Componenti principali di un computer Unità centrale Processore Controller Memoria principale (centrale) Bus Stampante Terminale Periferiche di input/output Memorie di massa (secondarie) 1
COMPONENTI DI UN PC Componenti dello schema di Von Neumann: CPU, Input ed Output, memoria (volatile RAM e permanente Drives ). 2
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Dentro al PC SLOT: connettore dove inserire schede relative a particolari dispositivi I più comuni tipi di slot sono: o PCI Peripheral Component Interface o AGP Advanced Graphic Port CHIPSET: è un insieme di circuiti integrati che "aiuta" la CPU nel controllo di tutti i dispositivi. Si occupa del BUS PCI, controllo dei dischi e periferiche. Un determinato chipset può supportare diversi tipi di CPU. JOYSTICK: connettore per un dispositivo dedicato a particolari attivita (anche per il tempo libero!). 9
BIOS: chip ROM specifico di una data scheda madre. Le istruzioni (e dati) in esso contenute, che utilizzate dalla CPU all'accensione del PC restano fisse per tutto il ciclo di vita del PC, possono essere divise in: POST (Power On Self Test) = Istruzioni per il controllo del funzionamento elettronico dei dispositivi all accensione del PC SETUP: Istruzioni per la configurazione dei dispositivi dopo l accensione e il post BOOT: Istruzioni per la partenza del Sistema Operativo INPUT/OUTPUT: Programmi software a basso livello, (funzioni di base) che il sistema operativo sfrutta per interagire con alcune periferiche di base. Tastiera, Hd e ad altri dispositivi di Input/output. Non tutti i sistemi operativi utilizzano tutte le funzioni del BIOS ( vedi UNIX) 10
Dispositivi di input/output (periferiche): impiegati per l interazione utente/sistema, hanno (in genere) una limitata autonomia (sono cioè controllati e coordinati dal processore) ed operano in modo asincrono Poiché il processore non è in grado di prevedere il momento in cui un dato di input sarà a disposizione, né quello in cui un dispositivo di output termina di produrre dati in uscita, occorrono meccanismi di sincronizzazione con il processore Le periferiche in genere si interfacciano al processore attraverso appositi controller. I controller gestiscono le comunicazione tra il dispositivo di I/O e tutte le altre componenti della macchina processore compreso. Generalmente i controller dei dispositivi di I/O segnalano al processore la fine dell operazione in corso attivando un segnale di interrupt Terminale: il più comune strumento di interazione uomo/macchina, è costituito da due dispositivi indipendenti la tastiera ed il video
La Tastiera il principale dispositivo di input a caratteri nei moderni sistemi di elaborazione, presenta i tasti raggruppati in: Tasti alfanumerici; Tasti speciali (ENTER, BACK SPACE, LINE FEED, ); Tasti frecce direzionali; Tasti funzione L'utente non può vedere i dati immessi nel calcolatore Tastiera e video non sono direttamente collegati tra loro: è compito del processore riprodurre sul video tutte le informazioni fornite in input tramite la tastiera
Video: bianco e nero o a colori, a carattere o grafici,. Video grafico: matrice di punti (pixel) illuminati con diversa intensità Un'immagine viene composta accendendo o spegnendo i pixel sullo schermo A una diversa densità di pixel corrisponde una diversa risoluzione Nei personal sono oggi comuni video con *risoluzioni che vanno da 640X480 fino a 4096X3300 pixel *un numero di colori che va da 256 (8 bit) fino a 16 Milioni (24 bit). La dimensione è misurata in pollici e fa riferimento alla lunghezza della diagonale. Un video di 14 ha la diagonale lunga 14 pollici (1 pollice vale circa 2,54 cm )
Mouse: dispositivo di puntamento presente su quasi tutti i computer. Ogni volta che si sposta di una distanza minima (0,01 pollici detta michey) il mouse invia 3 byte al calcolatore: Il primo byte indica di quante unità il mouse si e spostato nella direzione dell asse x negli ultimi 100 millisecondi; il secondo indica lo spostamento lungo y; il terzo byte contiene informazioni sullo stato dei pulsanti del mouse. Il software di controllo (device driver) sovrintende alla comunicazione con l unità centrale.
Stampanti: dispositivo di output che consente la stampa su carta delle informazioni Velocità di stampa: linee al minuto o caratteri al secondo; Risoluzione (qualità di stampa): dot per inch Stampanti: *) a margherita o a testina rotante *) a catena (in disuso) *) ad aghi *) a getto di inchiostro. *) laser
STAMPANTE LASER Il tamburo viene caricato elettricamente (circa 1000V). Una luce laser riflessa su uno specchietto rotante viene fatta scorrere su tutta la lunghezza del tamburo. Il raggio di luce viene modulato per produrre una configurazione di punti chiari e scuri. I punti colpiti dal raggio perdono la loro carica elettrica. Dopo aver eseguito la scansione su una riga il tamburo ruota di una frazione di grado per poter esporre la linea seguente. Infine la prima riga di punti raggiunge il toner. Il toner viene attirato dai puntini che sono ancora carichi e così si forma un immagine della riga. Un pò più avanti nel percorso, il tamburo ricoperto di toner viene premuto contro il foglio di carta e ne trasferisce il toner. La carta viene poi fatta passare attraverso dei rulli riscaldati che fissano permanentemente il toner sulla carta. Più avanti nella rotazione, il rullo viene 16 scaricato e ripulito di eventuali residui.
BUS:Canale di comunicazione condiviso tra più unità Le caratteristiche dei bus influenzano in modo determinante le prestazioni dell intero sistema LARGHEZZA: Numero di bit del bus dati ( ISA 16 bit disuso-; PCI 32/64 bit) VELOCITA : Frequenza di lavoro del bus Numero di byte per ciclo di clock TRANSFER RATE: MB/sec trasmessi (Bus PCI: 32 bit a 66MHz regge 264 MB/sec.) 17
BUS: vantaggi e svantaggi Vantaggi: Nuovi dispositivi possono essere facilmente aggiunti Le periferiche possono essere spostate da un computer a un altro purché questi utilizzino lo stesso tipo di BUS Un solo insieme di fili viene usato per collegare più periferiche Costi contenuti per numero di byte trasmessi per ciclo di clock Svantaggi: La banda del bus limita le velocità di trasferimento La velocità massima è condizionata: dalla lunghezza del Bus dal numero di dispositivi sul Bus 18
Gerarchia dei BUS: 1) Processor Bus; 2)Cache Bus; 3)Memory Bus 4)Local I/O Bus; 5)Bus di espansione 19
I BUS PIU DIFFUSI USB = Universal Serial Bus EISA = Extended ISA AGP= Accelerated Graphics Port IDE = Integrated Device Electronics ISA = Industry Standard Architecture VESA = Video Electronics Standards Association PCI = Peripheral component interconnect SCSI= Small Computer Standard Interface PCMCIA = Personal Computer Memory Card International Association 20
ARCHITETTURA DI UN PC MODERNO 21
BUS SINCRONI E ASINCRONI I bus sincroni prevedono una linea di sincronismo (clock). Il segnale di sincronismo è un onda quadra con frequenza che va da alcune decine a poche centinaia di MHz. Tutte le attività sul bus avvengono in un numero intero di cicli, quindi tutti i dispositivi connessi al bus impiegano tale numero intero di cicli, anche se le loro attività ne richiedono solo una frazione. I bus sincroni, tecnologicamente più semplici di quelli asincroni, sono più usati di quest ultimi anche se svantaggiati dal fatto che tutti i dispositivi sono legati al rispetto della durata prevista per i cicli. I bus asincroni non prevedono un clock e i cicli, che possono essere di lunghezza arbitraria e diversa, sono determinati dai segnali trasmessi tra la parte richiedente (MASTER) e la 22 parte servente (SLAVE).
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Input da tastiera 24
Pipeline Esempio pipeline lineare a 5 stadi Istruzioni S1 S2 S3 S4 S5 Tempificazione Istruzione 4 S1 S2 S3 S4 S5 Istruzione 3 S1 S2 S3 S4 S5 Istruzione 2 S1 S2 S3 S4 S5 Istruzione 1 S1 S2 S3 S4 S5 tempo Ciclo di clock 25
Superscalarità Capacità di una architettura di eseguire più di una istruzione per ciclo di clock, ad es., tramite parallelismo nella circuiteria Istruzioni Pipeline 1 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 Pipeline 2 26