Architettura di un PC

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1 Architettura di un PC

2 Hardware Insieme di circuiti elettronici ed elettromeccanici che costituiscono un calcolatore Architettura Combinazione delle funzionalità operative delle singole unità hardware del calcolatore, del flusso delle informazioni e del controllo tra esse

3 Lo schema funzionale di un PC corrisponde ancora oggi a quello della macchina di Von Neumann MA lo sviluppo della tecnologia e del software ha permesso la realizzazione di computer sempre più veloci e a basso costo.

4 In un Personal Computer il sistema operativo è essenzialmente monoutente ma consente il multitasking I S.O. operativi più utilizzati sono: Windows: XP, 2003, Vista Linux (versione di UNIX per PC) distribuzioni Linux: RedHat, Mandrake, Debian, ecc.

5 Un PC si presenta come: un video una tastiera un mouse delle periferiche un contenitore plastico o metallico, detto case o cabinet che racchiude tutti gli altri componenti

6 Inoltre, in genere, nel case sono presenti : 1. le schede di espansione (slot), che espandono le funzioni della scheda madre per pilotare dispositivi esterni (scheda video, audio, di rete,...) 2. altri componenti (alimentatore, ventole,...)

7 BUS (definizione( definizione) è il canale di comunicazione, il collegamento fisico che rende possibile il trasferimento di informazioni tra i componenti. Il numero di linee (numero di bit che possono essere trasferiti contemporaneamente) e la velocità di trasferimento sono determinanti per evitare colli di bottiglia nella comunicazione tra i vari componenti AMPIEZZA DI BANDA misurata in bps (bit/s)

8 Logicamente, possiamo definire tre tipi di bus: 1. Bus Indirizzi linee che trasportano gli indirizzi di memoria. (tipicamente ha 64 linee) 2. Bus Dati trasportano le informazioni vere e proprie. (tipicamente ha 64 linee) 3. Bus di Controllo trasportano segnali di controllo in tutto il sistema.

9 Bus di comunicazione standard PCI (Peripheral Component Interconnect) parallelo: 32/64 bit di ampiezza del bus evoluzione dei bus proprietari Intel ISA ed EISA - velocità massima di trasferimento 133 MB/s per bus a 32-bit - processore/periferiche ad alta velocità, ad esempio video (PCI Express 2.0, 2007 fino a 20 GB/sec)

10 Bus di comunicazione standard SCSI (Small Computer System Interface) - parallelo: 16 bit di ampiezza del bus - velocità massima di trasferimento 320 MB/s essenzialmente nato per connettere dischi e dispositivi specifici ad alta velocità, ad es. CD-ROM SATA (Serial ATA) - velocità massima di trasferimento 300 MB/s - nato per connettere memoria di massa

11 CPU La CPU è costituita da un unico circuito integrato (chip), detto microprocessore. Esso è costruito su uno strato di silicio, contiene milioni di transistor ed è installato su uno speciale zoccolo (socket) saldato sulla scheda madre

12 Legge di Moore Il numero di transistor per processore raddoppia ogni 18 mesi

13 La RAM Durante l esecuzione i programmi risiedono nella memoria primaria o principale, la cui velocità operativa dipende dai tempi di reazione dei componenti elettronici Random Access Memory (memoria ad accesso casuale): ogni voce può essere raggiunta in un prefissato lasso di tempo misurato a partire dall istante della specifica del suo indirizzo

14 La RAM La RAM sul PC è composta da moduli che vengono inseriti in slot presenti sulla scheda madre

15 Classificazione della RAM SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) è detta dinamica perché i bit della memoria mantengono i dati solo per breve tempo e devono quindi essere aggiornati continuamente (refresh). PC2-3200: DDR2-SDRAM memoria a 200 MHz con chip DDR2-400, 3,200 GB/s per canale. PC2-4200: DDR2-SDRAM memoria a 266 MHz con chip DDR2-533, 4,267 GB/s per canale. PC2-5300: DDR2-SDRAM memoria a 333 MHz con chip DDR2-667, 5,333 GB/s per canale. PC2-6400: DDR2-SDRAM memoria a 400 MHz con chip DDR2-800, 6,400 GB/s per canale. PC2-8500: DDR2-SDRAM memoria a 533 MHz con chip DDR2-1066, 7,533 GB/s per canale SRAM (Static RAM) è detta statica perché conserva i dati senza bisogno di refresh ed ha una velocità di accesso ancora più alta. Essendo più costosa viene utilizzata essenzialmente per la cache.

16 Quanta RAM deve avere un PC? S.O. sempre più voluminosi Sistema Operativo DOS Dos con Win 3.xx Windows 95 Windows 98 Windows NT Windows 2000 Windows XP Windows Vista RAM consigliata 640 KB 16 MB 64 MB 128 MB 256 MB 512 MB 512 MB 1024 MB

17 Quanta RAM ha il tuo PC?

18 ROM Quando si spegne un PC il contenuto della RAM viene perso (memoria volatile) le istruzioni da eseguire al momento dell accensione devono risiedere su una memoria non volatile ROM Read Only Memory

19 BIOS (Basic Input Output System) èun insiemedi istruzioni residenti permanentemente su ROM e che vengono eseguite all accensione del computer. Il BIOS si incarica di eseguire una procedura di autodiagnostica (controlli e verifiche sulla memoria RAM, tastiera, processore, drive, disco fisso, porte di comunicazione,...) e di caricare il kernel del sistema operativo da memoria di massa

20 EEPROM Il BIOS tradizionalmente era costruito sul chip ROM durante il processo di fabbricazione del computer Attualmente la ROM può essere parzialmente cancellata e riprogrammata (EEPROM, Electrically Erasable and Programmable ROM) possibilità di personalizzare le istruzioni del BIOS

21 Cache Per accelerare il processo di trasferimento delle informazioni tra memoria RAM e CPU è stata introdotta un area di memoria piccola ma molto veloce: la cache memory

22 La cache memorizza in anticipo le istruzioni e i dati che più probabilmente il processore dovrà utilizzare subito dopo l istruzione che sta eseguendo in quel momento ogni volta che la CPU richiede qualche dato: prima controlla nella cache e se è disponibile lo preleva altrimenti la cache acquisisce quel dato dalla RAM e la CPU usa quel dato

23 Livelli della cache cache di livello 1 (L1) posta nella CPU stessa, molto veloce e con capacità fino a 256 Kb cache di livello 2 (L2) posta sulla scheda madre tra CPU e RAM e con capacità fino a poco più di 4 Mb

24 Chipset Si incarica di gestire e coordinare il funzionamento di tutti i componenti presenti sulla motherboard (Controllo I/O, gestione dell elettronica dei dischi e CD-ROM, richieste di interrupt, accessi diretti alla memoria,...)

25 Slot e schede Le slot di espansione sono alloggiamenti posti sulla scheda madre che permettono l installazione di interfacce hardware o schede per il collegamento con le periferiche possibilità di connessione di dispositivi con caratteristiche differenti che possano funzionare in modo compatibile e corretto

26 Esempio La scheda grafica converte il segnale digitale proveniente dalla CPU in segnale analogico per il video La scheda audio converte il segnale digitale in suoni e viceversa

27 Porte Per collegare le periferiche alle schede bisogna inserire i loro cavi in apposite prese, dette porte, poste generalmente sul retro del cabinet PS/2 (collegamento del mouse e della tastiera) Seriali SCSI USB Firewire

28 Porte Le porte seriali (1 bit per volta) utilizzano solo 2 linee di trasmissione, come i circuiti telefonici e collegano dispositivi lenti (ad es. il modem) Le porte SCSI (Small Computer System Interface) collegano fino a 15 periferiche ad una stessa porta (riduzione del numero di slot occupate) mediante una connessione a catena tra un dispositivo e l altro (Daisy chaining) e sono usate per collegare HD, CD- ROM, scanner,...

29 Porte Le porte USB (universal Serial Bus) connettono ogni tipo di dispositivo, permettono di collegare in serie fino a 127 periferiche. Si distinguono in base all ampiezza di banda: 1.5 Mbit/s. Generalmente utilizzato per tastiere, joystick, 12 Mbit/s. 480 Mbit/s. (USB 2.0)

30 Porte Le porte firewire permettono di collegare fino a 63 dispositivi, compresi quelli ad ampia banda passante (videocamere, macchine fotografiche, DVD,...) e consentono connessioni ad Internet ad alta velocità.

31 Memorie di massa costituiscono il supporto su cui immagazzinare informazioni in modo permanente Esempio: dischi rigidi o Hard Disk (HD) dischetti CD ROM Nastri (data cartridge) Le memorie di massa si possono classificare in: magnetiche ottiche allo stato solido

32 Memorie magnetiche Le memorie magnetiche sfruttano la polarità delle particelle magnetiche presenti sulla superficie del supporto. Quando un file viene scritto, la testina di lettura-scrittura emette impulsi elettrici che possono modificare la polarità delle particelle magnetiche, mentre quando un file viene letto, le particelle magnetiche inducono sulla testina una corrente elettrica, che viene trasmessa come una sequenza di 0 o 1.

33 Dischi magnetici Un disco rigido è formato da un certo numero di piatti rotanti alla velocità di giri/minuto, sovrapposti, ciascuno dotato di una o due superfici magnetizzate La superficie di ogni faccia è suddivisa in sottili tracce (cerchi concentrici) sulle quali vengono registrate le informazioni. Ogni traccia è suddivisa in settori Ad ogni faccia corrisponde una testina di lettura/scrittura che di volta in volta viene posizionata in corrispondenza della traccia da leggere o scrivere

34 Dischi magnetici La scheda di interfaccia, detta controller, ha il compitodigestireunoo piùdischicoordinandonele attività ed amministrando lo scambio di informazioni con l'unità centrale Caratteristiche di un HD: capacità (80 Gb fino a 320 Gb) velocità di accesso (da 5 ms a 15 ms)

35 Dischetti (floppy) Sono supporti magnetici che interagiscono con una testina di lettura-scrittura posta all'interno di un apposito dispositivo, detto drive. Sono costituiti da una lamina magnetica, inserita in un involucro di plastica, formata da circoli concentrici (tracce) che a loro volta si dividono in settori ognuno dei quali può immagazzinare 512 byte La capacità totale di un dischetto è di 1.44 Mb

36 Cartucce Zip Zip somigliano ai dischetti floppy ma sono un po più grandi e di forma un po diversa. Per poter essere letti o scritti è necessario collegare al computer su una porta parallela un dispositivo speciale (drive). Sono memorie versatili e portatili. (capacità da 100 e 250 MB)

37 Memorie ottiche Le memorie ottiche sono caratterizzate dal fatto che la testina di lettura-scrittura invia un raggio laser che colpisce la superficie del disco. In scrittura il raggio laser crea una successione di scanalature sulla superficie del disco con un alternanza di zone chiare (intersolchi) e zone scure (scanalature). In lettura un rilevatore fotoelettrico misura i diversi gradi di rifrazione della luce prodotta dal laser.

38 Dischi ottici CD - Disco ottico simile a un Compact Disc audio, sul quale possono essere memorizzati dati, suoni, immagini e filmati. Un normale CD-ROM può essere solamente letto, ma esistono anche supporti registrabili e riscrivibili La capacità di un CD è di Mb Come per i dischetti, per poter leggere un CD è necessario disporre di un opportuno drive Un CD vergine può essere scritto con un masterizzatore

39 Dischi ottici Nuovi drive sono stati predisposti anche per la lettura di DVD (digital video o versatile disc), che costituiscono la nuova generazione di supporti di memorizzazione DVD (Digital Versatile Disk) - esteriormente simili ai CD-ROM possono contenere da 4,7 a 17 GByte (cioè fino a 25 volte la capacità di un normale CD) sono usati da alcuni anni soprattutto per i film digitali

40 Memorie allo stato solido Le memorie allo stato solido (memorie flash) sono costruite su chip in grado di registrare i dati in modo permanente Vantaggi velocità di accesso, facilità di rimozione, piccolo ingombro

41 Flash Memory PC card utilizzate prevalentemente nel networking, telecomunicazioni e applicazioni industriali USB memory utilizzate per trasferire file digitali da un computer ad un altro

42 Data Cartridge Sono supporti magnetici ad accesso sequenziale caratterizzati da costi contenuti capacità elevata supporto utilizzato essenzialmente per il backup (salvataggio) di dati

43 A proposito di.. Drive = HARDWARE Dischetti CD DVD Driver = SOFTWARE file accessori al sistema operativo che consentono la comunicazione fra il computer e le varie periferiche

44 Periferiche di I/O Periferiche di Input tastiera scanner fax strumenti di puntamento (mouse, touchpad, joystick,...) strumenti di riconoscimento vocale (microfono,...) lettori speciali (di codici a barra, di riconoscimento ottico di caratteri,...) telecamere e macchine fotografiche digitali Periferiche di output schermo stampanti (a getto di inchiostro, laser, ad aghi) plotter sintetizzatori vocali dispositivi a microfilm

45 SCHERMO I monitor piatti (a cristalli liquidi, a plasma, etc.) utilizzano una griglia di dispositivi luminosi (diodi allo stato solido o camere riempite di gas), che si attivano al passaggio di energia elettrica lungo le righe e le colonne della griglia