Introduzione a Informatica e disegno automatico Man mano che i nostri corpi si trasformano in cyborg, gli edifici che li ospitano si trasformano anch'essi. I sistemi di telecomunicazione sostituiscono sempre più i sistemi di circolazione e il solvente dell'informazione digitale corrode i tipi edilizi tradizionali. Una dopo l'altra, le forme familiari scompaiono, poiché i residui dei frammenti ricombinati generano mutanti. William J. Mitchell, City of bits Logic circuits physically realized on a silicon computer chip. The small squares are individual transistors 1 La Borsa di Amsterdam: borsa del commercio olandese progettata e costruita a partire dal 1895 dall'architetto Hendrik Petrus Berlage Virtual Trading Floor 3DTF,New York Stock Exchange (NYSE), Asymptote (1998-2000) 2 Introduzione a Informatica e disegno automatico information and communication technology, ICT è l'insieme delle tecnologie che consentono di elaborare e comunicare l'informazione attraverso mezzi digitali. Definizione da Information Technology Association of America (ITAA): "the study, design, development, implementation, support or management of computer-based information systems, particularly software applications and computer hardware. information technology, IT la tecnologia dell'informazione, ovvero la tecnologia usata dai computer per creare, memorizzare e utilizzare l'informazione nelle sue molteplici forme (dati, immagini, presentazioni multimediali, ecc.). informatica cioè Informazione + Automatica, si intende la scienza che studia i computer nelle loro componenti hardware e software. Computer Il sistema di elaborazione, il computer, è una macchina pensata allo scopo di elaborare automaticamente dei dati ad altissima velocità. Le sue caratteristiche principali sono: la velocità: svolge milioni di istruzioni al secondo; la precisione: il margine d errore è nullo; la versatilità: può svolgere compiti molto diversi tra loro. Il computer è costituito da parti materiali ed è progettato per eseguire programmi (ovvero insiemi di istruzioni). Hardware (componenti materiali, tangibili del computer): tastiera, video, mouse, scheda madre, scheda video, stampante, ecc. Software (istruzioni che il computer esegue): i programmi più comunemente adoperati per creare documenti, sviluppare immagini, gestire la contabilità, ecc. non sono altro che software. eidomatica dalla fusione della parola greca eidos (immagine, idea) con il suffisso usato per indicare l ambito informatico; significa quindi 'informatica delle immagini'. il termine eidomatica indica quasi tutto ciò che, in informatica, non è testo o suono, comprende la rappresentazione e la modellazione di elementi visivi mediante un computer, le varie tecniche usate per crearli e modellarli, le immagini prodotte e le branche dell'informatica che si occupano dei metodi per creare o modificare contenuti visivi. L'eidomatica è quindi una grande branca dell'informatica che comprende al suo interno altre discipline, come la computer graphic, la computer animation, l image processing, e altre ancora. 3 È un software anche il Sistema Operativo, il sistema base, senza il quale il computer non potrebbe far funzionare tutti gli altri programmi. Esempi di sistemi operativi sono Windows, Linux e il Mac Operating System. 4 1
Computer Computer Mainframe: è un grande elaboratore centrale, con ottime prestazioni in termini di capacità di calcolo e di memoria. Abitualmente viene utilizzato per gestire medie e grandi imprese. Un mainframe può servire contemporaneamente un elevato numero di utenti. Personal Computer: piccoli elaboratori ideati per l'uso personale. Il termine PC fu coniato per la prima volta dall'ibm per identificare il loro primo microcomputer. L'uso più significativo del personal computer è in ambito lavorativo. In ambito familiare, invece, è prevalso da sempre l'uso ricreativo, anche se da qualche tempo si sta diffondendo sempre più il telelavoro. Laptop computer: (o notebook computer o più comunemente portatile) è un PC di piccole dimensioni adatto al trasporto, caratterizzato da alimentazione a batteria (ricaricabile), schermo piatto a cristalli liquidi, dimensioni ridotte. Il costo di un portatile è circa il doppio di un normale PC di potenza equivalente. Un computer portatile offre notevoli vantaggi ma comporta anche diversi inconvenienti: è leggero e maneggevole, funziona per qualche ora senza alimentazione a corrente e si può portare con estrema facilità in viaggio o in vacanza. Per contro, il laptop è più caro di un normale PC, ha una limitata capacità di aggiornamento ed espansione e non permette di collegarsi a molte periferiche. Il più piccolo dei computer è il Palmare, un computer tascabile con potenzialità e prestazioni limitate. ENIAC - 1946 Electronic Numerical Integrator g And Computerp IBM System/360-1964 IBM System Z10-2008 Mini computer: è un calcolatore molto simile al mainframe da cui si differenzia per il formato e la potenza. Un mini computer, infatti, può servire contemporaneamente non più di 200 utenti. "Jaguar" System presso il Oak Ridge National Laboratory (CPU 224.162 cores) 2009 5 6 Computer Prestazioni Computer Network computer: computer a basso costo, che funziona grazie a un server a cui è collegato e dal quale preleva le risorse necessarie per poi elaborarle in locale. Workstation: è un sistema con elevate prestazioni di calcolo e funzioni grafiche, solitamente utilizzato per la progettazione. Terminale: è la postazione di lavoro che utilizza la rete per stabilire una connessione a sistemi di elaborazione remoti per l'accesso a dati e servizi. Esistono due tipi di terminali: terminale intelligente : dotato di microprocessore e di memoria, in grado di elaborare informazioni in maniera autonoma anche in assenza di collegamento telematico con il computer centrale terminale stupido : non possiede né microprocessore né memoria, quindi non può elaborare dati ma semplicemente leggerli dal computer centrale e chiederne l elaborazione. Troviamo inoltre i teminali self-service, come gli sportelli automatici, gli sportelli informativi o le biglietterie automatiche. Questi dispositivi hanno uno schermo sensibile al tatto, pochi tasti, una guida in linea ed un uso diffuso di menu. Gli elementi che influenzano maggiormente le prestazioni di un personal computer sono: la CPU (Central Processing Unit, ovvero unità di elaborazione centrale); la RAM; l utilizzo di più programmi contemporaneamente (multitasking); la scheda video, nel caso in cui si lavori con elementi grafici; la velocità di accesso alle memorie di massa; la frammentazione dei file, cioè l occupazione di spazi non contigui sui dischi magnetici. Il rendimento di un computer è dato, oltre che dalle prestazioni dei singoli componenti, anche dall'equilibrio tra essi. Se, ad esempio, un computer fosse dotato di una CPU molto rapida ma di una memoria RAM non sufficientemente ampia e veloce, le prestazioni complessive risulterebbero scarse. La RAM costituirebbe i in questo caso un cosiddetto collo di bottiglia. i 7 8 2
Modello teorico Modello teorico MACCHINA DI VON NEUMANN L architettura dell hardware di un calcolatore reale è molto complessa. La macchina di Von Neumann è un modello semplificato dei calcolatori moderni ci che si riferisce a uno schema di progettazione di calcolatori elettronici sviluppato per il sistema IAS machine e dell'institute for Advanced Study. Lo schema si basa su cinque componenti fondamentali: Il funzionamento di un calcolatore è descrivibile in termini di poche componenti (macrounità) funzionali - ogni macro-unità è specializzata nello svolgimento di una tipologia omogenea di funzionalità; - eccezione: l unità centrale di elaborazione, che svolge sia funzionalità di elaborazione che di controllo unita di elaborazione memoria centrale Interfaccia (unità input) Interfaccia (unità output) Connessione (bus) INTERFACCIA MEMORIA ELABORAZIONE CONNESSIONE 9 10 Modello teorico Modello teorico CPU interpreta le istruzioni del linguaggio macchina accede alle locazioni di memoria della memoria centrale È composta da una da ALU (Arithmetic Logic Unità) = esegue le operazioni Unità di controllo = prelevare le istruzioni, decodificarle ed eseguirle ALU Le istruzioni di un programma corrispondono ad operazioni elementari di elaborazione operazioni aritmetiche operazioni relazionali (confronto tra dati) operazioni su caratteri e valori di verità altre operazioni numeriche PERIFERICHE Si occupa della gestione dello scambio di dati tra processore e periferiche. E possibile avere una interfaccia diversa per ogni periferica...ma è più logico avere delle interfacce standard per periferiche simili: Interfaccia seriale RS-232-C (mouse, modem,...) Interfaccia PS2 (mouse, tastiera,...) Interfaccia USB (mouse, telecamere, stampanti, ti scanner,...)... Ogni interfaccia contiene registri per: Inviare comandi alla periferica Scambiare dati Controllare il funzionamento della periferica MEMORIA CENTRALE contiene i programmi e i dati durante l elaborazione. Esistono DIVERSI TIPI DI MEMORIA suddivisi in base a: Funzione Collocazione costruzione materiale 11 12 3
Modello teorico Modello teorico BUS di sistema Il bus di sistema collega tra loro i vari elementi del calcolatore. Due possibili soluzioni: 1 collegare ciascun componente con ogni altro componente; 2 collegare tutti i componenti a un unico canale (bus). In ogni istante il bus è dedicato a collegare due unità, una trasmette ed una riceve. Il processore seleziona la connessione da attivare e indica l operazione da svolgere (bus mastering). Il bus è suddiviso in tre insiemi di linee: Bus dati Bus indirizzi Linee di controllo: trasportano informazioni relative alla modalità di trasferimento e alla temporizzazione Funzionamento Il processore estrae le istruzioni dalla memoria e le esegue Le istruzioni possono comportare operazioni di manipolazione dei dati oppure operazioni di trasferimento dei dati; I trasferimenti di dati attraverso elementi funzionali diversi avvengono attraverso il bus di sistema; Durante ogni intervallo di tempo l unità di controllo (parte del processore) stabilisce la funzione da svolgere; L intera macchina opera in maniera sequenziale. BUS seriale o parallelo in base al trasporto di uno o più bit La frequenza di trasferimento è determinata dal clock = segnale periodico di periodo fisso che caratterizza il pc 13 14 Modello teorico : componenti fisici BIT e BYTE Tutte le informazioni vengono rappresentate mediante sequenze di 0 e 1 (bit: BInary digit) acceso e spento bianco e nero presenza di segnale e assenza di segnale Altra unita di misura utilizzata: byte (sequenza di otto bit) Per descrivere un PC, può essere utile pensarlo in termini di sottosistemi che lo compongono. Aspetto esteriore si vedono schermo, tastiera, mouse e involucro del PC (case). Il case contiene tutti i componenti essenziali per il PC e fornisce anche l'accesso alle unità CD-ROM e floppy nella parte anteriore e a varie porte sul retro. L'involucro inoltre protegge l'utente dalle radiazioni elettromagnetiche prodotte dai componenti interni e consente al flusso d'aria canalizzato di ridurre i problemi di surriscaldamento. QUANTI BIT SERVONO? 1 bit: 2 1 due informazioni 2 bit: 2 2 quattro informazioni 3 bit: 2 3 otto informazioni... 8 bit (un byte) 2 8 256 informazioni 15 16 4
: componenti fisici : componenti fisici Case 1 alimentatore 2 case 3 unità removibile 4 unità CD-ROM 5 unità nastro 6 Disco rigido 7 Unità floppy 8 Controlled IDE 9 Espansione AGP 10 Espansione PCI 11 Scheda video 12 Scheda audio 13 RAM 14 Clock 15 CMOS 16 BIOS 17 Batteria del CMOS 18 Microprocessore 19 Dissipatore 20 ventola 21 porte USB 22 porta Mouse 23 porta tastiera 24 scheda di rete 25 porta parallela 26 porte seriali 27 connessioni scheda audio 28 modem Case 17 18 Motherboard The motherboard is typically located in the center of the case, toward the rear. It is secured to the side of the case, as it is standing up, which would be the bottom as it is laying on its side. Power Supply Power supplies are normally secured in an enclosure at the top of the case. However, in some cases, the power supply will be located at the bottom. Locating the power supply at the bottom helps to keep the interior of the case cooler, as you can dedicate a fan specifically for the power supply. Hard Drives Hard drives are normally located in enclosures that run up and down the front of the case. Some cases will have removable drive bays, while others will have fixed bays. Higher end cases will have locations for fans in the very front of the case that will blow over the hard drives for increased cooling. DVD Drives DVD and CD drives are typically located on the front of the case, at the top. As with hard drive enclosures, some cases will have removable bays for your optical drives. Back Panel The back panel is located on the rear of the case and is used for external connections such as keyboards, mice, printers, monitors, and external drives. The ATX, mini-atx, and micro- 19 ATX are all have similar back panel layouts. : componenti fisici Componenti interni -Scheda madre: motherboard o mainboard, raccoglie tutti i circuiti elettronica di interfaccia fra i vari componenti principali e fra questi e i bus di espansione e le interfacce verso l'esterno. -CPU: L'unità di elaborazione centrale (Central Processing Unit), o processore, che gestisce i programmi attivi sul PC. - Memoria di sistema Ram: o memoria ad accesso casuale (Random Acces Memory), immagazzina i codici e i dati che il PC sta utilizzando. - Memoria secondaria Hard Disk: È il dispositivo per l'immagazzinamento permanente dei dati sul PC. I programmi e i dati contenuti nel disco rigido vengono trasferiti nella RAM di sistema per essere usati. - Unita ottiche CD-ROM/DVD-Rom: L'onnipresente supporto rimovibile di grande capacità. Le unità CD-ROM permettono agli utenti del PC di accedere ai contenuti multimediali, di installare applicazioni di grande dimensioni e di lavorare con enormi data base e con altre risorse. -Scheda grafica: accelera la visualizzazione delle immagini, sia in due sia in tre dimensioni, e delle riproduzioni dei video. - Scheda audio: Tutto ciò che va oltre gli elementari bip e che è emesso dall'altoparlante altoparlante del PC passa attraverso il sottosistema audio. Le schede audio permettono di riprodurre i suoni digitali attraverso gli altoparlanti, nonché di registrare suoni analogici in formato digitale. - Modem: Consente al PC di "parlare" con Internet, con i fax e con altri PC, usando una normale linea telefonica. Può essere sia una scheda aggiunta internamente sia un dispositivo esterno. - Scheda di interfaccia con la rete: Questa scheda supplementare serve a connettere il PC a una rete locale. 20 5
Dispositivi di input/output Schermo: È lo schermo CRT (cathode ray tube, tubo a raggi catodici) simile all'apparecchio TV, che si trova praticamente su tutti i PC da tavolo o desktop. Oggi, si usano soprattutto gli schermi da 15 e da 17 pollici, anche se i modelli da 19 pollici sono diffusi sui sistemi di fascia alta. I monitor più grandi consentono una visione di gran lunga migliore. Tastiera e mouse: I principali dispositivi di input del PC. Praticamente tutti i PC richiedono, e possiedono, una tastiera e un mouse. Componenti interni : Scheda madre o Motherboard è la base che permette la connessione di tutti gli elementi essenziali del computer. E una scheda master, a forma di un grande circuito stampato che presenta dei connettori per le schede d'estensione, le barrette di memoria, i processori, ecc. La scheda madre contiene un certo numero di elementi integrati nel suo circuito stampato: Il chipset, un circuito elettronico incaricato di coordinare gli scambi di dati tra i diversi componenti del computer (processore, memoria, ); l' orologio e la pila del CMOS, è un circuito incaricato della sincronizzazione dei segnali del sistema. Quando un computer è messo fuori tensione, l'alimentazione cessa di fornire corrente alla scheda madre. Ora, quando il computer è ricollegato, il sistema è sempre in orario. Un circuito elettronico, chiamato CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor, talvolta detto BIOS CMOS), conserva in effetti alcune informazioni sul sistema, come l'orario, la data del sistema e qualche parametro esseziale del sistema. Il CMSO è continuamente alimentato da una pila (di formato pila piatta)) o una batteria posta sulla scheda madre. il BIOS, (Basic Input/Output System) è il programma di base che serve da interfaccia tra il sistema operativo e la scheda madre. Il BIOS è stoccato in una ROM (memoria morta, cioè una memoria in sola lettura), così utilizza i dati contenuti nel CMOS per conoscere la configurazione hardware del sistema. il bus di sistema e i bus d'estensione. 21 Inoltre, le schede madri recenti imbarcano generalmente un certo numero di periferiche multimediali e di rete che possono essere disattivate: scheda di rete integrata; scheda grafica integrata; scheda suono integrata; controllori di dischi rigidi evoluti. 22 CIRCUITO STAMPATO Microchip Componenti interni : Scheda madre o Motherboard SCHEDA MADRE Memoria Bios Slot espansione Trasferimento dati Connettore 23 CPU Bus Porte, Input/Output 24 6
Componenti interni : Scheda madre o Motherboard Memoria Slot espansione Componenti interni : Scheda madre o Motherboard CPU Bus Porte, Input/Output La struttura delle Motherboard, è più o meno la stessa su tutti i modelli, le caratteristiche variabili sono: - Il tipo ed il numero di slot (PCI, AGP, ISA) - Alloggiamento microprocessore SOCKET - l'alloggiamento delle memorie RAM 25 26 Componenti interni : CPU Il microprocessore è un circuito integrato multifunzionale che corrisponde, in sostanza, al computer. Il processore, o CPU (Central Processor Unit) si compone di diverse parti che cooperano per eseguire le istruzioni e le azioni del PC. Le parti principali sono: CU (Control Unit). L'unità di controllo controlla le funzioni delle CPU. Svolge il ruolo del manager che coordina le attività delle diverse parti di un'azienda. Indica alle parti della CPU come operare, quali dati usare e dove memorizzare risultati. ALU (Arithmetic Logic Unit). L'unità ALU esegue tutti i calcoli e le funzioni logiche comparative per conto della CPU, comprese le operazioni di addizione sottrazione, divisione, moltiplicazione, confronto, maggiore di, minore di, e di altre operazioni logiche e aritmetiche. PTU (Protection Test Unit). Questa parte della CPU lavora insieme alla CU per controllare se le funzioni sono state eseguite correttamente. Svolge un ruolo analogo al dipartimento di controllo qualità della CPU. Se questa unità nota che alcune azioni non sono state effettuate correttamente, genera un segnale di errore. FPU (Floating Point Unit). L'unità FPU è anche indicata con da altri nomi, come coprocessore matematico, NPU (Numerical Processing Unit) e NDP (Numerical Data Processor). Gestisce tutte le operazioni a virgola mobile (floating point) per conto dell'alu e della CU. Le operazioni a virgola mobile sono richieste in operazioni aritmetiche eseguite su numeri con un numero elevato di posizioni decimali e operazioni matematiche con funzioni trigonometriche e logaritmiche. MMU (Memory Management Unit) L'unità MMU gestisce tutte le operazioni di indirizzamento e catalogazione del contenuto delle posizioni di memoria. Quando la CPU richiede informazioni presenti in memoria, la CPU richiede informazioni alla MMU che gestisce la segmentazione della memoria, le allocazioni delle pagine di memoria e trasforma tutti gli indirizzamenti logici in fisici. BIU (Bus Interface Unit) L'unità BIU effettua la supervisione dei trasferimenti dei dati tra gli altri componenti del computer e la CPU. Serve inoltre come punto di interfaccia per la CPU e il bus esterno e consente anche la gestione di tutti i trasferimenti dei dati all'esterno della CU. Unità itàdi prefetch. Effettua il precaricamento dll delle istruzioni it i inei registri itidll della CPU quando la BU è in pausa. Questo consente alla CPU di esaminare le istruzioni it i i future. Poiché l'unità di prefetch non analizza le istruzioni, a volte può richiamare un'istruzione non necessaria, poiché suppone che le istruzioni siano eseguite sequenzialmente senza salti. Unità di decodifica. Molte istruzioni sono in effetti combinazioni di istruzioni più semplici. L'unità di decodifica si limita a effettuare ciò che il nome implica: decodificare le istruzioni in ingresso nella loro forma più semplice. Mentre l'unità di prefetch richiama più istruzioni, quella di decodifica le decodifica per prepararle all'esecuzione da parte della CU. 27 28 7
PROCESSORE PROCESSORE DUAL CORE O CON DUE PROCESSORI Le CPU dual core e multi core uniscono 2 o più processori indipendenti, le rispettive cache e i cache controller in un singolo package. Questo tipo di architettura consente di aumentare la potenza di calcolo senza aumentare la frequenza di lavoro, a tutto vantaggio del calore dissipato. Obiettivi: Suddividere il lavoro tra due processori (calcolo parallelo) Ottimizzare i tempi Utilizzare più processi aperti contemporaneamente Difficoltà: Progettazione software e sistemi operativi multithread Data - E' l'anno in cui il microprocessore fu lanciato sul mercato. Transistors - E' il numero di transistor presente nel singolo Microprocessore. Microns - E' la larghezza di ogni circuito (1 Micron = 1 milionesimo di metro) Velocità - E' l'espressione in Hertz della velocità del microprocessore. Bits - E' il numero di bits che la ALU (Arithmetic Logical Unit) può gestire. Ovviamente questo parametro influenza il numero di istruzioni necessarie per i calcoli. MIPS - E' l'acronimo di Milion of Instruction Per Second, ovvero quante milioni di operazioni al secondo il microprocessore riesce ad eseguire. 29 30 Confronto CPU Confronto CPU 31 http://www.intel.com/cd/products/services/emea/ita/processors/322166.htm 32 8
MEMORIA Tipi di memoria (funzione): la memoria centrale memorizza i programmi in esecuzione e i dati necessari per la loro esecuzione: RAM e ROM la memoria cache mantiene una copia di dati e istruzioni più utilizzate la memoria secondaria o di massa memorizza in modo permanente tutti i programmi e i dati del calcolatore Componenti interni : Memorie principali e memorie secondarie I dati che elaboriamo ed i programmi che utilizziamo sono informazioni che devono essere in qualche modo memorizzate. A questo scopo nel computer sono presenti delle memorie, che si chiamano memoria centrale e memorie secondarie. Memoria principale E la componente del calcolatore in cui vengono immagazzinati e a cui accedono dati e i programmi E la memoria a cui si può accedere direttamente dal processore - è costituita da sequenze di celle (o locazioni) - ogni cella può contenere una quantità fissata di memoria (numero di bit), detta parola di memoria Ogni cella è caratterizzata da - un indirizzo, che è un numero che identifica la cella e ne consente l accesso in un valore, che è la sequenza di bit memorizzata dalla cella Tipi di memoria (costruzione): MEMORIA TIPO VELOCITA COSTO SCRITTURA FUNZIONE semiconduttore elettronica alta elevato Volatile Centrale/cache magnetiche magnetica media medio Permanente secondaria ottiche ottica bassa basso Permanente secondaria La memoria fornisce le operazioni di - lettura: consultazione del valore di una cella con un dato indirizzo - scrittura: modifica del valore di una cella con un dato indirizzo (solo RAM) 33 34 Componenti interni : Memorie principali e memorie secondarie Componenti interni : Memorie principali e memorie secondarie La memoria centrale è composta da due parti fondamentali: - la ROM e -la RAM. La ROM (Read Only Memory) è una memoria di sola lettura, ovvero i dati sono inseriti dal produttore e non sono modificabili dall utente. E, inoltre, una memoria permanente che conserva le informazioni anche dopo lo spegnimento del computer. Il suo contenuto è costituito da informazioni fondamentali per l avvio del computer. Il Firmware è un programma, contenuto nella ROM, che permette al computer di eseguire alcune funzioni fondamentali come l avviamento del software di base, detto BIOS (Basic Input Output System). Il termine deriva dall'unione di "firm" (stabile) e "ware" (componente), indica che il programma non è immediatamente modificabile dall'utente finale, ovvero risiede stabilmente nell'hardware integrato in esso, e che si tratta del punto di incontro fra componenti logiche e fisiche, ossia fra hardware e software La RAM (Random Access Memory) è invece una memoria volatile: il suo contenuto viene perso in caso di spegnimento del computer. Contiene i dati e le istruzioni dei programmi in esecuzione. La memoria RAM (Random Acces Memory) viene usata nei PC come memoria principale. La Ram è l'area in cui sono memorizzati tutti i programmi attivi e i dati, per essere prontamente accessibili e disponibili alla CPU e agli altri componenti del PC. Quando si esegue un programma nel PC, una sua copia contenuta in memoria secondaria, di solito il disco rigido, viene copiata nella RAM. Quando si trovano nella RAM, le istruzioni del programma sono trasferite una alla volta alla CPU per essere eseguite. I dati che il programma accetta o legge da un disco sono a loro volta memorizzati nella memoria RAM. I due pricipali tipi di RAM usati in un PC sono la DRAM (Dynamic RAM) e SRAM (Static RAM) Le memorie DRAM e SRAM sono abbastanza diverse, sebbene entrambe memorizzano i dati e accedano alla memoria in modo casuale. La Tabella sotto riportata elenca alcuni tipi di RAM più usati Tutti i tipi di ROM hanno caratteristiche differenti, ma tutte hanno in comune due cose molto importanti: - I dati memorizzati sono permanenti e non vengono persi anche a computer spento. - I dati memorizzati non possono essere modificati 35 36 9
Componenti interni : Memorie principali e memorie secondarie La RAM (Random Access Memory) La memoria ad accesso casuale (RAM) è il miglior tipo di memoria disponibile oggi per i computers. Contiene i dati e le istruzioni che devono essere elaborati dalla CPU o La RAM e veloce per leggere/scrivere una cella ci vogliono, in media 5 30 nanosecondi (millesimi di milionesimi di secondo = 30 * 10-9) o la RAM e volatile e fatta di componenti elettronici, e se si toglie l alimentazione si perde tutto o La RAM e costosa (relativamente) RAM Le celle sono numerate in sequenza: il numero di ogni cella costituisce il suo indirizzo o Specificando l indirizzo di una cella, la CPU e in grado di leggere e/o modificare il valore del byte memorizzato in quella cella o Random Access Memory (RAM), perche ogni cella e indirizzabile direttamente Spazio di indirizzamento: numero delle celle indirizzabili direttamente Il numero di celle indirizzabili e una potenza di due. Con: n 16 bit (2 byte) si indirizzano 65.536 celle n 32 bit (4 byte) si indirizzano 4.294.967.296 celle Si usano delle unita di misura per indicare la dimensione della memoria: kilobyte (KB) = 1024 byte (210 byte) megabyte (MB) = 1000 KB (220 B) gigabyte (GB) = 1 miliardo di byte = Dim mensione massima della memoria num mero max indirizzi 2 N -1 0 1 2 2 N 1 1bit Ampiezza della memoria = N bit per cella 37 Quindi -con 16 bit si indirizzano 64KB di memoria -con 32 bit si indirizzano 4GB di memoria 32 bit= 4 byte come contenuto massimo di ogni celle = oltre 4 miliardi di indirizzi (4 giga) teorica 38 MEMORIA Caratteristiche della memoria centrale capacità il numero di bit che possono essere memorizzati, misurati in byte (e multipli del byte) velocità di accesso misura la velocità di esecuzione delle operazioni di lettura/scrittura volatilità indica la capacità di conservare i valori memorizzati in modo permanente o meno la misurazione della memoria Il computer utilizza il linguaggio binario: la più piccola unità di memorizzazione, il bit, può assumere solo due valori: 1 e 0. Convenzionalmente 1 rappresenta lo stato di ON (acceso) e zero lo stato di OFF (spento). Un gruppo di otto bit costituisce un byte, unità minima per rappresentare un carattere, un numero o un simbolo. La diversa successione di 0 e 1 all'interno di un byte permette di ottenere 256 varianti. Con un byte siamo quindi in grado di rappresentare tutte le lettere dell'alfabeto latino, maiuscole e minuscole, i numeri, i segni d'interpunzione e ancora altri simboli. Per esempio, la sequenza 01000001 in codice binario viene usata per indicare la lettera A. I multipli del byte sono: il kilobyte (KB), costituito da 1024 byte, che corrisponde circa alla memoria occupata da una pagina di testo; il megabyte (MB), costituito da 1.048.576 byte (1024 Kilobyte), che corrisponde a circa 1000 pagine di testo; il gigabyte (GB), costituito da 1.073.741.824 byte (circa un milione di pagine di testo); il terabyte (TB), costituito da 1024 gigabyte (circa un miliardo di pagine di testo). Per ricercare dei dati nelle memorie esterne possiamo ricorrere ad alcuni elementi: carattere (unità minima di registrazione, occupa un byte. Es: L,2, ecc.) campo (insieme di caratteri che rappresentano un dato. Es: Nome, età, ecc.) record (insieme di campi che costituiscono una informazione unitaria. Es: Nome-Cognome- Indirizzo) file (insieme di record che hanno la stessa struttura) cartella (insieme di file a cui viene dato un nome per semplificare la ricerca). 39 40 10
Memoria cache è una memoria temporanea, non visibile al software, che memorizza un insieme di dati che possano successivamente essere velocemente recuperati su richiesta. Le parole chiave sono "temporanea" e "velocemente": in pratica, questo significa che non c'è nessuna certezza che i dati si trovino nella cache, ma che convenga comunque fare un tentativo per verificarne l'eventuale presenza. Una cache è associata ad una memoria "principale", in cui risiedono i dati. Essa è tipicamente di capienza inferiore rispetto alla memoria principale, ma il suo utilizzo è più conveniente in termini di tempo di accesso e/o carico sul sistema. Dimensioni i i da 256 k a qualche Mb La CPU cerca il dato prima in cache e poi in RAM. I tempi sono ridotti. Che dati ci sono in cache? Quelli vicini a quelli che sto già usando Cache L1 interna al chip 256 kb L2 esterna fino a qualche Mb 41 MEMORIA SECONDARIA o DI MASSA Memoria secondaria o Memoria di massa memorizza grandi masse di dati i dati memorizzati sopravvivono all esecuzione dei programmi. non può essere acceduta direttamente dalla CPU I dati di una memoria secondaria per essere elaborati dal processore devono passare nella memoria centrale. Operazione di Caricamento Esempi di memoria scondaria: Hard disk; Floppy disk; Dischi magnetici; Nastri magnetici; Supporti ottici. 42 MEMORIA SECONDARIA non volatilità i dati memorizzati non si perdono allo spegnimento del calcolatore (perché memorizzati in forma magnetica o ottica anziché elettronica) HARD DISK grande capacità capacità maggiore (anche di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale bassi costi il costo per bit di una memoria secondaria è minore (di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale bassa velocità di accesso tempi di accesso maggiori (di qualche ordine di grandezza) rispetto a quelli della memoria principale 43 44 11
HARD DISK HARD DISK: lettura e scrittura Un hard disk è strutturato per registrare dati su su cilindri, tracce e settori (clusters, tracks, sectors). I settori sono dei cerchi concentrici, le tracce sono una suddivisione dei settori stessi mentre i cilindri sono dei gruppi di settori Capacità Sicurezza dei dati Prestazioni tabella allocazione file Recuperare undeleted 45 46 HARD DISK: RAID Redundant Array of Independent Drives HARD DISK: Formattazione RAID Nota anche come striping, è quella modalità che permette di "legare" tra di loro differenti dischi, facendoli vedere dal sistema come un'unica unità anche se fisicamente composta da due o più dischi. RAID 1 Noto anche come mirroring, in questa modalità i dati vengono scritti su entrambi i dischi, così che uno sia copia speculare dell'altro; qualora dovesse esserci qualche problema e/o errore di scrittura lettura, oppure ancora perdita di dati, il sistema andrà a ricuperare le informazioni sull' altro hard disk, così da garantire la continuità delle operazioni.ridondanza Lettura più veloce, scrittura uguale 47 1 2 3 Per poterlo utilizzare è necessario formattarlo, ma prima di fare questo è indispensabilepartizionarlo e scrivere su esso le informazioni della(e) partizione(i) e del boot sector. Queste operazioni prendono il nome di file system, cioè sistema attraverso il quale i dati vengono scritti sul disco. Il file system è diverso in base al tipo di sistema operativo che viene utilizzato: F.A.T. 12/16bit per MS Dos fino alla versione 7.0 e per Windows 95 release B esclusa; FAT F.A.T. 32bit per Windows 95 Release B (4.00.950 B); NTFS per Windows NT; HPFS per OS/2. 48 12
UNITA OTTICHE UNITA OTTICHE 49 Testina di scrittura Testina di lettura I bumps e gli spazi si susseguono su tutta la traccia che è lunga circa 5 Km! Se si pensa che un CD ha un diametro di soli 12 centimetri si capisce quanto stretta debba essere la traccia (circa 0.5micron). Per leggere i dati memorizza su un CD, un raggio laser viene passato lungo tutta la spirale del disco. Quando il laser incontra un bumps, questo viene riflesso su di un sensore ottico che rileva la luce e che può quindi stabilire che un bump è stato passato dal laser e quindi un bit in posizione 1 è stato letto. Quando invece non viene riflesso nulla, il sensore stabilisce che l'area passata dal laser era priva di bump ed assume quindi di aver letto un bit in posizione 0. 50 UNITA OTTICHE UNITA OTTICHE 51 52 13
MEMORIA FLASH È una memoria non volatile, che per le sue prestazioni può anche essere usata come memoria a lettura scrittura. Si tratta di memoria a stato solido, non presenta alcuna parte mobile quindi è piuttosto resistente alle sollecitazioni e agli urti, inoltre è estremamente leggera e di dimensioni ridotte. MEMORIA Capacità di memorizzazione Registri Mem. cache Mem. centrale Dischi magnetici e ottici 53 Nastri magnetici Velocità di accesso 54 MEMORIA SECONDARIA: confronti HARD DISK FLOPPY DISK ZIP CD ROM DVD CAPACITA MAX Fino a 1 Tb 1.44 Mb 650 Mb 4,7 Gb Lato unico e singolo strato 8,5 Gb Lato unico e doppio strato 9,4 Gb Due lati e singolo strato 17 Gb Due lati e doppio strato SCHEDA VIDEO ha lo scopo di generare un segnale elettrico (output) che possa essere mostrato a video. A seconda del tipo di computer questo dispositivo può essere più o meno potente: i primi modelli di scheda video potevano visualizzare solo testo; successivamente si sono diffuse anche schede video in grado di mostrare output grafici (immagini non testuali) e, recentemente, anche modelli tridimensionali texturizzati in movimento e in tempo reale. Questi ultimi tipi di scheda provvedono anche ad elaborare e modificare l'immagine nella propria memoria interna, mentre le schede 2D possono mostrare immagini 3D solo con l'aiuto della CPU che deve eseguire da sola tutti i calcoli l necessari. DVD BLUERAY FLASH COMPACT FLASH 23.3 27 Gb 32 Gb 16 Gb 55 56 14
CONNESSIONI CONNESSIONI Porta PARALLELA. Utilizzata inizialmente per stampanti e poi diffusa anche su scanner.. Ormai poco utilizzata Il miglioramento più grande apportato dall'usb è la standardizzazione delle porte (USB sta infatti per UniversalSerial Bus). Porta SERIALE. Era usata per camere digitali, mouse Trasmissione Quando viene trasmesso un dato con la porta parallela, vengono inviati 8 bit alla volta contemporaneamente. Nella porta seriale vengono invece mandati 8 bit in fila uno dietro l'altro. Velocità di trasmissione Nelle porte parallela è più alta. La lunghezza del cavo Nelle porte parallele, il cavo di connessione non può superare i 4 5 metri, pena la perdita dei dati. Nelle porte seriali questa lunghezza è maggiore. 57 Un cavo USB è formato al suo interno da 4 linee. Due sono dedicate all'alimentazione e due ai dati. La connessione USB trasporta anche Quando il PC viene acceso, esso control la tutti i device connessi al bus USB ed iniziail processo di enumerazione provvedendo ad assegnare ad ogni periferica un indirizzo univoco che gli permetterà di gestirla. Terminato il processo di enumerazione, il PC verifica il tipo di data transfer che laperiferica userà e laquantità di banda che ogni periferica andrà ad occupare. Velocità: USB 1= 12 Mbps che equivale 1,5 MB/sec USB 2 = 480 Mbps che equivale a 60 MB/sec USB 3= 4800 Mbps che equivale a 600 MB/sec 58 CONNESSIONI INPUT FireWire:per trasferire grandi quantità di dati audio/video tra computer e periferiche quali videocamere ohard disk esterni. GENERICO Velocità di trasferimento: 400 Mbps TESTO E NUMERI SUONI La PC Card, inizialmente denominata PCMCIA Card, al tempo comunemente abbreviata in PCMCIA, è uno standard d interfaccia elettronica, destinata a computer portatili, o altri tipi di dispositivi elettronici portatili, e accessibile dall'esterno 59 IMMAGINI 60 15
OUTPUT TESTI E IMMAGINI (stampa) PRESTAZIONE DI UN COMPUTER Migliorare la capacità dati = RAM e Hard disk Aumentare la velocità = microprocessore Migliorare l efficienza = microprocessore CISC o RISC VIDEO SUONI 61 VALUTARE UN PC 62 16