La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Informatica Generale1 PARTE II Architettura di un sistema informatico Hardware.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Informatica Generale1 PARTE II Architettura di un sistema informatico Hardware."— Transcript della presentazione:

1 Informatica Generale1 PARTE II Architettura di un sistema informatico Hardware

2 Informatica Generale2 La gerarchia di computer Mainframe (es. IBM 3090) – Grandi sistemi informativi ( 100 terminali) Supercomputer (es. CRAY T3E) – Calcolo scientifico intensivo Minicomputer (es. IBM AS/400) – Sistemi informativi aziendali medio/piccoli ( 10 terminali) Workstation (es. Sparcstation SUN) – Applicazioni ingegneristiche, grafica Personal computer

3 Informatica Generale3 Funzioni e architettura Funzioni generali di un elaboratore – elaborazione dati – memorizzazione dati – trasferimento dei dati – controllo Architettura – Componenti e interconnessioni – Funzioni di ciascun componente

4 Informatica Generale4 PC: architettura di riferimento Macchina di Von Neumann Bus CPU Memoria centrale I/O int.... Elaborazione e controllo Memorizzazione

5 Informatica Generale5 Un Personal Computer (PC)

6 Informatica Generale6 PC: componenti interni e periferiche Scheda madre – CPU – RAM – Bus – Cache – ROM Drive (Hard e floppy disk, CD-ROM) Schede di espansione – Scheda grafica – Scheda audio – Modem interno Tastiera Mouse Monitor Stampanti Scanner Altoparlanti Unità disco esterne Modem esterno

7 Informatica Generale7 Funzione di memorizzazione Memoria della CPU Cache RAM Memorie di massa (es. dischi) CPU Cache RAM Memorie di massa Costo/bit Velocità

8 Informatica Generale8 Memoria centrale (RAM) Sequenza di elementi binari (bistabili) raggruppati in unità minime indirizzabili (celle) – Elemento binario bit – Cella word (parola) 1W corrisponde a 8, 16, 32 oppure 64 bit Dim. tipiche su PC attuali 32÷256 Mbyte (NB: in linguaggio informatico, 1K=1024, 1M=1024K, 1G=1024M)

9 Informatica Generale9 RAM (organizzazione logica) M-4 32 bit Indirizzi (k bit) 2 k dimensione della memoria

10 Informatica Generale10 RAM (funzionamento) D e c o d i f i c a t o r e Bus Indirizzi Bus dati Bus di controllo R/W

11 Informatica Generale11 Caratteristiche e prestazioni Volatilità Staticità e dinamicità – SRAM vs DRAM – Attualmente RAM = DRAM Tempo di accesso (7 70 ns) Temporizzazione del sottosistema di memoria (1 5 cicli per accesso) Velocità di trasferimento (picco: MB/sec)

12 Informatica Generale12 Memoria cache Il cosiddetto CPU/RAM bottleneck Principi di località – spaziale – temporale Memorie cache di primo e secondo livello – dimensioni (64KB 1MB) – prestazioni (tempo di accesso 4 ns)

13 Informatica Generale13 Gerarchia a due livelli CPU L2 RAM Sistema di memoria

14 Informatica Generale14 CPU (esecutore del linguaggio macchina) Programmi e dati risiedono nella RAM La CPU esegue continuamente il seguente ciclo: – Legge unistruzione dalla memoria – Decodifica listruzione – Legge dalla memoria i dati utilizzati dallistruzione – Esegue listruzione – Scrive in memoria i risultati calcolati

15 Informatica Generale15 Componenti della CPU Unità aritmetico logica (detta ALU) operazioni aritmetiche e logiche Unità di controllo ordine di esecuzione, istruzioni di salto Registri generali (memoria della CPU) dati delle istruzioni aritmetico/logiche Registri speciali (Program Counter, Instruction Register, Process Status Word, Memory Address Register, Memory Data Register)

16 Informatica Generale16 Struttura della CPU ALU Unità di controllo IR PCPSW MDRMDR MARMAR

17 Informatica Generale17 Linguaggio macchina Istruzioni molto semplici, formate da un codice operativo e (al più) 2 operandi – Codice operativo azione da eseguire – Operandi dati su cui agire Codice assembly Codice macchina (vero e proprio) { } Esempi: SUB R1,R2 LOAD R,M STORE R,M

18 Informatica Generale18 Linguaggio macchina (2) Codice operativo Operando1 Operando2 8 bit 16bit possibili codici operativi - Operando1 denota uno fra 256 possibili registri interni alla CPU (R0 R255) - Operando2 denota un indirizzo fra 0 e Esempio: LOADR120000

19 Informatica Generale19 Ciclo fondamentale della CPU (rivisto) 1) FETCH (lettura dellistruzione allindirizzo contenuto nel Program Counter) PC MAR RAM RAM MDR IR 2) Incremento del PC (PC := PC+4) 3) DECODE (decodifica dellistruzione nellInstruction Register) 4) EXECUTE (esecuzione dellistruzione) 3a) Recupero operandi 3b) Esecuzione vera e propria 3c) Memorizzazione dei risultati 5) Torna al passo 1)

20 Informatica Generale20 Traduzione (o compilazione) var x: array [1..7] of integer; var i,n,z: integer; if x[1]

21 Informatica Generale21 Un primo passaggio Leggi x[1] Leggi x[2] Calcola x[1]-x[2] Se positivo scrivi x[2] in z Se negativo scrivi x[1] in z Leggi n Scrivi 3 in i Calcola p=i-n Se p>0 vai 7 istruzioni avanti Leggi x[i], Leggi z Calcola p=x[i]-z Se p<0 scrivi x[i] in z Incrementa i di ununità Torna 7 istruzioni indietro …………………………….. if x[1]

22 Informatica Generale22 Un altro passo verso il codice macchina Copia in R1 il contenuto della cella di indirizzo x Copia in R2 il contenuto della cella di indirizzo x+4 Sottrai (il contenuto di) R2 da R1 ( s := segno(R1-R2) ) Se s=1 salta 3 istruzioni avanti ( PC := PC+8) Copia R2 nella cella (di indirizzo) x+36 Salta due istruzioni avanti ( PC := PC+4) Copia in R1 il contenuto della cella di indirizzo x Copia R1 nella cella x+36 Copia in R3 il contenuto della cella x+32 ………………..

23 Informatica Generale23 Codice assembly load R1,x load R2,x+4 sub R1,R2 jmpneg avanti store R2,x+36 jmp piùavanti avanti: load R1,x store R1,x+36 piùavanti: load R3,x+32 …………………………. Formato tipico di una istruzione: { :} { }

24 Informatica Generale24 Programma in linguaggio macchina …………………………………….…… …………………………………….……. Indirizzo (Inizio dati) Indirizzo Indirizzo Indirizzo (Inizio programma)

25 Informatica Generale25 Parametri di valutazione delle CPU Set di istruzioni (RISC vs CISC) Frequenza dellorologio interno di sincronizzazione (clock) ( MHz) Banda di elaborazione ( numero di istruzioni eseguite al secondo) Spazio di memoria indirizzabile Presenza di coprocessore matematico, memoria cache di primo livello, ecc.

26 Informatica Generale26 Dispositivi di memorizzazione di massa Dischi magnetici (hard disk) Memorizzazione permanente di programmi e dati Dischi magnetici (floppy disk) Trasferimento dati fra computer Nastri magnetici Backup dei dati Dischi ottici (CD ROM) Distribuzione di programmi, giochi, archivi storici, ecc.

27 Informatica Generale27 Dischi rigidi (hard disk) Supporti circolari magnetizzati in continua rotazione ( giri/min) Formato a tracce e settori (valori tipici: 400 tracce, 32 settori) Testina di lettura a movimento radiale Tempo di accesso (5 10 msec) vicino al limite fisico Capacità elevate (> 4 GB) Costo contenuto ( lire/MB)

28 Informatica Generale28 Dischetti rimovibili (floppy disk) Supporti circolari (diametro 3.5 o 5.25 pollici) magnetizzati, in rotazione solo al momento dellaccesso Velocità di rotazione bassa ( giri/min Tempo di accesso elevato (decimi di sec.) Capacità limitata (1.44 MB) Costo unità contenuto (poche decine di migliaia di lire)

29 Informatica Generale29 Nastri magnetici Organizzazione sequenziale con blocchi (detti record fisici) multitraccia Accesso sequenziale Densità di registrazione Byte per pollice (bpi) Tempo di accesso molto elevato (può essere dellordine dei minuti) Uso per copie di sicurezza (backup) Costo elevato ( 2 Mlire per unità DAT)

30 Informatica Generale30 Lettori ottici (CD ROM) Supporti circolari non riscrivibili Formato a spirale Lettura mediante raggio laser Tempo di accesso ( msec) Capacità elevate in rapporto ai floppy disk ( 650 MB) Costo unità contenuto ( Mlire)

31 Informatica Generale31 Principali unità periferiche Dispositivi di ingresso (input) – Tastiera – Mouse e altri disp. di puntamento – Scanner Dispositivi di uscita (output) – Video – Stampante Modem

32 Informatica Generale32 Tastiera Tasti alfanumerici (lettere e cifre, punteggiatura, parentesi) Tasti speciali: return o enter (invio), ctrl (control), esc (escape),... Tasti direzionali:,,,,... Tasti funzionali: F1,F2,...

33 Informatica Generale33 Mouse Il movimento del mouse si ripercuote nel movimento di un cursore sul video La pressione di un tasto comporta lesecuzione di una qualche azione Mouse + interfacce grafiche sostituiscono in molti casi la tastiera

34 Informatica Generale34 Scanner Dispositivo per lacquisizione di immagini (sotto forma di mappe di bit, bitmap)

35 Informatica Generale35 Video (display) Alfanumerici: es. 25 righe 80 caratteri Grafici: risoluzione misurata in numero di pixel (picture element) nelle due dimensioni: es , Pixel: bianco e nero (1 bit) o colore (es. 8 bit) Memoria RAM associata Tecnologia (raggi catodici o cristalli liquidi) Griglia di 4 4 pixel

36 Informatica Generale36 Stampante Stampanti ad aghi – 9 24 aghi – Tecnica ad impatto copie multiple – Fogli singoli o modulo continuo Stampanti a getto di inchiostro – Ottima qualità anche in grafica – Colore a basso prezzo Stampanti laser – Ottima qualità, costo elevato del colore

37 Informatica Generale37 Stampanti (prestazioni)

38 Informatica Generale38 Modem Modulatore/demodulatore Effettua conversioni digitale/analogico e viceversa per trasmissioni su linea telefonica Velocità tipica attuale 56Kbit/sec

39 Informatica Generale39 Interfaccia di I/O Scheda di interfaccia (fra bus e periferica) Modalità di trasferimento – seriale: mouse, tastiera (standard RS-232C) – parallelo: stampante (standard centronics) Gestione dellI/O – a controllo di programma – mediante interruzione – con accesso diretto alla memoria (Direct Memory Address, o DMA)

40 Informatica Generale40 Esempio di gestione della stampa di una riga A controllo di programma Il processore invia un carattere alla scheda di interfaccia, attende che questa segnali lavvenuta stampa, quindi invia il carattere successivo. Mediante interruzione Il processore invia un carattere alla scheda, quindi si occupa daltro. Quando la stampa termina, linterfaccia manda un segnale di interruzione al processore per segnalare la nuova disponibilità dellunità periferica. Con accesso diretto alla memoria Il processore invia ad una opportuna unità DMA lindirizzo di memoria e la lunghezza del blocco dati da stampare. Lunità DMA gestisce quindi lI/O.

41 Informatica Generale41 Bus di sistema Ogni informazione fra dispositivi differenti passa attraverso il bus È la risorsa critica per eccellenza Ha una sua temporizzazione fissa (attualmente 66 o 100 MHz)


Scaricare ppt "Informatica Generale1 PARTE II Architettura di un sistema informatico Hardware."

Presentazioni simili


Annunci Google