore rispetto agli LCD. Mouse 18

19 Interazione mouse computer Porte Standard 19

20 Universal Serial Bus USB Definito da un consorzio (Intel,( Compaq, Microsoft, ),, con l intento di sostituire le attuali porte seriali e parallele. Velocità di 12 MBit/sec /sec. Collega fino a 127 periferiche in cascata. Può alimentare direttamente le periferiche a basso consumo (e.g. tastiere e mouse). Completamente Plug and Play (anche per collegamento a caldo ). USB 2.0 (1999) arriva fino a Mbps 480Mbps. Definizioni dpi (dots per inch) -- misura la qualità Numero di punti che la stampante è in grado di riprodurre in un pollice lineare (2,54 cm) ppm (pagine per minuto) -- misura la velocità (stampanti laser e inkjet) Numero di pagine che la stampante è in grado di riprodurre in un minuto cps (caratteri per secondo) -- misura la velocità (stampanti ad aghi) Numero di caratteri che la stampante è in grado di riprodurre in un secondo 20

21 Stampante ad aghi Stampante a getto d inchiostro 21

22 Stampante laser Modem 22

23 Modem Tassonomia dei calcolatori Quantità vs. qualità 23

24 Calcolatori disponibili Calcolatori disponibili 24

25 Calcolatori disponibili Calcolatori disponibili 25

26 Calcolatori disponibili 26