Struttura dell elaboratore elettronico

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1 Struttura dell elaboratore elettronico Concetti di base della tecnologia dell Informazione e della Comunicazione

2 Qual è il significato del termine informatica? E' la scienza che si propone di raccogliere, organizzare, conservare e distribuire le informazioni tramite sistemi automatici di elaborazione dei dati. Il termine deriva dalla fusione delle parole INFORmazione automatica.

3 Differenza tra hardware e software La struttura fisica, interna e esterna del computer prende il nome di hardware (hard = duro, ware = componente). L'insieme di tutti i programmi che permettono di utilizzare l'elaboratore si chiama software (soft = soffice). Il software astrae la macchina (concetto di macchina virtuale)

4 Schema generale di un sistema di elaborazione dati I computer seguono lo schema logico della macchina di Von Neumann (1947). Sono individuati: Processore Memoria RAM BUS DI DATI, un canale che collega tutti i componenti fra loro Dispositivi di I/O Programmi

5 La CPU L unità centrale di elaborazione, detta CPU, (central processing unit) è l esecutore dei programmi Il processore effettua calcoli logici e aritmetici e dialoga con la memoria RAM

6 Periferiche di I/O Le periferiche di input/output permettono l interazione del calcolatore con l esterno. Consistono di: unità esterne per l immissione di dati unità esterne per la visualizzazione delle informazioni

7 I supercomputer I supercomputer sono i più potenti, i più veloci e i più costosi..

8 I mainframe I mainframe hanno processori potenti e grande quantità di memoria RAM.

9 I personal computer I personal computer sono quelli usati in ambito domestico e in azienda da un solo utente per volta. Sono i computer da tavolo (desktop) e i portatili (notebook)

10 Memoria Per memoria si intende la componente o le componenti degli elaboratori con il compito di immagazzinare dati. Si distinguono in base alle caratteristiche di velocità, capacità di memorizzazione permanente o meno, ampiezza e trasportabilità.

11 Cos'è la memoria centrale del computer Le memorie di massa sono memorie lente. La CPU lavora, invece, a velocità altissime, per cui ha bisogno di memorie molto veloci per conservare temporaneamente i dati da elaborare. Queste memorie costituiscono la memoria centrale del computer e ne determinano, insieme alla CPU, la potenza di elaborazione.

12 La memoria centrale La memoria centrale è formata da due tipi di memorie: la RAM la ROM

13 RAM RAM è l acronimo (Random Access Memory). E' la memoria in cui risiede i programmi e i dati in fase di elaborazione. E' costruita con la stessa tecnologia del processore (elettronica).

14 La memoria RAM La RAM costituisce il banco di lavoro del computer.

15 ROM ROM. (Read Only Memory ovvero Memoria a sola lettura). Contiene dati necessari all'avviamento della macchina.

16 La memoria ROM La ROM (read only memory) è una memoria di sola lettura.

17 La memoria RAM (approfondimenti) La memoria RAM è casuale e volatile. Casuale significa che è ad accesso diretto Volatile significa che la permanenza dei dati dipende dalla presenza di corrente elettrica

18 Bit e byte L unità minima di memoria non indirizzabile è detta bit. L unità minima di memoria indirizzabile è detta byte. Un singolo carattere occupa un byte equivalente ad otto bit.

19 Multipli del byte Kilobyte = 2 10 byte = byte Megabyte = 2 20 byte = byte (1 milione) Gigabyte = 2 30 byte = Byte (1 miliardo) Terabyte = 2 40 byte = byte (1.000 miliardi)

20 Memorie di massa La memoria di massa è un dispositivo fisico capace di memorizzare permanentemente i dati prodotti durante l elaborazione del computer.

21 Le memorie di massa Tipi di memorie di massa sono: hard disk (dischi rigidi o fissi) CD ROM, CD RW, DVD ROM, DVD RW (Digital Versatile Disk) Pen drive

22 Disco rigido E' presente su tutti i computer, interno alla macchina. Esso contiene al suo interno diversi dischi rigidi metallici e magnetici, per cui può contenere una quantità enorme di dati

23 Caratteristiche del disco rigido Le caratteristiche principali di un hard disk sono: la capacità il tempo di accesso La velocità di trasferimento

24 CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD Questi dispositivi sono basati su tecnologia ottica. Essi vengono incisi col masterizzatore e letti mediante raggio laser.

25 Nastri magnetici Servono per conservare grandi quantità di dati o per fare il backup del sistema (cioè copia di tutto il contenuto dell'hard disk) per prevenire perdite di dati per malfunzionamento della macchina.

26 I drive Sono dispositivi in cui si inseriscono il floppy disk, o il CD, o qualsiasi altro tipo di disco, (da non confondersi con i drivers" software!). Contengono una testina di lettura/scrittura tramite cui avviene il trasferimento dei dati fra disco e macchina.

27 La memoria cache La cache memory è una memoria veloce integrata nel processore. È utilizzata dalla CPU per memorizzarvi i dati che essa usa più spesso. L introduzione della cache ha migliorato notevolmente le prestazioni dei processori.

28 La memoria cache In fase di input, quando un istruzione richiede dati dalla memoria, il programma di gestione della cache provvede a caricare in tale dispositivo, oltre ai dati esplicitamente richiesti, anche altri dati.

29 La memoria cache In tal modo per una prossima, eventuale, richiesta verrà interpellata innanzitutto la cache e, solo se questa non contiene i dati in questione, sarà necessario accedere nuovamente alla RAM.

30 La memoria cache In fase di Output, scrittura di dati in memoria, il processore interagisce con la cache memorizzando qui i dati. I dati saranno effettivamente memorizzati nella RAM solo quando il gestore software della cache lo riterrà opportuno.

31 La memoria buffer È un luogo di memorizzazione temporanea dei dati. È situata tra il processore e tutti i dispositivi di input/output.

32 LA CPU (approfondimenti) L'Unità Centrale di Elaborazione (abbreviato CPU) è il microchip presente nel computer capace di elaborare i dati in ingresso e fornire una risposta in uscita. In generale un microprocessore può essere presente in molti dispositivi elettronici moderni.

33 I componenti più importanti di una CPU Una unità aritmetico-logica detta ALU Una unità per il controllo del flusso dei dati Una unità di Memoria

34 CPU-ALU L ALU svolge i calcoli di tipo aritmetico (addizione, sottrazione ecc..) e logico (maggiore di, minore di, uguale a )

35 Unità di controllo L unità di controllo gestisce la sincronizzazione tra le unità della CPU. Controlla lo stato di avanzamento di esecuzione di un programma in modo tale da sapere sempre quale sarà la prossima istruzione da eseguire.

36 Unità di memoria L unità di memoria interagisce con la memoria centrale per prelevare i dati e le istruzioni e li memorizza in piccole unità di memoria interne

37 Impulsi elettrici Il processore funziona attraverso impulsi elettrici che si ripetono miliardi di volte al secondo. Il tempo impiegato dal processore per effettuare una determinata operazione è misurato in riferimento a questi impulsi, detti «cicli».

38 Impulsi elettrici Ci vogliono, ad esempio, più cicli per moltiplicare tra loro due numeri che per sommarli. Il numero di cicli al secondo è dell ordine dei miliardi.

39 Hertz L unità di misura della velocità di un processore è l Hertz. I processori attuali sono in grado di effettuare miliardi di impulsi al secondo (GHz).

40 Coprocessori Attualmente i computer sono dotati di più processori dedicati a compiti precisi: questi sono definiti coprocessori.

41 La scheda madre La scheda madre o scheda di sistema, anche conosciuta come motherboard è una parte fondamentale di un moderno personal computer: sotto forma di scheda elettronica raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica di interfaccia fra i vari componenti principali e fra questi i bus di espansione e le interfacce verso l'esterno.

42 La scheda madre È responsabile della trasmissione e temporizzazione corretta di molte centinaia di segnali diversi, tutti ad alta frequenza e tutti sensibili ai disturbi: per questo la sua buona realizzazione è un fattore chiave per la qualità e l'affidabilità dell'intero computer.