Elementi di Informatica Architettura degli elaboratori.
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Elementi di Informatica
Architettura degli
elaboratori
Informatica
Progettazione degli strumenti che concretizzano tali funzioni
Dal francese Information automatique
Processi e tecnologie che consentono il trattamento automatico e razionale delle informazioni
Il computer
Macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici, ….), in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente
CALCOLATORE
Il computer
Macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici, ….), in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente
CALCOLATORE
MacchinaPrivo di intelligenza autonoma
ElettronicoHa bisogno di corrente elettrica
Elaborare datiRicevere, manipolare, restituire
Il computer
CALCOLATORE
• Automatico• Può funzionare senza ausilio dell’uomo ma dopo
una adeguata programmazione e l’avvio• Digitale
• Digit = cifra• Opera su numeri che rappresentano oggetti dopo
una decodifica.• Non in analogico
Il Bit
• binary information unit• Unita minima di informazione
– Corrisponde al 1 o 0 – Corrisponde al vero o falso– Corrisisponde ad acceso o spento
Unità di misura per la memorizzazione delle informazioni
Simbolo in Bit in Byte in potenze di 2
1 b (bit) 1 1/8 21 = 2 stati
1 B (byte) 8 1 28 = 256 caratteri
1 KB ( kilobyte) 8.192 1.024 210 byte
1 MB (megabyte) 8.388.608 1.048.576 220 byte
1 GB (gigabyte) 8.589.934.592 1.073.741.824 230 byte
1 TB (terabyte) 8.796.093.302.400 1.099.511.628.000 240 byte
La frequenza
• Misura la frequenza• Si farà ben in fisica (hertz)
• è data dal numero degli eventi che vengono ripetuti in una data unità di tempo.
MICROPROGRAMMAZIONE
CIRCUITI ELETTRICI
SISTEMA OPERATIVO
LINGUAGGI SIMBOLICI DI MEDIO E ALTO LIVELLO
HARDWARE
(Hard=duro, Ware=componente)
Parte fisica del computer
Componente meccanica
SOFTWARE
Soft=soffice, Ware= componente
Parte logica del sistema
Programmi di
gestione del sistema
FIRMWARE
Una via di mezzo
Software non modificabile memo-
rizzato nell’hardware (ROM, Cd)
ricevere dati,
memorizzare dati e programmi,
elaborare,
controllare l’esattezza delle operazioni eseguite,
permettere l’uscita dei risultati.
Le principali funzioni che un calcolatore deve svolgere sono:
Tipi d calcolatoriPDA Personal DigitalAssistant)
Sono dispositivi mobili dalle ridotte dimensioni e capacità di memoria, spesso tascabili1 ma con le stesse caratteristiche dei computer più grandi
SMARTPHONE
Si tratta di un dispositivo mobile rappresentato da un telefono cellulare con abbinate le funzioni di un PDA. La caratteristica più interessante degli smartphone è la possibilità di installarvi ulteriori applicazioni, chiamate App1 che aggiungono nuove funzionalità.
TABLET PC
Si tratta di un computer portatile formato dal solo schermo, che consente di interagire con esso grazie allo schermo touch screen.
LAPTOP
• NetBook,– I primi hanno una ·dimensione assai limitata e non
sono dotati in genere il lettore CD• UltraBook
– i secondi sono i più costosi in quanto possiedono le stesse caratteristiche di potenza dei notebook, seppure con dimensioni più limitate di questi ultimi
• notebook
PERSONALCOMPUTER(PC)
È il computer più diffuso al mondo, con la caratteristica principale di avere un prezzo non eccessivo in rapporto alla capacità di elaborazione.
MINICOMPUTER
Si tratta di un computer altamente costoso con prestazioni intermedie fra i persona! computer e i mainframe. Permette di utilizzare la stessa unità centrale a più utenti
I terminali possono essere "stupidi" oppure "intelligenti": la differenza è legata al fatto che il terminale stupido non può essere mai scollegato dall'unità centrale, mentre il terminale intelligente possiede anche una capacità elaborativa autonoma.
MAINFRAME
Possiede una notevole potenza di calcolo. Si tratta di grandi calcolatori centrali che, rispetto ai mini computer, possono collegare centinaia di terminali. Il loro utilizzo è fondamentale in tutti quegli ambiti che richiedono capacità di calcolo molto superiori a quelle consentite dai mini computer o dai persona! computer.
SUPERCOMPUTER
Il supercomputer è progettato per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate ed è dedicato ad eseguire calcoli a elevate prestazioni.Presenti presso centri di ricerca universitari o aziende private, vengono in genere usati per effettuare calcoli necessari alla progettazione o allo sviluppo di nuovi prototipi oppure per svolgere analisi meteorologiche, analisi molecolari, simulazioni fisiche e altro ancora.I militari e le agenzie governative di tutte le nazioni ne fanno un uso molto intenso. Anche le aziende industriali ne stanno sperimentando l'utilità per i calcoli di previsione e di gestione di grandi volumi di dati.
Viene eseguita una istruzione alla volta
una di seguito all’altra in modo sequenziale
Formato Sottosistema memorie Sottosistema calcolo Sottosistema input/output
Interagiscono tra loro attraverso i Bus
Case• Il contenitore della parte centrale del
computer
• La scatola cranica del computer
• Tipi– Desktop– Tower– Integrati con il monitor
Scheda madre
Ruolo di gestire le comunicazione tra tutte le componenti del computer
Vengono collegate tutte le parti del PC In appositi connettori vengono collegati i diversi
chipChip blocchi di plastica nera o ceramica che
permettono i collegamenti e lo spostamento segnali elettrici
È in fibra di vetro, cattivo conduttore
Alimentatore
• Converte corrente alternata in corrente continua a basso voltaggio (5-12 volt)
• Connettori alla scheda madre e altri dispositivi• Fornito di ventola per il raffreddamento• Nei portatili è esterno oppure usano batterie (le ultime sono al litio)
Il clock
• Funzione in modo sincrono (tutto assieme)• Clock
– Frequenza MHz milioni di impulsi al secondo– GHz miliardi di impulsi al secondo
• Diversi tipi di clock– Del processore interno alla CPU– Dei bus di sistema per sincronizzare con il mondo
esterno– Ogni dispositivo ha il proprio
I BUS
• Collegamenti hardware• Deriva da omnibus: per tutti• Pensati come grandi autostrade
– Tante corsie tante sono i bit di una parola• Realmente tanti fili sottilissimi• Uniscono unità centrale e periferiche• Possono essere da 8 ,16,32,64 bit
BUS
• BUS Esteni
Tipologie
• Dati• Indirizzi• controllo
Ragioniamo un pò
• Con 1 bit due indirizzi• Con 2 bit si ha 22 = 4indirizzi• Con 10 bit si ha 210=1024 indirizzi
• Con 32 bit possiamo aver solo 4GB di indirizzi
Unità di memoria.
Sono dispositivi aventi la funzione di memorizzare dati e programmi.
CAPIENTI
VELOCI
BASSI COSTI
I registri:
memoria interna alla CPU estremamente veloce che viene usata per la memorizzazione temporanea di dati e istruzioni.
Tipi di memoria
La memoria primaria:• ROM (read only memory) memoria in cui i dati vengono registrati all’atto della costruzione il cui contenuto non può essere né modificato né rimosso. Viene in genere usata per contenere i microprogrammi
• RAM (random access memory) memoria volatile molto veloce che conserva i dati o i programmi solo finché il calcolatore è acceso.
La memoria secondaria:
dischi o tamburi magnetici molto capienti ma lenti.
Tipi di memoria
La memoria di massa:
supporti magnetici esterni (Ex: floppy disk, CD) che possono contenere molti dati e permettono anche di trasferire le informazioni da un calcolatore all’altro.
La memoria cache:
è una memoria piccola e veloce gestita da un apposito microprogramma, addetta a contenere i dati più in uso in quel momento in modo da rendere più veloce l’accesso ad essi.
max
maxmin
Gerarchia di memorie
CPU RegistriRegistri
CacheCache
Memoria centraleMemoria centrale
Dischi magnetici / otticiDischi magnetici / ottici
Nastri magneticiNastri magnetici
Dimensioni Velocità
min
Costo/bit
max
min
La memoria centrale Ram
Dispositivo elettronico in grado di contenere tutte le informazioni necessarie per l’elaborazione dei dati (dati, istruzioni, risultati intermedi)
Deve permettere di scrivere, di leggere, di conservare (una operazione per volta)
Grandezza fino a 8 GB
Come va considerata
• Come un insieme di celle dove– O vi è corrente (1) – o non vi è corrente (0)
• Ogni dato può essere espresso in binario• Ogni dato può essere espresso come sequenza
di celle spente o accese
Tipi di memoria• Ram (random access memory)
– Casuale (accesso celle non dipende dal contenuto)– Cella individuata dall’indirizzo– Volatile (perde il contenuto una volta manca
l’alimentazione elettrica)– Più grande più veloce computer
Tipi di Ram
• Statiche (SRAM)– Mantengono il contenuto– Costose
• Dinamiche (DRAM)– Continui refresh
• SDRAM (synchronous DRAM) – Usate comunemente – Sincronizzate con il clock della CPU
• DDR SDRAM, – Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access
Memory (in italiano "memoria dinamica ad accesso casuale sincrona a doppia velocità")
Cache
Memoria ripostiglioPiù veloce RAM e costosaMeno capienteTra Cpu e RamPer istruzioni o dati molto richiesti
Livelli• 1° e 2° livello cablate
all’interno microprocessore. 3° livello nella scheda madre
• Condivisione per più CPU• Utilizzo di cache perché non
si lavora con i tempi dei BUS• Grandezza fino a 6 MB
– Sola lettura– Memorizzata dalla società costruttrice– Per memorizzare parti di lavoro particolarmente importanti– Permette l’avvio del sistema – 4KB
ROM
Tipi di memoria
PromProgrammabili una sola volta
EpromCancellabile con una radiazione ultra violetta per
15 –venti minutiTutta la memoria cancellataRiprogrammazione un numero limitato di volteRiprogrammazione off-lineProteggere raggi del sole
Tipi di memoria
• EEROM o E2ROM
– Cancellazione in pochi secondi– Cancellazione singola cella– Tensioni basse – Permettono l’aggiornamento del BIOS
Il BIOS
è un insieme di routine software generalmente scritte su Rom fornisce una serie di funzioni di base per
l'accesso all’hardware del computer e alle periferiche integrate nella scheda madre da parte del sistema operativo e dei programmi