L’architettura dei calcolatori

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1 L’architettura dei calcolatori
06/04/2017 L’architettura dei calcolatori Il processore La memoria centrale La memoria di massa Le periferiche di I/O Introduzione ai sistemi informatici

2 Caratteristiche dell’architettura
06/04/2017 Caratteristiche dell’architettura Flessibilità adatta a svolgere diverse tipologie di compiti Modularità ogni componente ha una funzione specifica Scalabilità ogni componente può essere sostituito con uno equivalente Standardizzazione componenti facilmente sostituibili in caso di malfunzionamento Riduzione dei costi grazie alla produzione su larga scala Semplicità di installazione ed esercizio del sistema 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

3 Il calcolatore: modello architetturale
06/04/2017 Il calcolatore: modello architetturale 1. Elaborazione Interconnessione 2. Memorizzazione 3. Comunicazione (interfaccia) Memoria Elettronica Magnetica Collegamenti (BUS/Cavi) Unità Centrale di Elaborazione Periferiche 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

4 Hardware: architettura
L’architettura dell’hardware di un calcolatore reale è molto complessa La macchina di Von Neumann è un modello semplificato dei calcolatori moderni Von Neumann progettò, verso il 1945, il primo calcolatore con programmi memorizzabili anziché codificati mediante cavi e interruttori 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

5 Macchina di Von Neumann
E’ composta da 4 tipologie di componenti funzionali: unità centrale di elaborazione (CPU) esegue istruzioni per l’elaborazione dei dati svolge anche funzioni di controllo memoria centrale memorizza e fornisce l’accesso a dati e programmi interfacce di ingresso e uscita componenti di collegamento con le periferiche del calcolatore bus svolge la funzionalità di trasferimento di dati e di informazioni di controllo tra le varie componenti funzionali 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

6 Macchina di Von Neumann
06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

7 Introduzione ai sistemi informatici
Dispositivi di Input Mouse Tastiera trackball Touch pad Microfono Webcam Tavoletta grafica Penna ottica Scanner Schermi touch screen Fotocam. Dig. Joystick 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

8 Introduzione ai sistemi informatici
Dispositivi di Output Plotter Monitor Stampante Videoproiettore Casse acustiche Cuffie 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

9 Caratteristiche del collegamento a BUS
06/04/2017 Caratteristiche del collegamento a BUS Semplicità un’unica linea di connessione  costi ridotti di produzione Estendibilità aggiunta di nuovi dispositivi molto semplice Standardizzabilità regole per la comunicazione da parte di dispositivi diversi Lentezza utilizzo in mutua esclusione del bus Limitatà capacità al crescere del numero di dispositivi collegati Sovraccarico del processore (CPU) perchè funge da master sul controllo del bus 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

10 Introduzione ai sistemi informatici
Bus di sistema Interconnette CPU, memorie ed interfacce verso dispositivi periferici (I/O, memoria di massa, ...) Collega due unità funzionali alla volta una trasmette e l’altra riceve Il trasferimento dei dati avviene sotto il controllo della CPU 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

11 Introduzione ai sistemi informatici
Bus di sistema Il bus trasporta dati, indirizzi e comandi Componenti del bus (sottogruppi di linee): Bus dati (data bus) Bus indirizzi (address bus) Bus comandi (command bus) Serve per trasferire dati tra la memoria centrale ed il registro dati (MDR) della CPU tra periferiche e CPU (o memoria centrale) Bidirezionale 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

12 Introduzione ai sistemi informatici
Bus di sistema Bus indirizzi (address bus) Serve per trasmettere il contenuto del registro indirizzi (MAR) alla memoria (o ad una periferica) si seleziona una cella per successive operazioni di lettura o scrittura Unidirezionale Bus comandi (command bus) Serve per inviare comandi verso la memoria (es: lettura o scrittura) o verso una periferica (es. stampa verso la stampante / interfaccia) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

13 Introduzione ai sistemi informatici
Interfacce di I/O e bus 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

14 Unità centrale di elaborazione CPU
06/04/2017 Unità centrale di elaborazione CPU Introduzione ai sistemi informatici

15 Organizzazione tipica di un calcolatore “bus oriented”
06/04/2017 Organizzazione tipica di un calcolatore “bus oriented” Unità di controllo Unità aritmetico logica (ALU) Registri CPU Terminale Unità disco Stampante Dispositivi di I/O CPU Memoria centrale Bus 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

16 Tre tipologie di istruzioni
06/04/2017 Tre tipologie di istruzioni Istruzioni aritmetico-logiche (Elaborazione dati) Somma, Sottrazione, Divisione, … And, Or, Xor, … Maggiore, Minore, Uguale, Minore o uguale, … Controllo del flusso delle istruzioni Sequenza Selezione semplice, a due vie, a n vie, … Ciclo a condizione iniziale, ciclo a condizione finale, … Trasferimento di informazione Trasferimento dati e istruzioni tra CPU e memoria Trasferimento dati e istruzioni tra CPU e dispositivi di ingresso/uscita (attraverso le relative interfacce) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

17 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Elementi di una CPU Unità di controllo Svolge funzioni di controllo, decide quali istruzioni eseguire. Unità aritmetico–logica esegue le operazioni aritmetico-logiche (+,-,ecc. , confronto). Registri memoria ad alta velocità usata per risultati temporanei e informazioni di controllo; il valore massimo memorizzabile in un registro è determinato dalle dimensioni del registro; esistono registri di uso generico e registri specifici: Program Counter (PC) – qual è l’istruzione successiva; Instruction Register (IR) – istruzione in corso d’esecuzione; … 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

18 Come lavora la ALU A L U A + B A B A B A + B
06/04/2017 Come lavora la ALU Registri di ingresso dell’ALU Bus di ingresso all’ALU Registro di uscita dell’ALU A L U A + B A B A B Registri A + B 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

19 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 La struttura della CPU 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

20 Introduzione ai sistemi informatici
Registri Un microprocessore contiene un numero limitato di celle di memoria (registri) con scopi specifici registro contatore delle istruzioni (PC, program counter) indirizzo della prossima istruzione da eseguire registro delle istruzioni (IR, instruction register) istruzione che deve essere eseguita (codificata) parola di stato del processore (PSW) contiene informazioni, opportunamente codificate, circa l’esito dell’ultima istruzione che è stata eseguita 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

21 Introduzione ai sistemi informatici
Registri (2) registro indirizzi della memoria (MAR) indirizzo della cella di memoria che deve essere acceduta o memorizzata registro dati della memoria (MDR) dato che è stato acceduto o che deve essere memorizzato registri generali per memorizzare gli operandi ed il risultato di una operazione 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

22 Esecuzione delle istruzioni
06/04/2017 Esecuzione delle istruzioni Ciclo Fetch–Decode–Execute (leggi–decodifica–esegui) Prendi l’istruzione corrente dalla memoria e mettila nel registro istruzioni (IR). Incrementa il program counter (PC) in modo che contenga l’indirizzo dell’istruzione successiva. Determina il tipo dell’istruzione corrente (decodifica). Se l’istruzione usa una parola in memoria, determina dove si trova. Carica la parola, se necessario, in un registro della CPU. Esegui l’istruzione. Torna al punto 1 e inizia a eseguire l’istruzione successiva. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

23 Ciclo Fetch–Decode–Execute
06/04/2017 Ciclo Fetch–Decode–Execute Fetch Decode Execute 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

24 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 CPU In grado di eseguire solo istruzioni codificate in linguaggio macchina Ciclo Fetch – Decode - Execute Prendi l’istruzione corrente dalla memoria e mettila nel registro istruzioni (IR) (fetch) Incrementa il Program Counter (PC) in modo che contenga l’indirizzo dell’istruzione successiva Determina il tipo di istruzione da eseguire (decode) Se l’istruzione necessita di un dato in memoria determina dove si trova e caricalo in un registro della CPU Esegui l’istruzione (execute) Torna al punto 1 e opera sull’istruzione successiva 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

25 Dimensione registri / bus dati
06/04/2017 Evoluzione delle CPU CPU Anno Frequenza (MHz) Dimensione registri / bus dati Numero di transistor 8086 1978 4.77 — 12 8 / 16 29 000 80286 1982 8 — 16 16 / 16 80386 1986 16 — 33 32 / 32 80386 SX 1988 32 / 16 80486 1989 33 — 50 Pentium 1993 60 — 200 32 / 64 Pentium II 1997 233 — 400 Pentium III 1999 450 — 1133 Pentium 4 2000 1600 — 2000 42 000 000 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

26 il numero dei transistor per cm2 raddoppia ogni X mesi
06/04/2017 Legge di Moore Osservazione fatta da Gordon Moore nel 1965: il numero dei transistor per cm2 raddoppia ogni X mesi In origine X era 12. Correzioni successive hanno portato a fissare X=18. Questo vuol dire che c’è un incremento di circa il 60% all’anno. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

27 # Transistor [CPU Intel]
06/04/2017 # Transistor [CPU Intel] 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

28 Legge di Moore e progresso
06/04/2017 Legge di Moore e progresso Il progresso della tecnologia provoca un aumento del numero di transistor per cm2 e quindi per chip. Un maggior numero di transistor per chip permette di produrre prodotti migliori (sia in termini di prestazioni che di funzionalità) a prezzi ridotti. I prezzi bassi stimolano la nascita di nuove applicazioni (e.g. non si fanno video game per computer da milioni di $). Nuove applicazioni aprono nuovi mercati e fanno nascere nuove aziende. L’esistenza di tante aziende fa crescere la competitività che, a sua volta, stimola il progresso della tecnologia e lo sviluppo di nuove tecnologie. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

29 06/04/2017 La memoria Introduzione ai sistemi informatici

30 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 La memoria Supporto alla CPU: deve fornire alla CPU dati e istruzioni il più rapidamente possibile Archivio: deve consentire di archiviare dati e programmi garantendone la conservazione e la reperibilità anche dopo elevati periodi di tempo Diverse esigenze: velocità per il supporto alla CPU non volatilità ed elevate dimensioni per l’archivio Diverse tecnologie elettronica: veloce, ma costosa e volatile magnetica e ottica: non volatile ed economica, ma molto lenta 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

31 Criteri di caratterizzazione di una memoria
06/04/2017 Criteri di caratterizzazione di una memoria Velocità tempo di accesso (quanto passa tra una richiesta e la relativa risposta) velocità di trasferimento (quanti byte al secondo si possono trasferire) Volatilità cosa succede quando la memoria non è alimentata? per quanto tempo i dati vi rimangono immagazzinati? Capacità quanti byte può contenere? qual è la dimensione massima? Costo (per bit) Modalità di accesso diretta (o casuale): il tempo di accesso è indipendente dalla posizione sequenziale: il tempo di accesso dipende dalla posizione mista: combinazione dei due casi precedenti associativa: indicato il dato, la memoria risponde indicando l’eventuale posizione che il dato occupa in memoria. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

32 06/04/2017 La memoria centrale Introduzione ai sistemi informatici

33 Introduzione ai sistemi informatici
Memoria centrale La memoria è la componente del calcolatore in cui vengono immagazzinati e da cui vengono acceduti i dati e i programmi La memoria centrale (o principale) è la memoria che può essere acceduta direttamente dal processore è costituita da celle (o locazioni) ogni cella può contenere una quantità fissata di memoria (numero di bit), detta parola di memoria 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

34 Introduzione ai sistemi informatici
Memoria centrale Ogni cella è caratterizzata da un indirizzo, che è un numero che identifica la cella e ne consente l’accesso un valore, che è la sequenza di bit memorizzata dalla cella 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 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

35 Introduzione ai sistemi informatici
Memoria centrale Le operazioni avvengono sotto il controllo della CPU La CPU seleziona una particolare cella di memoria ponendone l’indirizzo nel Registro Indirizzi (MAR) Se il Registro Indirizzi (MAR) è costituito da N bit, si possono indirizzare 2N celle di memoria, da 0 a 2N –1 Nei PC attuali il MAR è almeno di 32 bit Operazione di lettura: copia nel Registro Dati (MDR) il contenuto della cella di memoria indirizzata dal Registro Indirizzi (MAR) Operazione di scrittura (store) copia il contenuto del Registro Dati (MDR) nella cella di memoria indirizzata dal Registro Indirizzi (MAR) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

36 Struttura di una memoria centrale
06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

37 Caratteristiche delle memorie centrali
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 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

38 Memorie RAM e memorie ROM
Le memorie RAM (random access memory) possono essere accedute sia in lettura che in scrittura sono volatili (i dati memorizzati vengono persi allo spegnimento del calcolatore) sono usate per memorizzare dati e programmi La memorie ROM (read only memory) permettono solo la lettura dei dati sono persistenti (mantengono il suo contenuto anche quando non c’è alimentazione) sono usate per memorizzare alcuni programmi di sistema (firmware) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

39 Introduzione ai sistemi informatici
Memorie secondarie 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 Memoria principale Vs. Memoria secondaria la memoria secondaria memorizza in modo permanente tutti i programmi e i dati del calcolatore la memoria centrale memorizza i programmi in esecuzione e i dati necessari per la loro esecuzione 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

40 Caratteristiche delle memorie secondarie
non volatilità i dati memorizzati non si perdono allo spegnimento del calcolatore (perché memorizzati in forma magnetica o ottica anziché elettronica) 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 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

41 Introduzione ai sistemi informatici
Memoria cache E’ una memoria particolarmente veloce usata per memorizzare i dati usati più frequentemente La RAM ha tempi di accesso molto alti rispetto alla velocità dei microprocessori e ne ritarda l’elaborazione Strategia di utilizzo: la prima volta che il microprocessore carica dei dati dalla memoria centrale, tali dati vengono caricati anche sulla cache le volte successive, i dati possono essere letti dalla cache invece che dalla memoria centrale (più lenta) La RAM non è realizzata con tale tipo di memoria perché si tratta di dispositivi molto costosi! Tipi di memoria cache: cache di I° livello: contenuta nel microprocessore cache di II° livello: aggiungibile successivamente 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

42 Gerarchia delle memorie
06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

43 Caratteristiche delle memorie
06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

44 La memoria di massa (magnetica)
06/04/2017 La memoria di massa (magnetica) Introduzione ai sistemi informatici

45 Una gerarchia di memoria
06/04/2017 Una gerarchia di memoria Ottenuta per “generalizzazione” dell’applicazione del principio di località e tipicamente costituita da registri contenuti nella CPU (qualche KB) cache (da circa 32KB a circa 1024KB) memoria principale (da circa 64MB a qualche GB) dischi fissi (da qualche GB a qualche TB) nastri magnetici e dischi ottici (da qualche GB a qualche TB per ogni supporto) Man mano che ci si sposta verso il basso nella gerarchia aumenta il valore dei parametri fondamentali: aumenta il tempo di accesso; aumenta la capacità di memorizzazione; ma diminuisce il costo per bit. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

46 Caratteristiche dei diversi livelli
06/04/2017 Caratteristiche dei diversi livelli Capacità Velocità (TA) €/MByte registri ~1KB ~1ns NA cache 64 ÷ 1024 KB ~10ns 300 RAM 64 ÷ 2048 MB ~100ns 2 HD 8 ÷ 100 GB ~10ms 0.005 nastri/CD ~GB per unità ~100ms 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

47 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Dischi magnetici Sono piatti d’alluminio (o di altro materiale) ricoperti di materiale ferromagnetico. Fattore di forma (diametro) sempre più piccolo (consente velocità di rotazione maggiori); 3.5 pollici per i sistemi desktop e fino a 1 pollice per i mobili. Testina di un disco (strumento di lettura/scrittura) è sospesa appena sopra la superficie magnetica scrittura: il passaggio di corrente positiva o negativa attraverso la testina magnetizza la superficie lettura: il passaggio sopra un’area magnetizzata induce una corrente positiva o negativa nella testina. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

48 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Tracce e settori Traccia (track): sequenza circolare di bit scritta mentre il disco compie una rotazione completa la larghezza di una traccia dipende dalla dimensione della testina e dall’accuratezza con cui la si può posizionare; la densità radiale va da 800 a 2000 tracce per centimetro (5-10 µm per traccia); tra una traccia e l’altra c’è un piccolo spazio di separazione (gap). Settore (sector): parte di una traccia corrispondente a un settore circolare del disco un settore contiene 512 byte di dati, preceduti da un preambolo, e seguiti da un codice di correzione degli errori; la densità lineare è di circa kbit per cm ( µm per bit); tra settori consecutivi si trova un piccolo spazio (intersector gap). Formattazione: operazione che predispone tracce e settori per la lettura/scrittura un 15% circa dello spazio disco si perde in gap, preamboli e codici di correzione degli errori. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

49 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Tracce e settori 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

50 Le tracce in grigio formano un “cilindro”
06/04/2017 Schema di un Hard Disk Le tracce in grigio formano un “cilindro” 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

51 Prestazioni dei dischi
06/04/2017 Prestazioni dei dischi Tempo di acceso (ms o 10-3s) Seek time la testina deve arrivare alla traccia giusta; dipende dalla meccanica (5-15 ms, 1 per tracce adiacenti). Latency il disco deve ruotare fino a portare il dato nella posizione giusta; dipende dalla velocità di rotazione ( RPM  ms). Transfer Rate (MBps) Velocità di trasferimento del disco dipende dalla densità di registrazione e dalla velocità di rotazione; un settore di 512 byte richiede fra 25 e 100 µsec (5-20 MB/sec). 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

52 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Floppy disk Funzioni: distribuzione software su grande scala (avvento PC); archiviazione dati. Struttura analoga a quella di un disco magnetico, il disco si ferma quando non è operativo; l’avvio della rotazione comporta un ritardo di ½ sec. Caratteristiche tipiche di un floppy da 3.5” Capacità di 1.44 MB Tracce x settori: 80 x 18 RPM = 300 velocità di trasferimento di 500Kbps 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

53 La memoria di massa (ottica)
06/04/2017 La memoria di massa (ottica) Introduzione ai sistemi informatici

54 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Dischi ottici Lettura ottica basata sulla riflessione (o sulla mancata riflessione) di un raggio laser. Densità di registrazione più alte dei dischi magnetici. Creati in origine per registrare i programmi televisivi, poi usati come dispositivi di memoria nei calcolatori. Diversi tipi/caratteristiche CD-ROM CD-R CD-RW DVD DVD-RAM … 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

55 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Compact Disk - CD Proposto nel 1980 [da Philips e Sony] per sostituire i dischi in vinile per la musica. Standard internazionale IS [libro rosso]. diametro di 12 cm, spessore di 1.2 mm con un foro di 15 mm in mezzo; produzione: laser ad alta potenza che brucia fori di 0,8 µm in un disco master (le depressioni si chiamano pit e le aree fra pit si chiamano land); dal master si ricava uno stampo; nello stampo viene iniettata una resina liquida di policarbonato che forma un CD con la stessa sequenza di fori del master, sul policarbonato viene depositato uno strato molto sottile di alluminio riflettente, copertura con uno strato protettivo e infine con un’etichetta. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

56 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Lettura di un CD Un laser a bassa potenza manda una luce infrarossa (lunghezza d’onda di 0,78 µm) sul disco. I pit appaiono come cunette su una superficie piatta: un pit è alto circa un quarto della lunghezza d’onda del laser, la luce riflessa da un pit è sfasata di mezza lunghezza d’onda rispetto alla luce riflessa dalla superficie circostante, l’interferenza negativa riduce l’intensità della luce riflessa. I passaggi pit/land o land/pit indicano un 1, la loro assenza indica uno 0. Pit e land sono scritti in una spirale unica che compie giri attorno al disco (circa 600 per ogni mm). Velocità lineare costante (120 cm/sec): all’interno è di 530 rpm, all’esterno deve scendere a 200 rpm; l’unità è diversa da quella a velocità angolare costante usata per gli HD; 530 rpm sono molti meni dei 3600/10440 rpm degli HD. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

57 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Pit e land su un CD 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

58 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 CD-ROM 1984: Philips e Sony pubblicano il libro giallo, in cui viene definito lo standard dei CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory). viene definita la struttura e il formato da utilizzare per memorizzare dati digitali invece che “semplice” musica. Rispetto ai CD audio i CD-ROM hanno stesse dimensioni; compatibilità dell’ottica e della meccanica; stesso processo produttivo; miglior capacità di correggere errori. Il libro verde [1986] aggiunge grafica e possibilità di mischiare audio, video e dati nello stesso settore. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

59 Velocità/capacità dei CD-ROM
06/04/2017 Velocità/capacità dei CD-ROM Velocità base (1x) 75 settori/sec, 153.6 KByte/sec (175.2 in modalità 2). Velocità superiori crescono in proporzione 32x corrisponde a 2400 settori/sec cioè quasi 5MB/sec Capacità 74 minuti di musica = byte = circa 650 MB; 80 minuti di musica = circa 700 MB. Tempo di accesso alcune centinaia di millisecondi. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

60 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 CD Recordable (CD-R) CD che vengono scritti una sola volta (WORM): utilizzati per backup, per produzioni in piccole serie, per la generazione di master, … standard definito nel libro arancione, dove si introduce anche il CD‑ROM XA (CD‑R scritti in modo incrementale); stesse dimensioni dei CD‑ROM dischi di policarbonato di 120 mm; contengono un solco largo 0,6 mm (guida per il laser di scrittura). La riflettività di pit e land è simulata c’è uno strato di colore fra il policarbonato e lo strato riflettente: nello stato iniziale questo strato è trasparente; per scrivere, un laser ad alta potenza colpisce un punto nello strato della superficie colorata, rompe un legame chimico e crea una macchia scura. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

61 CD ReWriteable (CD-RW)
06/04/2017 CD ReWriteable (CD-RW) Dischi ottici riscrivibili. Lo strato di registrazione utilizza una lega di argento, indio, antimonio e tellurio che ha due stati stabili: lo stato cristallino con elevata capacità di riflessione (land); lo stato amorfo con ridotta capacità di riflessione (pit). Si usa un laser con tre potenze diverse: ad alta potenza il laser scioglie la lega e un raffreddamento rapido la porta dallo stato cristallino allo stato amorfo; a potenza media la lega si scioglie e si raffredda tornando nel suo stato cristallino; a bassa potenza si rileva solo lo stato del materiale. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

62 Digital Versatile Disk (DVD)
06/04/2017 Digital Versatile Disk (DVD) Evoluzione tecnologica  maggior densità dei dati: pit più piccoli (0.4 vs. 0.8 µm); spirale più serrata (0.74 vs. 1.6 µm); laser rosso (0.65 vs µm). Caratteristiche dei DVD capacità di 4.7 GB 133 minuti di video fullscreen MPEG-2 ad alta risoluzione (720 x 480) con colonna sonora in 8 lingue e sottotitoli in altre 32; 1x indica 1.4 MB/sec (vs. 150 KB/sec). 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

63 Introduzione ai sistemi informatici
06/04/2017 Diversi formati di DVD Esistono situazioni in cui servono più di 4.7 GB. Pertanto sono stati definiti quattro formati: Lato unico, strato unico (4,7 GB). Lato unico, strato doppio (8,5 GB). Due lati, strato unico (9,4 GB). Due lati, strato doppio (17 GB). Tecnologia dello strato doppio: uno strato riflettente sul fondo coperto da uno stato semiriflettente; a seconda di dove viene indirizzato il laser, il raggio viene riflesso da uno strato o dall'altro; lo strato inferiore ha pit e land leggermente più grandi, per cui la sua capacità è leggermente inferiore. 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici Introduzione ai sistemi informatici

64 Tipi di calcolatori Potenza di calcolo SUPER COMPUTER CLUSTER O RETI
MAINFRAME PERSONAL COMPUTER WORKSTATION MINICOMPUTER NOTEBOOK, PENBOOK, LAPTOPCOMPUTER (Portatili) Potenza di calcolo CLUSTER O RETI DI WORKSTATION 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

65 Il sistema operativo

66 Architettura del Software
Software = insieme (complesso) di programmi. Organizzazione a strati, ciascuno con funzionalità di livello più alto rispetto a quelli sottostanti: “Macchine Virtuali” Firmware: strato di (micro-)programmi che agiscono direttamente sullo strato hardware memorizzato dal costruttore su una memoria permanente (ROM) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

67 Sistema operativo (S.O.)
Strato di programmi che opera al di sopra di hardware e firmware e gestisce l’elaboratore Le funzioni offerte dal S.O. dipendono dalla complessità del sistema di elaborazione: gestione delle varie risorse hardware gestione della memoria centrale organizzazione e gestione della memoria di massa interpretazione ed esecuzione di comandi elementari gestione della multi-utenza e del multi-tasking 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

68 Classificazione dei S.O.
In base al numero di utenti: Mono-utente (mono-user) un solo utente alla volta può utilizzare il sistema Multi-utente (multi-user) più utenti in contemporanea possono interagire con la macchina il S.O. deve fornire a ciascuno l'astrazione di un sistema “dedicato” 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

69 Classificazione dei S.O.
In base al numero di programmi in esecuzione: Mono-programmato (mono-task) si può eseguire un solo programma per volta Multi-programmato (multi-task) il S.O. permette di eseguire più programmi in contemporanea (su una sola CPU) il S.O. deve gestire la suddivisione del tempo della CPU fra i vari programmi (time-sharing) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

70 Interazione dell’utente con il S.O.
Un utente "vede" l’elaboratore solo tramite il S.O., che simula una “macchina virtuale” diversi S.O. possono realizzare diverse macchine virtuali sullo stesso hardware aumenta l’astrazione nell’interazione utente/elaboratore senza S.O.: sequenze di bit con S.O.: comandi, programmi, dati. Il S.O. traduce le richieste dell’utente in opportune sequenze di comandi da sottoporre alla macchina fisica Il S.O. esplicita qualsiasi operazione di accesso a risorse hardware, implicitamente implicata dal comando dell’utente 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

71 Interazione dell’utente con il S.O.
Utente S.O. “esegui progr1” input da tastiera ricerca codice di “progr1” su disco carica in RAM codice e dati <elaborazione> “risultato = 10” output su video 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici

72 Interazione dell’utente con il S.O.
Interfaccia testuale Il S.O. interagisce con l’utente mediante l’interpretazione di linee di comando esempi: DOS, Linux Interfaccia grafica o GUI (Graphical User Interface) tutti i programmi e le funzioni sono mostrati sullo schermo mediante simboli immediatamente comprensibili (icone) esempi: Windows, MacOS (Macintosh) 06/04/2017 Introduzione ai sistemi informatici