Architettura hardware Pc

(1)

Versione:

13/03/2007 Facoltà di Farmacia - Corso di Informatica 1

Struttura dei sistemi di

calcolo

(2)

Versione: 13/03/2007

Come prologo: la macchina di

von Neumann

Nei primi computers l'inserimento dei dati e dei programmi avveniva cambiando la posizione di interruttori o modificando la

disposizione dei cavi che connettevano diverse unita' di calcolo

(3)

(4)

Idea di von Neumann: macchina “general pourposes” a programma memorizzato che viene specializzata dal processo introdotto dall'utente.

Programma memorizzato: il procedimento viene descritto e inserito in una particolare unita' (memoria) insieme ai dati.

L' inserimento avviene attraverso una particolare unita' di input.

memoria input

dati

(5)

Adesso occorre una unita' che esegua le istruzioni: a livello elementare questo

Compito e' svolto da una Arithmetical and Logical Unit (ALU)

memoria input

dati

programma

(6)

Versione: 13/03/2007 memoria input dati programma ALU

Tutto cio' deve avvenire in maniera

coerente ed ordinata: e' quindi necessaria una unita' di controllo

(7)

Versione: 13/03/2007 memoria input dati programma ALU controllo

Infine i risultati dell' elaborazione debbono essere resi disponibili attraverso una unita' di output

(8)

(9)

Facoltà di Farmacia - Corso di Informatica 9

Tipi di calcolatori

• Computer multiutente

(multiuser)

– supercomputer_{supercomputer}: i più potenti,

basati su centinaia o migliaia di processori che lavorano in

parallelo

– mainframe e servermainframe e server: svolgono funzioni centralizzate; ad essi sono collegati altri computer o terminali

(10)

Tipi di calcolatori

• Computer multiutente

(multiuser)

– minicomputer_minicomputer: simili a

mainframe ma meno potenti

– terminaliterminali: postazioni senza capacità di elaborazione,

devono essere collegati a un server

(11)

Tipi di calcolatori

• Personal computer

– desktop e workstationdesktop e workstation: computer da scrivania

– notebooknotebook: computer portatili, di

potenza confrontabile a quella di un desktop; in casa e ufficio possono essere inseriti in una docking station

(12)

Tipi di calcolatori

• Personal computer

– palmtop: computer tascabili, palmtop hanno tastiere di ridotte

dimensioni

– PDA (personal digital PDA (personal digital assistant)

assistant): i più piccoli, privi di tastiera, molto semplici, ad

(13)

Architettura

dell’elaboratore

Esamineremo la struttura

dell’elaboratore, analizzando le

funzionalità di ogni suo

componente

Vedremo come funzionano i

dispositivi che costituiscono la

macchina a un livello intermedio di

dettaglio

(14)

Architettura dell’elaboratore

(15)

Architettura dell’elaboratore

Prese sul retro

(porte)

(16)

Architettura dell’elaboratore

(17)

Architettura dell’elaboratore

(18)

Fisicamente CPU e RAM sono formate

da sottili lamine di silicio (chips) che contengono componenti elettronici (transistor, resistenze, condensatori) miniaturizzati.

Ogni unità elementare può trovarsi a due diversi livelli di tensione elettrica

(o carica del condensatore) oppure nello stato acceso/spento :

(19)

Architettura dell’elaboratore

(20)

Architettura dell’elaboratore

(21)

L’hardware

Funzioni di base di un elaboratore:

•elaborare l’informazione

• memorizzare l’informazione

• eseguire input/output dell’informazione

– usando il processore (Central

Processing Unit, CPU)

– usando la memoria principale

(RAM)

– usando la memoria secondaria

(22)

Elementi della macchina

di von Neumann

CPU RAM

dispositivi di input/output

(23)

La scheda madre

(motherboard)

(24)

La scheda madre

(motherboard)

CPU CPU

(25)

La scheda madre

(motherboard)

CPU CPU RAM

(26)

L’hardware

RAM dispositivi di input/output memoria secondaria CPU

(27)

L’hardware

RAM CPU dispositivi di input/output memoria secondaria elaborare

(28)

L’hardware

RAM memorizzare_memorizzare dispositivi di input/output memoria secondaria CPU elaborare

(29)

L’hardware

RAM memorizzare_memorizzare interagire dispositivi di input/output memoria secondaria CPU elaborare

(30)

Funzionamento ad alto livello

RAM CPU

(31)

Funzionamento ad alto livello

RAM CPU

memoria secondaria

1) All’avvio dell’elaboratore, programmi (almeno il S.O.) e programmi dati

dati (se ce ne sono) risiedono in memoria secondaria

(32)

Funzionamento ad alto livello

RAM programmi

e dati

CPU

2) I programmi per essere eseguiti devono essere devono portati in memoria principaleportati in memoria principale . Così anche i dati per essere utilizzati dai programmi

1 2

(33)

Funzionamento ad alto livello

RAM programmi

e dati

CPU

3) La CPU (Central Processing Unit) esegue i programmi eseguendo le istruzioni di cui sono eseguendo le istruzioni

composti

1 2

(34)

Funzionamento ad alto livello

RAM programmi e dati CPU dispositivi di input/output memoria secondaria 4) Avviene l’input/output e la

memorizzazione su memoria secondaria

1 2

3

(35)

Analizziamo i vari

componenti…

RAM CPU dispositivi di input/output memoria secondaria

(36)

Analizziamo i vari

componenti…

CPU

RAM

dispositivi di input/output memoria secondaria

(37)

La memoria principale

• Insieme alla CPU, è una componente fondamentale del calcolatore.

• Permette di memorizzare sia il programma che i dati.

(38)

• E’ strutturata in una sequenza di

celle (o locazioni) di memoria

(39)

celle (o locazioni) di memoria 00100111

11001001 00010100 10011101 … 10100110

La memoria principale

(40)

celle (o locazioni) di memoria 00100111

11001001 00010100 10011101

…

10100110

(41)

• Ogni cella memorizza un byte

00100111 11001001 00010100 10011101 … 10100110

(42)

• Ogni cella memorizza un byte

00100111 11001001 00010100 10011101 … 10100110

(43)

• Ogni cella memorizza 1 byte

•Le celle sono numerate in sequenza: indirizzoindirizzo

•Una parola di memoria e' un insieme di 2, 4, od 8 byte sul

quale si puo' operare (leggere o scrivere) come su di un blocco unico 0 0 00100111 1 1 11001001 2 2 00010100 3 3 10011101 … … … N N 10100110 00100111 11001001 00010100 10011101 … 10100110

La memoria principale

celle

(44)

La memoria principale

• Quali operazioni si possono compiere sulla memoria?

– lettura del contenuto di una cella

– scrittura in una cella

• Per leggere e scrivere in una cella è necessario conoscerne l’indirizzoindirizzo

• Specificando l’indirizzo di una

cella, la CPU è in grado di leggere e/o modificare il valore del byte memorizzato in quella cella

0 0 00100111 1 1 11001001 2 2 00010100 3 3 10011101 … … … N N 10100110

(45)

La memoria principale

Es.: una RAM di 65536 (216) celle di un byte ciascuna 0 0 00100111 1 1 11001001 2 2 00010100 3 3 10011101 … … … 65.535 65.535 10100110

Quanti bit per esprimere un

indirizzo compreso tra 0 e 65535?

(46)

Dimensioni della memoria

• Lo Spazio di indirizzamentoSpazio di indirizzamento è l’insieme o il numero delle celle indirizzabili direttamente

• Il numero di celle indirizzabili è una potenza di 2; con:

– 16 bit si indirizzano 216 = 65.536 celle

– 32 bit si indirizzano 232 = 4.294.967.296 celle

…

• numero di celle indirizzabili = numero di informazioni rappresentabile con un certo numero di bit

(47)

Dimensioni della memoria

• L’unità di misura della memoria è il byte Si usano dei multipli:

– KilobyteKilobyte (KB) = 1024 byte (210 byte)

– MegabyteMegabyte (MB) = 1024 KB (220 byte)

– GigabyteGigabyte (GB) = 1024 MB (230 byte)

• Quindi:

– con 16 bit si indirizzano 64 KB di memoria

(48)

Dimensioni della memoria

• La dimensione tipica della RAM nei Personal Computer è:

–256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, 4 GB

– una volta gli elaboratori più potenti avevano 64 KB!!! Ad esempio questi

– – –

• La memoria è espandibile fino a un limite fisico (slot sulla scheda madre per ospitare i chip di

memoria) e ha anche un limite massimo dovuto al sistema

(49)

La RAM

• Random Access Memory (RAM)(RAM): memoria ad

accesso casuale

• Perché si chiama “ad accesso casuale”?

– Si può accedere direttamente alle varie celle, una volta noto il loro indirizzo

– Il tempo necessario per accedere ad una cella è lo stesso, indipendentemente dalla posizione della cella nella sequenza

– Il termine “random” (casuale) indica proprio il fatto che non vi sono penalità in termini di tempo se si

accede alla memoria in modo casuale anziché sequenziale.

(50)

La RAM

• La RAM è veloceveloce:

il tempo di lettura/scrittura di una cella è compreso – in media – tra 5 e 30

nanosecondi (miliardesimi di secondo = 10-9 s)

• La RAM è volatilevolatile:

formata da componenti elettronici, se viene tolta l’alimentazione anche per un breve

periodo di tempo (frazioni di secondo) tutto ciò che contiene viene perso (e la macchina deve ripartire)

(51)

La ROM

• Read-Only MemoryRead-Only Memory, memoria in sola lettura

• NonNon può essere modificata (a meno che non sia

di un tipo particolare, EPROM) • NonNon è volatile

• Veloce quasi quanto la RAM

• Solitamente usata per memorizzare programmi e dati necessari all’avvio dell’elaboratore

– programmi di bootstrap (avvio dell’elaboratore) – configurazione del sistema

(52)

Von Neumann bottleneck

La rapidita' con cui sono eseguite le operazioni e' limitata criticamente dal tempo necessario per trasferire le informazioni dalla memoria alla CPU. Si crea cioe' un collo di bottiglia. Soluzione del problema: sfruttare il principio di localita'

(53)

Principio di localita'

Si sfrutta il principio di localita' inserendo fra La CPU e la RAM una memoria (relativamente) piccola

(54)

Memoria cache

Memoria cache: stesse proprietà della RAM, ma: • più veloce (ma più piccola e costosa) della RAM • localizzata tra la CPU e la RAM

• memorizza i dati di uso più frequente, evitando alla CPU di doverli recuperare tutte le volte dalla RAM • influisce pesantemente sulle prestazioni e sul costo della CPU

– dimensioni tipiche sono 128 KB, 256 KB, 512 KB

(55)

A questo punto non dovrebbe essere difficile rispondere....

(56)

Analizziamo i vari

componenti…

RAM

CPU

dispositivi di input/output memoria secondaria

(57)

La CPU

• Esegue programmi scritti in linguaggio macchina

• Tutti i programmi, anche Word, Excel, … internamente sono codificati in LM

• I programmi sono sequenze di istruzioni in LM • Le istruzioni sono comandi elementari, ad

esempio:

– somma due numerisomma due numeri – leggi dalla memorialeggi dalla memoria – scrivi in memoriascrivi in memoria

– scrivi verso il dispositivo di outputscrivi verso il dispositivo di output – confronta due numericonfronta due numeri

(58)

CPU: Il set di istruzioni

• Ogni tipo di processore è in grado di eseguire un numero limitato (centinaia) di istruzioni

• Le istruzioni si suddividono in – aritmetiche, logiche

– di salto

– di lettura/scrittura in memoria

– di input/output

• Combinando in modo diverso sequenze anche molto lunghe di istruzioni (i programmi) si possono fare

(59)

CPU: Compatibilità tra

processori

• Processori diversi comprendono ed eseguono istruzioni diverse

• Famiglie di processori: Intel, Motorola, Sun, ... – in genere processori della stessa famiglia possono eseguire gli stessi programmi (compatibilità, non

sempre)

– processori di famiglie diverse NON possono eseguire gli stessi programmi (perché le istruzioni che

capiscono sono diverse)

• Emulatore: consente l’esecuzione su un processore di programmi scritti per un altro

(60)

La CPU

Control Unit Arithmetic Logic Unit Registri … È formata da:

• Control UnitControl Unit

• Arithmetic Logic UnitArithmetic Logic Unit

(61)

La CPU

Control Unit Arithmetic Logic Unit Registri …

(62)

CPU: La CONTROL UNIT (CU)

È la parte più importante del processore

Funzioni:

• esegue le istruzioni dei programmi

• coordina le attività del processore

• controlla il flusso delle istruzioni tra il

processore e la memoria

NON ha il compito di controllare il

(63)

La CU svolge la sua attività in modo ciclico Ciclo di fetch-decode-execute fetch-decode-execute (o ciclo della

macchina):

1.

1. FetchFetch (preleva):

preleva dalla memoria principale la prossima istruzione da eseguire

2.

2. DecodeDecode (decodifica):

decodifica l’istruzione e preleva gli operandi specificati

3.

3. ExecuteExecute (esegui):

esegue l’istruzione utilizzando la componente opportuna, memorizza i risultati e ricomincia

(64)

(65)

CPU: La CONTROL UNIT (CU)

L’esecuzione (passo execute) comporta

l’invio di comandi opportuni all’unità

relativa:

• Calcoli

_→

Arithmetic Logic Unit

• Lettura/scrittura dati

_→

memoria

• Acquisizione/stampa

_→

dispositivi

(66)

CPU: La CONTROL UNIT (CU)

• La frequenza con cui è eseguito il ciclo di

fetch-decode-execute è scandita dal clockclock

(orologio interno):

ad ogni impulso di clock la CU esegue un ciclo • La velocità di elaborazione di una CPU

dipende dalla frequenza del suo clock

• Es.: 2.8 GHz, cioè 2 miliardi e 800 milioni di cicli al secondo

(67)

La CPU

(68)

CPU: La ARITHMETIC LOGIC

UNIT (ALU)

• Esegue le operazioni di tipo aritmetico

aritmetico

(somme,...) e logico

logico

(confronti,...)

• Preleva gli operandi dai registri e

deposita il risultato delle operazioni in

uno (o più) registri

• Può essere affiancata da un

(69)

La CPU

(70)

CPU: I REGISTRI

• Piccole celle di memoria (da 16, 32 o 64 bit) con tempi di accesso molto più bassi rispetto alla memoria primaria

• Mantengono le informazioni necessarie per eseguire l’istruzione corrente

• Sono in numero molto limitato (10, 20, 64 o 128), visto che sono all’interno della CPU

• Si dividono in registri:

– generaligenerali

(71)

CPU: I Registri generali

• Sono in numero ridotto: 8, 16, 32,

64, 128... in funzione dell’architettura

• Sono usati come celle di memoria

celle di memoria

temporanea

_{; contengono gli operandi}

operandi

e

i risultati

risultati

delle istruzioni del programma

• In alcune architetture, alcuni registri

hanno funzioni privilegiate; ad es.

l’accumulatore

in genere contiene il

risultato delle operazioni

(72)

CPU: Il Program Counter (PC)

• È un registro specialespeciale

• Contiene l’indirizzol’indirizzo in memoria principale della

prossima istruzione

prossima istruzione da eseguire

• Quando un programma viene avviato,

l’indirizzo della prima istruzioneprima istruzione viene caricato nel Program Counter

• All’esecuzione di un’istruzione, il PC viene modificato per contenere l’indirizzo della

prossima istruzione da eseguire

(non necessariamente quella immediatamente non necessariamente quella immediatamente

successiva

(73)

CPU: L’Instruction Register (IR)

• È un registro speciale

speciale

• Contiene l’istruzione

istruzione

attualmente in

esecuzione

• La CU

CU

legge l’istruzione contenuta in

IR e la esegue

(74)

Altri registri ...

Program Status Register (o program status word): contiene informazioni sullo stato del programma

(ad es. se l'ultimo risultato e' negativo o zero oppure se si e' verificato un overflow)

(75)

• Vediamo come le componenti della

CPU interagiscono nell’esecuzione di

un programma composto da due

istruzioni di esempio:

ADD 3,4, che somma i numeri 3 e 4

JUMP 1, che “salta” all’indirizzo 1

OUT 3,77, che effettua l’output del

valore 77 verso il

dispositivo 3 (per es.,

una stampante)

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

(76)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 5 PC IR CPU 01 2 3 4 Control Unit Arithmetic Logic Unit

Ogni istruzione viene eseguita in un ciclo di fetch-decode-execute

(77)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 5 PC IR CPU 01 2 3 4 Control Unit Arithmetic Logic Unit

1. Il registro PC contiene l’indirizzo 5, quindi viene letta da RAM l’istruzione all’indirizzo 5…

Accumulatore

(78)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 5 PC ADD 3,4 IR CPU 01 2 3 4 Control Unit Arithmetic Logic Unit

2. … e memorizzata nel registro IR

fetch

(79)

79

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 6 PC ADD 3,4 IR CPU 01 2 3 4 accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit

3. La Control Unit incrementa l’indirizzo contenuto nel registro PC, in modo da eseguire, in seguito, l’istruzione successiva

(80)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 6 PC ADD 3,4 IR CPU 01 2 3 4 Control Unit Arithmetic Logic Unit

4. La Control Unit decodifica l’istruzione ADD 3,4 …

fetch decode

(81)

81

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 6 PC ADD 3,4 IR CPU 01 2 3 4 Control Unit Arithmetic Logic Unit fetch decode execute

5. … e, dato che si tratta di un’operazione aritmetica, dà comando alla Arithmetic Logic Unit di eseguire l’istruzione ADD 3,4

(82)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 6 PC ADD 3,4 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit fetch decode execute

6. La Arithmetic Logic Unit memorizza il risultato nel registro generico Accumulatore

(83)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 6 PC ADD 3,4 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit

JUMP 1

6 7

(84)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 6 PC JUMP 1 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit fetch

JUMP 1

6 7

(85)

85

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 7 PC JUMP 1 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit fetch JUMP 1 6 7

9. La Control Unit incrementa l’indirizzo contenuto nel registro PC, in modo da eseguire, in seguito, l’istruzione successiva

(86)

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 7 PC JUMP 1 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit fetch decode

10. La Control Unit decodifica l’istruzione JUMP 1 …

JUMP 1

6 7

(87)

87

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

ADD 3, 4 RAM 1 PC JUMP 1 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit decode execute

11. … e, dato che si tratta di un’istruzione di salto, la esegue memorizzando nel registro PC l’indirizzo della prossima istruzione da eseguire

JUMP 1

6 7

(88)

88

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

OUT 3,77 ADD 3, 4 RAM 1 PC JUMP 1 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit

JUMP 1

6 7

(89)

89

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

OUT 3,77 ADD 3, 4 RAM 1 PC OUT 3,77 IR CPU 01 2 3 4 7 Accumulatore Control Unit Arithmetic Logic Unit

JUMP 1

6 7

(90)

90

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

14. La Control Unit incrementa l’indirizzo contenuto nel registro PC, apprestando la CPU all’esecuzione dell’istruzione seguente

JUMP 1

6 7

(91)

91

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

15. La Control Unit decodifica l’istruzione OUT 3,77 …

JUMP 1

6 7

fetch decode

(92)

92

5 …

CPU: Esempio di ciclo

fetch-decode-execute

16. … e, dato che si tratta di un’istruzione di output, la esegue dando comando all’unità di output

JUMP 1 6 7 fetch decode execute

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

Analizziamo i vari

componenti…

RAM CPU dispositivi di input/output

memoria

secondaria

(100)

Facoltà di Farmacia - Corso di Informatica 100

La Memoria Secondaria

• Limitazioni della RAM:

poco capiente, costosa, volatile 

è necessario usare la memoria secondariamemoria secondaria • Caratteristiche della memoria secondaria:

– capientecapiente

– (relativamente) poco costosa(relativamente) poco costosa

– non volatilenon volatile

(101)

La Memoria Secondaria

• La CPU può eseguire (ed elaborare)

esclusivamente programmi (e dati) che

risiedono in memoria principale

• I programmi e i dati risiedono in memoria

secondaria

• Perciò devono essere copiati in memoria

principale

• Quando si esegue un programma,

il sistema operativo lo copia da memoria

secondaria (es. hard disk) in RAM;

(102)

La Memoria Secondaria

È composta da:

• supporti di memorizzazione

componente fisico in cui vengono

immagazzinati i dati

Es.: cd

• dispositivi di memorizzazione

leggono/scrivono dati dal/sul supporto

di memorizzazione

(103)

La Memoria Secondaria

Tecnologie diverse: • magneticamagnetica • otticaottica • magneto-otticamagneto-ottica

(104)

La Memoria Magnetica

• Sfrutta il fenomeno fisico della polaritàpolarità

• Sul supporto sono presenti particelle

che si comportano come dipoli magnetici

• La testina di lettura/scrittura cambia/rileva la polarità delle particelle

• Prese due dipoli adiacenti:

– stessa polarità  0 – diversa polarità  1

(105)

Ad esempio...

s n s n n s

(106)

(107)

La Memoria ottica

• Tecnologia usata nei Compact Disk

e nei DVD

(108)

La Memoria ottica

• Sfrutta la riflessione

riflessione

della luce di un

laser

(109)

La Memoria ottica

• Sfrutta la riflessione

riflessione

della luce di un

laser

• Sul supporto sono presenti delle

minuscole scanalature (pit

pit

)

(110)

La Memoria ottica

• Sfrutta la riflessione

riflessione

della luce di un

laser

• Sul supporto sono presenti delle

minuscole scanalature (pit

pit

) che formano

zone chiare (luce riflessa) e zone scure

(111)

La Memoria ottica

• Sfrutta la riflessione

riflessione

della luce di un

laser

• Sul supporto sono presenti delle

minuscole scanalature (pit

pit

) che formano

zone chiare (luce riflessa) e zone scure

(112)

La Memoria ottica

• Sfrutta la riflessione

riflessione della luce di un laser

• Sul supporto sono presenti delle

minuscole scanalature (pit

pit

) che formano

zone chiare (luce riflessa) e zone scure

(luce non riflessa)

– chiaro/scuro o scuro/chiaro  1 – chiaro/chiaro o scuro/scuro  0

(113)

La Memoria ottica

• Sfrutta la riflessione

riflessione della luce di un laser

• Sul supporto sono presenti delle

minuscole scanalature (pit

pit

) che formano

zone chiare (luce riflessa) e zone scure

(luce non riflessa)

– chiaro/scuro o scuro/chiaro  1 – chiaro/chiaro o scuro/scuro  0

1

(114)

La Memoria magneto-ottica

• Sfrutta la polarità magnetica di

particelle

– per scrivere_{un laser}laser riscalda la superficie fino a una temperatura adatta per

modificare la polarità

– per leggere_{usa una testina magnetica}testina magnetica

• Usata per dischi rimovibili

• Dischi molto capienti, cancellabili e

riscrivibili, duraturi e sicuri

(115)

Memoria flash o allo stato solido

• Costituita da chip simili a quelli della

RAM ma in grado di registrare in modo

permanente

• Tempo di accesso ridotto

• Leggera e facilmente trasportabile

• Usata per dispositivi di piccole

dimensioni

– PDA

– macchine fotografiche digitali – penne USB

(116)

Caratteristiche

(117)

Accesso diretto o sequenziale

Due modalità possibili di lettura o

scrittura

• accesso diretto

diretto

o random

random

:

si accede a qualunque punto del

supporto direttamente

• accesso sequenziale

sequenziale

:

si accede ad un punto solo dopo aver

letto/scritto fino a quel punto

(118)

Velocità

Quanto tempo

tempo

occorre per leggere

informazioni da un supporto?

Dipende da:

• tempo di accesso

tempo di accesso

: tempo impiegato per

iniziare a leggere i dati

• velocità di trasferimento

velocità di trasferimento

: velocità con

cui i dati vengono effettivamente trasferiti

in RAM

In un disco, entrambi dipendono dalla

velocità di rotazione

(numero di rotazioni

per minuto; ad es. 7200 rpm)

(119)

Velocità

Il tempo di accesso e la velocità di

(120)

Capacità di memorizzazione

Capacità di memorizzazione:

quantità

di dati memorizzarizzabile sul supporto

Dipende da:

• dimensione

(

lunghezza

e/o

superficie

)

del supporto

(121)

Memorie di un elaboratore

Registri Mem. cache Dischi magnetici e/o ottici Mem. centrale Nastri magnetici 16 B-64 B 10*millisecondi / secondi 128 KB-512 KB 128 MB-2 GB 660 MB-100 GB > 10 GB 100 picosecondi nanosecondi 10*nanosecondi 10*microsecondi / millisecondi T em p o d i a cc es so C ap ac ità

(122)

(123)

L’Hard disk

• Tecnologia magnetica

• La memoria secondaria più diffusa

• Dimensioni piccole, elevate capacità

(124)

Formattazione

• Formattazione

Formattazione

dei supporti

– preparazione della superficie del supporto per la memorizzazione delle

informazioni

In particolare nella formattazione del disco rigido

(Hard Disk) esso viene diviso in settori cui e' assegnata una codifica binaria, per permettere di recuperare

(125)

Formattare l' hard disk significa smagnetizzarlo e rimagnetizzarlo quindi ogni informazione presente e' persa irrevocabilmente .

In genere oggi il disco rigido viene venduto

gia' formattato e con programmi applicativi gia' immagazzinati in memoria. Attenzione prima di formattarlo!

(126)

La formattazione suddivide il disco rigido in

1. Settori

2. Tracce circolari

(127)

L’Hard disk

• Tecnologia magnetica

• La memoria secondaria più diffusa

• Dimensioni piccole, elevate capacità

• Struttura:

– pila di dischi

in rotazione

– testine mobili – perno centrale

(128)

I bit sull’Hard disk

Vista dall’alto

(129)

(130)

I bit sull’Hard disk

(131)

I bit sull’Hard disk

(132)

I bit sull’Hard disk

Traccia Settore

(133)

I bit sull’Hard disk

Traccia Settore

(134)

I bit sull’Hard disk

Traccia Settore

(135)

I bit sull’Hard disk

Traccia Settore

Blocco

(136)

I bit sull’Hard disk

Traccia Settore

Blocco

Testina L/S

(137)

I bit sull’Hard disk

Traccia Settore

Blocco

Testina L/S

Rotazione del disco

Spostamento testina

(138)

I cluster

Blocco I blocchi (o cluster) sono

l’unità minima di memorizzazione:

• hanno tutti la stessa capacità (in un dato disco)

• ogni file occupa come minimo un blocco (più di uno se supera la capacità)

• un blocco non può essere occupato da più di un file

Per es.: cluster da 4 KB: quanto spazio occupa un file da 1 KB? 4 KB (cioè un cluster)!

E un file da 5 KB?

(139)

Tempo di accesso in un hard disk

tempo di accesso

(140)

tempo di accesso

(141)

• seek time

seek time

_{(tempo di posizionamento}

tempo di posizionamento

):

tempo impiegato per localizzare la

traccia su cui sono memorizzati i dati

tempo di accesso

(142)

• seek time

seek time

_{(tempo di posizionamento}

tempo di posizionamento

):

tempo impiegato per localizzare la

traccia su cui sono memorizzati i dati

tempo di accesso

(143)

• seek time

seek time

_{(tempo di posizionamento}

tempo di posizionamento

):

tempo impiegato per localizzare la

traccia su cui sono memorizzati i dati

• latenza

_latenza

: tempo impiegato perché i dati

arrivino e scorrano sotto la testina di

lettura

tempo di accesso

(144)

tempo di accesso =

seek time + latenza

• seek timeseek time (tempo di posizionamentotempo di posizionamento): tempo impiegato per localizzare la traccia su cui sono memorizzati i dati

• latenzalatenza: tempo impiegato perché i dati arrivino e scorrano sotto la testina di lettura

(145)

Quale figura rappresenta correttamente i concetti di traccia, settore e blocco?

(146)

Quale figura rappresenta correttamente i concetti di traccia, settore e blocco?

Correct answer: c

Quindi se ci viene chiesto:

(147)

E naturalmente sappiamo rispondere

anche a queste domande...

(148)

(149)

(150)

(151)

I Floppy disk

• Tecnologia magnetica

• Bassa capacità (1.44 MB)

• Trasportabile

• Deteriorabile

• Sostituibili da dischetti ad alta

capacità (anche magneto-ottici) o

penne USB

(152)

Formattazione

Originariamente occorreva formattare Il floppy disk: oggi, in genere,

(153)

Nel corso degli anni sono stati prodotti

diversi tipi di floppy disk

Oggi sono sostituiti da dischetti ad alta

capacità (anche magneto-ottici) o da

(154)

(155)

I Dischi ottici

• Lettura/scrittura laser

• Buona capacità di memorizzazione

• Economici

• Evitano la trasmissione di virus (se

già non li contengono)

• Affidabili e duraturi

(156)

I Dischi ottici

Diverse categorie:

• CD-ROM: simili ai CD musicali

– solo leggibili

– capacità fino a 660 Mbyte

• CD-R: CD scrivibili una volta (R = Recordable)

• CD-RW: CD scrivibili più volte (~ 1000 volte)

(RW = ReWritable)

• DVD: come i CD-ROM ma più capienti

– capacità 4.7 GB (può arrivare fino a 17 GB)

– DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW (e DVD+R, DVD+RW)

Durata dei supporti:

• ROM: 50-300 anni, R: 20-250 anni, RW: 25-100 anni

(157)

Nastri magnetici

● Molto lenti

(158)

I nastri magnetici venivano usati dai centri di calcolo per “salvare” periodicamente

i dati (ad es. contenuti negli hard disk) e conservarli al sicuro.

Ad esempio i centri di calcolo delle banche ogni giorno salvavano su nastri magnetici i dati di tutte le transazioni

eseguite. Oggi vengono usate altre tecnologie, ad esempio memorie Eprom.

(159)

Aumento della memoria

• Espansioni della memoria principale

• Juke-box

– ospita molti CD

– seleziona automaticamente il CD necessario

• Libreria di nastri

(160)

Alcune importanti operazioni

1) Compressione

(161)

Compressione

Compressione operata da: • Sistema:

– “trasparente” per l’utente

– si comprimono file specifici o anche l’intero disco [NB: il libro non è preciso]

• Programmi di utilità:

– l’utente crea archivi

– si comprimono file specifici o gruppi di file

– formati compressi (senza perdita di informazioni): zip, rar, gz

– inutile comprimere formati già compressi (jpg, gif, mp3, divx)

Ottimizza l’uso dello spazio

– trasferimento in rete più veloce – reperimento più lento

(162)

Backup dei dati

• Backup

Backup

_{: Copia}

Copia

di tutti o di parte dei

dati su altri supporti

• Operazione costosa

costosa

in termini di

tempo e di spazio, ma necessaria

necessaria

• Conservazione in luoghi fisicamente

luoghi fisicamente

distanti

(163)

Perche' e' importante il backup dei dati?

I dati possono essere persi! Per:

●

Cattiva installazione o uso di un

programma

●

Cattivo funzionamento dell' hard disk

●

Mancanza di corrente

●

Catastrofi naturali

●

Furto

(164)

Analizziamo i vari

componenti…

RAM CPU memoria secondaria dispositivi di input/output

(165)

Slot di espansione

• Slot di espansione

Slot di espansione

: connettore

connettore

presente

su una scheda (come la scheda madre)

nel quale possono essere inserite nuove

schede

• Le capacità di un computer possono

essere estese inserendo apposite schede

negli slot di espansione

– schede grafiche – schede audio

– modem/fax

(166)

Comunicazione con dispositivi

di I/O

• I dispositivi di I/O sono le periferiche

periferiche

dell’elaboratore

• Sono collegate all’elaboratore

attraverso le porte

porte

, cioè delle prese

• Vari tipi di porte

Vari tipi di porte

, che differiscono per

l’aspetto fisico, per le caratteristiche

elettriche/ottiche, velocità, e più in

generale per il protocollo (ad es. il

(167)

167

Tipi di porte

In un PC troviamo questi tipi di porte:

• 2 o più porte USB

USB

(per varie

periferiche, fino a 127 in serie)

• 1 porta parallela

parallela

(per la stampante)

• 0 o più porte firewire

firewire

(IEEE 1394, per

varie periferiche, fino a 63, dotate di

larga banda passante, cioè in grado di

trasmettere molti bit al secondo)

• 0 o più porte SCSI

SCSI

(/'skʌzi/, per dischi

esterni, scanner, fino a 16 periferiche)

(168)

Tipi di porte

SCSI: Small Computer System Interface USB: Universal Serial Bus

(169)

Dispositivi di Input/Output

Servono a comunicare e

interagire con l’elaboratore;

non necessariamente con un

essere umano

(170)

Dispositivi di input

•

Tastiera

• Dispositivi di puntamento (mouse, ...) • Microfono (in generale Line In)

• Scanner • Fax

(171)

(172)

La versione standard ha 101 tasti; diverse

per nazionalità, infatti...

(173)

(174)

Tastiere virtuali

Il

touch screen:

basta “premere”

lo schermo

o toccarlo con una

(175)

Dispositivi di input di immagini

• Scanner

– A piano fisso

– A tamburo

– Manuale

• Macchine fotografiche

• Telecamere digitali

• Frame grabber per acquisizione da

telecamere analogiche

(176)

Dispositivi di input di

puntamento

• Mouse

• Trackball

• Touch pad

• Tavoletta grafica

• Joystick

(177)

Dispositivi di output

• Stampanti

• Videoterminali

• Videoproiettori

• Casse acustiche

• Plotter

(178)

Elementi di output

• Pixel

_Pixel

: picture element

• Dot

Dot

:

– elemento di immagine su una pagina stampata

• Bit mapping

_{Bit mapping}

:

– ogni pixel ha un indirizzo

(179)

Elementi di output

• Risoluzione (stampa)

_{Risoluzione (stampa)}

:

– indica la qualità di una immagine

– si misura in punti per pollice (dpi, dots per inch)

– più è elevata, migliore è l’immagine

• Dot pitch

_{Dot pitch}

dei monitor:

– distanza tra i fosfori o le celle LCD (RGB) sullo schermo

(180)

Elementi di output

• Font

Font

: tipo di carattere

– forma (Courier, Times, ...) – stile (Normale,

Grassetto, ...)

(181)

• Font bitmap

Font bitmap

:

caratteri

rappresentati come

matrice di punti

• Font scalabiliFont scalabili: caratteri

rappresentati come serie di formule

(182)

Le stampanti

• Laser

Laser

: qualità di stampa fotografica

– risoluzione fino a 1200 dpi

(183)

Le stampanti

• A matrice di punti

_{A matrice di punti}

: le più vecchie

– testina ad aghi – bassa risoluzione

– stampa su moduli continui

• Plotter

Plotter

: per stampare disegni tecnici

– pennini colorati

(184)

Le stampanti

• Macchine digitali da stampa

_{Macchine digitali da stampa}

:

– stampano su qualsiasi materiale

• Stampanti fotografiche

_{Stampanti fotografiche}

: stampano

foto digitali

• Inkjet

Inkjet

: le stampanti a colori più

diffuse

– le testine ‘gettano’ gocce di inchiostro colorato sulla carta

(185)

Come avviene la stampa

La stampa di un documento o immagine è un’operazione complessa, dipende dalla

stampante; parte di tale complessità è gestita dal driverdriver della stampante

(186)

(187)