RIASSUNTO
La codifica delle informazioni
u
Rappresentazione dell’informazione all’interno
di un calcolatore
– codifica caratteri (codice ASCII)
– codifica numeri interi (rappresentazione in base 2)
RIASSUNTO
Struttura di un computer
Unità di controllo Unità di uscita Unità di ingresso Unità logico aritmetica Memoria periferica Memoria centrale (RAM) PROCESSORERIASSUNTO
La memoria centrale
u
Fornisce la capacità di “memorizzare” le
informazioni (sotto forma di bit)
u
Le operazioni che si possono effettuare
sulla memoria sono le operazioni di lettura
e scrittura di informazioni nelle celle
u
Le dimensioni della memoria: nei computer
attuali le dimensioni tipiche della memoria
centrale vanno dagli 64 MB a 1 GB
Informatica Generale
RIASSUNTO
La memoria centrale
u Un altro aspetto che caratterizza la memoria è il
tempo di accesso (tempo necessario per leggero o
scrivere un’informazione in una cella): ordine dei nanosecondi (miliardesimi di secondo)
u La memoria centrale perde ogni suo contenuto
quando si interrompe l’alimentazione elettrica.
Tipi di memoria RAM
u DRAM (Dynamic RAM) il contenuto viene
memorizzato per pochissimo tempo per cui deve essere aggiornato centinaia di volte al secondo (FPM, EDO, SDRAM, RDRAM)
u SRAM (Static RAM) veloce e costosa, non deve
essere aggiornata come le DRAM. Viene usata per le memorie cache
u VRAM (Video RAM) usata per la
Struttura di un computer
Unità di controllo Unità di uscita Unità di ingresso Unità logico aritmetica Memoria periferica Memoria centrale (RAM) PROCESSOREIl Processore
u
Il processore (detto anche CPU, ovvero,
Central Processing Unit) è il componente
che fornisce la capacità di elaborazione
delle informazioni contenute nella memoria
centrale
u
L’elaborazione avviene in accordo a
sequenze di istruzioni (istruzioni
Informatica Generale
Il Processore
u Nella maggior parte dei computer sia il programma
che i dati (le informazioni da elaborare) devono essere caricati in memoria centrale
u La memoria contiene quindi almeno due tipi di
informazioni:
– la sequenza di istruzioni che devono essere
eseguite dal processore;
– l’insieme di dati (informazioni) su cui tali
istruzioni operano
u Il processore è costituito da varie componenti che
Il Processore: l’unità di controllo
u
L’Unità di Controllo (UC) si occupa di
coordinare le diverse attività che vengono
svolte all’interno del processore
u
Il processore svolge la sua attività in modo
ciclico: ad ogni ciclo corrisponde l’esecuzione
di una istruzione macchina
u
Ad ogni ciclo vengono svolte diverse attività
Ciclo di esecuzione
u
si legge (carica) dalla memoria centrale la
prossima istruzione da eseguire;
u
si decodifica l’istruzione e si leggono
(caricano) eventuali dati (informazioni)
dalla memoria
u
si esegue l’istruzione (compito dell’ALU)
u
si memorizza un eventuale risultato
Il Processore: l’unità di controllo
u La frequenza con cui vengono eseguiti i cicli di
esecuzione è scandita da una componente detta
clock
u Ad ogni impulso di clock la UC esegue un ciclo di
esecuzione di istruzioni macchina
u La velocità di elaborazione di un processore
dipende dalla frequenza del suo clock
u I processori attuali hanno valori di frequenza di
clock che variano tra i 500 MHz e 1,5 GHz (tra 500 e 1500 milioni di impulsi al secondo)
Informatica Generale
Il Processore:
l’Unità Aritmetico-Logica
u L'Unità Aritmetico-Logica (ALU) è costituita da
un insieme di circuiti in grado di svolgere le operazioni di tipo aritmetico e logico
u La ALU legge i dati prelevati dalla memoria
centrale, esegue le operazioni e memorizza il risultato
u Ad esempio, vi sono circuiti in grado di eseguire
la somma di due numeri binari contenuti, circuiti in grado di eseguire il confronto tra due numeri
Il bus
u Problema: collegare le varie componenti
(fisicamente separate) di un calcolatore, ad esempio, processore e memoria centrale
u Collegare ogni componente a tutte le altre
(costoso se ho molte componenti separate)
u Usare un unico collegamento condiviso
u Bus di sistema: insieme di collegamenti in rame
Informatica Generale
Interazione tra processore e
memoria
PROCESSORE MEMORIA CENTRALE UC ALU BUS CLOCKStato dell’arte per PC
u
Processori INTEL della famiglia Pentium
– Pentium III (con frequenze di clock di oltre
1GHz)
– Pentium IV (ottimale con RAM di tipo
Struttura di un computer
Unità di controllo Unità di uscita Unità di ingresso Unità logico aritmetica Memoria periferica Memoria centrale (RAM) PROCESSORELa memoria periferica
u La memoria centrale non può essere troppo grande a causa
del suo costo elevato
u Non consente la memorizzazione permanente dei dati
(volatilità)
u Per questi motivi nell’architettura di un calcolatore sono
stati introdotti due tipi di memoria:
– Memoria centrale veloce, volatile, di dimensioni
relativamente piccole;
– Memoria periferica, più lenta e meno costosa, con
Informatica Generale
La memoria periferica
u La memoria periferica viene utilizzata per
mantenere tutti i programmi e tutti i dati che possono essere utilizzati dal computer
u La memoria periferica viene anche detta memoria
di massa
u Quando si vuole eseguire un certo programma,
questo dovrà essere copiato dalla memoria di massa a quella centrale (caricamento)
La memoria periferica
u
I supporti di memoria di massa sono molto più
lenti rispetto alla memoria centrale (presenza di
dispositivi meccanici)
u
Le memorie di massa hanno capacità di
memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di
quelle delle tipiche memorie principali
La memoria periferica
u
Il processore non può utilizzare
direttamente la memoria di massa per
l'elaborazione dei dati
u
Il programma in esecuzione deve essere in
memoria centrale e quindi le informazioni
devono essere trasferite dalla memoria
periferica a quella centrale ogni volta che
servono
La memoria periferica
u
Nel caso della memoria centrale si ha sempre
l'accesso diretto ai dati, nel caso della memoria
periferica solo alcuni supporti consentono l'accesso
diretto mentre altri supporti permettono solo
l'accesso sequenziale
u
La memoria centrale consente di indirizzare il
singolo byte di informazione, nelle memorie di
massa le informazioni sono organizzate in blocchi
di dimensioni più grandi, di solito da 1 KByte in su
Informatica Generale
La memoria periferica
u La memoria periferica deve avere capacità di
memorizzazione permanente e quindi per la sua realizzazione si utilizzano tecnologie basate sul magnetismo (dischi e nastri magnetici) o tecnologie basate sull'uso dei raggi laser (dischi ottici)
u La magnetizzazione è permanente fino a quando non
viene modificata per effetto di un agente esterno
u I due diversi tipi di magnetizzazione corrispondono alle
La memoria periferica:
I dischi magnetici
u I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria periferica
più diffusi
u Sono dei supporti di plastica o vinile, su cui è depositato
del materiale magnetizzabile
u Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in
rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video
u Entrambi i lati di un disco possono essere sfruttati per
Informatica Generale
La memoria periferica:
i dischi magnetici
u I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori,
ogni settore è una “fetta” di disco. I settori suddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi (o record fisici)
Traccia
Settore Blocco
La memoria periferica:
i dischi magnetici
u La suddivisione della superficie di un disco in tracce e
settori viene detta formattazione
u Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile in un
disco magnetico e il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri che rappresentano il numero della traccia e il numero del settore
u I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in quanto
è possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco senza dover leggere quelli precedenti
Informatica Generale
La memoria periferica:
i dischi magnetici
u Per effettuare un'operazione di lettura (scrittura) su un
blocco è necessario che la testina raggiunga l'indirizzo desiderato (la testina è ferma ed è il disco che si muove)
u Il tempo di accesso alle informazioni sul disco è dato dalla
somma di tre tempi dovuti a:
– spostamento della testina in senso radiale fino a raggiungere la
traccia desiderata (seek time);
– attesa che il settore desiderato si trovi a passare sotto la testina;
tale tempo dipende dalla velocità di rotazione del disco (latency time);
La memoria periferica:
i dischi magnetici
u Una classificazione dei dischi magnetici è quella che
distingue tra hard disk e floppy disk
u Gli hard disk sono dei dischi che vengono utilizzati come
supporto di memoria periferica fisso all'interno dell'elaboratore
u Sono generalmente racchiusi in contenitori sigillati in modo
da evitare qualunque contatto con la polvere
u I dischi rigidi hanno capacità di memorizzazione elevata, si
va da dischi da circa 512 MByte per i personal computer più obsoleti, fino a dischi da alcune decine di GByte
Informatica Generale
La memoria periferica:
i dischi magnetici
u I floppy disk (dischetti flessibili) sono supporti rimovibili
u Ogni elaboratore è dotato di almeno una unità di
lettura-scrittura detta drive, all'interno della quale l'utente può inserire i propri dischetti
u I floppy disk sono di materiale plastico e ricoperti da un
piccolo stato di sostanza magnetizzabile
u I tempi di accesso sono più alti di quelli dei dischi rigidi
u Oggi sono comuni floppy disk da 3.5" (capacità di
La memoria periferica:
i dischi ottici
u Le tecnologie dei dischi ottici sono
completamente differenti e sono basate sull'uso di raggi laser
u Il raggio laser è un particolare tipo di raggio
luminoso estremamente focalizzato che può essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte
u Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da
superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini
La memoria periferica:
i dischi ottici
0 1 1 1 0
La memoria periferica:
i dischi ottici
u Ogni unità di superficie può essere forata o non
forata e questo corrisponde ai due diversi tipi di informazione elementare (bit)
– L'informazione contenuta su un'unità di superficie può
essere letta guardando la riflessione del raggio laser proiettato sulla superficie stessa
– Aggregazioni di informazioni possono essere ottenute
dividendo una superficie di grandi dimensioni in molte unità elementari, ognuna delle quali rappresenta un singolo bit
Informatica Generale
La memoria periferica:
i dischi ottici
u I dischi ottici sono basati sull’uso di un raggio laser per
operazioni di lettura
u Quasi tutte le unità per dischi ottici consentono solamente
operazioni di lettura poiché la scrittura è un'operazione complicata, che richiede delle modifiche fisiche del disco (CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory).
u Quando le unità consentono la scrittura, i dischi ottici
generalmente possono essere scritti una sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono durante la fase di scrittura sono irreversibili (CD WORM ovvero Compact Disk Write Once Read Many). Si usa un masterizzatore.
La memoria periferica:
i dischi ottici
u I dischi ottici vengono usati solitamente per la
distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate
u I dischi ottici hanno una capacità di memorizzazione
superiore rispetto ai dischi magnetici ma sono più lenti
u Le dimensioni tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi
vanno dai 500 MByte in su, fino a uno o più GByte
u I dischi ottici hanno costo inferiore e sono molto più
La memoria periferica:
i dischi ottici
u
DVD (Digital Versatile Disk) o (Digital
Video Disk)
u
Capacità di 4,7GB (in continuo aumento)
u
Il lettore DVD costa poco più di un lettore
CDROM e legge anche i CDROM
u
