Informatica di base Architettura e componenti di un computer Roma ATA E. Sereni 1 agosto 2016 Autore: Claudio Traini
Hardware: tutte le componenti fisiche, elettroniche e meccaniche Software: l insieme delle istruzioni che ne governano il funzionamento Software di base: il Sistema Operativo Software applicativo: i programmi per l utilizzo in vari ambiti SOFTWARE APPLICATIVO SOFTWARE DI BASE HARDWARE
Architettura di base
Il modello di von Neumann Si tratta di uno schema a blocchi che illustra il modello di funzionamento di massima di un computer, ideato dal ricercatore ungherese Janus Neumann, naturalizzato americano John von Neumann. Il modello è apparso per la prima volta durante la progettazione del primo computer elettronico, chiamato IAS machine presso l Institute for Advanced Study (IAS appunto), a Princeton negli Stati Unitiacavallotra il1945eil1951. John von Neumann morì nel 1957 a soli 53 anni lasciando molti progetti che verranno sviluppati più tardi presso i centri di ricerca militari di Los Alamos, negli Stati Uniti.
Le periferiche
La forma esteriore
Architetture di base: von Neumann - Harvard ilmodelloharvard dedica due memorie distinte per i dati e per le istruzioni. ilmodelloharvard dedica due memorie distinte per i dati e per le istruzioni. L architettura Harvard è un modello applicato alla progettazione di processori specializzati come i DSP(Digital Signal Processor) che vengono utilizzati per il trattamento dei dati audio o video. Inoltre molti microcontrollori impiegati in applicazioni industriali utilizzano questa architettura, come i microcontrollori PIC (Programmable Interface Controller).
Architettura von Neumann
Architettura di memorizzazione/scambio dati
Concetto di BUS
Affinando lo schema di base
La CPU: il processore
Il concetto di multi-core
Architettura di una CPU Unità di controllo -CU Unità aritmetico logica ALU Registri
Cenni Storici 1971 il primo processore mai realizzato : Intel 4004 Progettato dal vicentino Federico Faggin
Elementi base della CPU Unità di controllo -CU Unità aritmetico-logica ALU Registri Registro MAR : Memory address register Registro MDR: Memory data register Clock BUS Bus dati Bus indirizzi Bus comandi PC Program Counter IR Instruction Register
La cilindrata di un computer VELOCITÀ DEL MICROPROCESSORE La velocità o frequenza di clock è il numero di commutazioni tra i due livelli logici "0" e "1" che circuiti logici interni ad un'unità di calcolo o di un microprocessore sono in grado di eseguire nell'unità di tempo di un minuto secondo, ed è espressa in cicli al secondo, o hertz, e suoi multipli; normalmente per eseguire un'istruzione o una semplice somma sono necessari più cicli di clock. Da 4,77 MHz delle prime CPU siamo arrivati a oltre 3,00 Gigahertz ossia miliardi di cicli al secondo
IF: InstructionFetch, Lettura dell'istruzione da memoria ID: InstructionDecode, Decodifica istruzione e lettura operandi da registri EX: Execute Esecuzione dell'istruzione Gestione delle istruzioni MEM: Memory Accesso alla memoria WB: Write Back Scrittura di un dato nel registro
Tecnologie costruttive: il parametro nm
Tecnologie costruttive Transistor Tri-gate, - con tecnologia di integrazione a 22 nm numero di transistor pari a 1,4 miliardi
Il socket del processore
Il chipset
Le memorie in un computer 1 ns Registri KB 2 ns 10 ns CPU Cache Memoria principale MB GB 10 ms Dischi magnetici ed ottici TB TEMPI DI ACCESSO DIMENSIONE
RAPPRESENTAZIONE DEI DATI Principio di funzionamento del computer è basato sulla logica binaria: opera con dati espressi utilizzando 2 stati. Es: luce spenta ed accesa, assenza e presenza di corrente, oppure interruttore aperto e chiuso. Un singolo interruttore o bit (BInary digit) può assumere 2 stati. Per convenzione i valori sono: 0 interruttore aperto 1 interruttore chiuso L unità minima di informazione nel computer è un insieme di 8 bit: 1 byte = 8bit
Misura della memoria in un computer La capacità di memoria del computer si misura quindi in byte e nei suoi multipli:
Misura della memoria in un computer Esiste una codifica standard che si chiama: ASCII American Standard Code for Information Interchange, che utilizza un codice a 8 bit (2 8 =da 0 a 255codici ossia caratteri stampabili ) Il testo editato: Diventa: 01001110 01100101 01101100 00000000 01101101 01100101 01111010 01111010 01101111 00000000 01100100 01100101 01101100...
La memoria centrale Si tratta della memoria di lavoro della CPU. I programmi, per essere eseguiti, devono essere presenti in memoria centrale, così come i dati per l elaborazione RAM Random Access Memory È gestita dalla CPU: la CPU accede in memoria per prelevare programmi da eseguire e dati da elaborare Èlimitata: la quantità massima di memoria installabile in un computer dipende da diversi fattori È volatile: le informazioni contenute si perdono in assenza di alimentazione Èveloce: l accesso ai dati è estremamente rapido CPU Memoria Alta velocità Bassa Capienza Memoria Bassa velocità Alta Capienza
RAM
RAM DRAM FAMILY
Le memorie di massa
Hard disk - disco rigido La principale memoria di massa
Hard disk - organizzazione fisica
HD tecnologia standard HD ssd (solid state drives)
Una unità fisica = più unità logiche DATI
Architettura RAID DATI Una unità logica = più unità fisiche
Le periferiche esterne standard
Riassumendo.
BIOS e fase di avvio di un computer Basic Input-Output System o BIOS è una memoria non volatile Basic Input-Output System o BIOS è una memoria non volatile contenente delle "routine software" che consentono al computer di effettuare la fase di avvio dal momento in cui si accende la macchina fino al caricamento del sistema operativo.
La connettività di rete Via radio WiFi IEEE 802.11 via cavo Ethernet - RJ45
BUS PCI - Peripheral Component Interconnect
IL COLLEGAMENTO UNITA DISCHI Lo standard IDE/ P-ATA( Integrated Drive Electronics)
IL COLLEGAMENTO UNITA DISCHI Lo standard SATA( Serial - ATA) Serial Advanced Technology Attachment esata: External Serial Advanced Technology Attachment