Lez. 4 L hardware. Prof. Pasquale De Michele Gruppo 2

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1 Lez. 4 L hardware 1

2 Dott. Pasquale De Michele Dipartimento di Matematica e Applicazioni Università di Napoli Federico II Compl. Univ. Monte S.Angelo Via Cintia, I-80126, Napoli [email protected] 2

3 Introduzione all informatica L elaborazione HW dell elaboratore - L unità centrale di elaborazione - Le memorie secondarie - I dispositivi I/O SW dell elaboratore 3

4 Hardware Parte fisica del sistema L insieme dei componenti elettronici e meccanici del computer e delle sue periferiche Software Parte logica del sistema Programmi per la gestione del computer (es. Sistema operativo) o per specifiche applicazioni (es. programmi di video scrittura) 4

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6 All interno dell elaboratore e all esterno Scheda Madre Dispositivi di input; Processore (CPU) Tastiera Memoria Principale Mouse Bus Dispositivi di output Monitor Stampante Altre periferiche Memorie Secondarie Rete 6

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8 La scheda madre o motherboard è l elemento hardware che contiene tutti i principali circuiti necessari al corretto funzionamento di CPU, memoria e dispositivi I/O. (quindi mai risparmiare sulla scheda madre) 8

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11 L Unità Centrale di Elaborazione (CPU) 11

12 Modello dell elaboratore Schema teorico che rappresenta le caratteristiche fondamentali e le modalità di funzionamento della elaborazione dell informazione. Elaboratore Macchina a programma memorizzato Programma: sequenza di istruzione Istruzione: tradotta in una sequenza di comandi Comandi: eseguiti dalle unità che costituiscono la macchina stessa 12

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14 Caratteristiche del modello di Von Neumann Proceduralità: possibilità di eseguire differenti programmi memorizzati. Il modello è basato sul paradigma di programmazione procedurale: il programma indica la sequenza di istruzioni da eseguire per ottenere la soluzione ad un dato problema. Sequenzialità: regola della selezione della istruzione da eseguire rigidamente fissata. Connessione tra le unità funzionali con singolo flusso di informazione tra memoria e processore. 14

15 Il processore o CPU (Central Processing Unit Unità Centrale di Elaborazione) è la parte dell elaboratore che consente l esecuzione delle istruzioni dei programmi. E il cuore dell elaboratore E costituito da tre componenti principali: Unità di calcolo o ALU (Aritmetic Logic Unit) Esegue le operazioni artmetico-logiche necessarie all esecuzione delle istruzioni Unità di controllo o CU (Control Unit) Governa il funzionamento delle varie unità, legge le istruzioni dalla memoria e ne determina il tipo. Memoria di Cache Piccola memoria che permette di velocizzare le operazioni di trasferimento dati. 15

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17 Con il termine microprocessore si intende un processore realizzato interamente su un unico chip (CPU integrata) Un chip o circuito integrato è costituito da milioni di transistor collegati da sottilissimi fili di alluminio, il tutto all interno di una piastrina di silicio La realizzazione fisica del microprocessore è effettuata con la tecnologia VLSI (Very large Scale Integration) Un transistor è un dispositivo elettronico a due stati, una sorta di microscopico interruttore che può essere acceso o spento. 17

18 Il processore è dotato di un orologio (clock) interno, la cui frequenza di pulsazioni, detta frequenza di clock, determina la velocità di elaborazione del computer. La velocità del clock si misura in MHz (milioni di cicli al secondo) Più alta è la frequenza di clock, maggiore è la velocità di elaborazione del computer. I primi processori avevano una frequenza di clock di pochi MHz Gli odierni processori superano le frequenze di 3000 MHz (3 GHz). La velocità e la potenza di un computer dipendono anche dalla larghezza del bus, ovvero dal numero di bit (lunghezza del singolo dato) che il processore è in grado di ricevere e di elaborare simultaneamente. I primi processori potevano elaborare solo dati di 8 bit. In breve si passò prima a 16 e poi a 32 bit. Oggi tutti i processori sono in grado di elaborare dati rappresentati con 64 bit. 18

19 Il processore contiene anche un insieme di registri I registri sono piccole memorie ad alta velocità destinate a contenere informazioni legate all istruzione in corso d esecuzione, quali: L istruzione che il processore sta elaborando; I dati su cui opera l istruzione corrente L indirizzo della prossima istruzione da eseguire L informazione relativa allo stato di tutte le risorse a disposizione 19

20 I principali registri del processore sono: Registro di istruzione (IR- Instruction Register) Contiene l istruzione che si sta elaborando Registro Contatore (PC-Program Controller) Contiene l indirizzo della prossima istruzione da estrarre ed eseguire Registro PSW (Programm Status Word): parola di stato di programma Contiene i flag di stato, bit impostati dall HW della CPU dopo un operazione per indicare particolari condizioni circa l esito dell esecuzione (es. segno, risultato nullo, overflow, carry, ) 20

21 Il processore esegue le istruzioni di un programma una alla volta in sequenza: estrae le istruzioni dalla memoria, le interpreta e le esegue una dopo l altra. Un programma indica la sequenza di istruzioni da eseguire per ottenere la soluzione ad un dato problema. Il processore esegue ogni istruzione mediante una sequenza ben definita di operazioni detta ciclo di istruzione o ciclo macchina. Estrazione di una istruzione (fase di fetch) Esecuzione dell istruzione (fase di execute) Ripetendo questa semplice sequenza di operazioni, il processore è in grado di eseguire programmi comunque complessi. 21

22 Fase di Fetch L unità di controllo preleva dalla memoria centrale l istruzione utilizzando l indirizzo conservato nel PC. Il PC punta alla istruzione successiva a quella in esecuzione L istruzione prelevata viene memorizzata nel registro IR. Fase di Execute L unità di controllo interpreta l istruzione e determina le operazioni da eseguire L unità di controllo controlla l esecuzione delle operazioni 22

23 I processori più diffusi per PC sono il i7 prodotto da Intel, giunto ormai alla frequenze di clock oltre i 3 GHz, e Phenom prodotto da AMD con prestazioni comparabili. I due processori sono praticamente del tutto compatibili dal punto di vista software. 23

24 Da circa un paio di anni lo sviluppo dei processori non segue la linea di aumentare la frequenza di clock, ma piuttosto di aumentare le prestazioni per ciclo di clock. (sistemi paralleli) In termini di pura potenza di calcolo un Pentium Core 2 Duo è quasi 2 volte e mezzo più veloce di un Pentium 4, ma usa la stessa frequqnza di clock. I recentissimi quad core non sono da considerare particolarmente utili, perché al momento l incremento di prestazioni rispetto al dual core è marginale, se non in applicazioni multiple. 24

25 Da qualche anno si è sviluppata, in concomitanza con la diffuzione enorme dei computer portatili, la necessita di ridurre la potenza elettrica richiesta ai sistemi hardware. Questo ha portato a tecnologie integrate (processore-chipset-scheda di rete) come la Intel Centrino e la più recente Centrino 2. 25

26 Come già accennato i dispositivi di I/O sono di tipo più vario. In generale però essi utilizzeranno: Un bus di I/O, che permette ai dispositivi ad esso collegati di comunicare con il resto del sistema Una interfaccia hardware fra il dispositivo e il PC Un protocollo software per gestire i dati provenienti dall interfaccia 26

27 Il dispositivo di input più utilizzato è la tastiera. Essa comprende più di 100 tasti e permette di introdurre caratteri speciali. La disposizione qwerty è quella storica della macchina da scrivere. 27

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31 Il tradizionale CRT basato su tubo catodico ha ormai lasciato completamente il passo a monitor LCD (cristalli liquidi). Alcuni parametri importanti sono: La dimensione (espressa dalla lunghezza in pollici della diagonale 1 = 2,54 cm) La risoluzione in pixel (es. 1280x1024, 1440x960, ) La luminosità (es. 300 cd/m 2 ) Il contrasto (es. 500:1, 800:1, ) I tempi di latenza (es. 5 ms) L uniformità e la resa cromatica 31