Architettura degli Elaboratori Elettronici

Presentazione sul tema: "Architettura degli Elaboratori Elettronici"— Transcript della presentazione:

1 Architettura degli Elaboratori Elettronici
1° LEZIONE Architettura degli Elaboratori Elettronici Hardware - Software Dott. Giuseppe Morana

2 ARGOMENTI DELLA 1° LEZIONE
Cenni storici del Calcolatore Elettronico Architettura del Calcolatore Elettronico L’unità centrale Memorie di massa Dispositivi di Input/Output Hardware e Software

3 Il primo strumento di calcolo
2000 anni a.c. L’ABACO MILIONI DECINE UNITA’ MIGLIAIA CENTINAIA DECINE DI MIGLIAIA CENTINAIA DI MIGLIAIA

4 Elaboratori meccanici di calcolo
Blaise Pascal Macchina addizionatrice Qualche anno dopo Gott-Fried Leibniz Sistema meccanico di calcolo Esegue operazioni matematiche come: +,-,*,/, Primi anni dell’ Joseph Jacquard Telaio da tessitura controllato in modo automatico da schede perforate Charles Babbge Calcolatore digitale meccanico Uso di schede perforate. Possibilità di effettuare cicli e salti condizionati

5 Macchine Digitali elettromeccaniche e elettroniche
Haward Aiken MARK I calcolatrice digitale elettromeccanica (Harvard University) Uso di relè J.Presper Eckert John Mauchey ENIAC calcolatrice digitale elettronica Uso di valvole 500 volte più veloce di MARK I (University of Pennsylvania)

6 Macchine Digitali elettroniche
ENIAC 100 metri quadri; 30 tonnellate; valvole; 20 accumulatori; 104 registratori 20 bit; UNIVAC I Elaboratore digitale elettronico 1951 Team di ENIAC e John Von Neumann Uso di valvole Programma in memoria centrale Parallelismo dei dati

7 VALVOLA TRANSISTOR CIRCUITO INTEGRATO 1944 1956 1958

8 Componenti principali di un elaboratore elettronico
DATI IN ENTRATA INPUT DATI IN USCITA OUTPUT SISTEMA DI ELABORAZIONE UNITA’ CENTRALE

9 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Sistema DECIMALE Sistema BINARIO Zzzzz..
ACCESO SPENTO 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Sistema DECIMALE Sistema BINARIO bit 1 oppere 0 byte 8 bit kilobyte 1.024 byte megabyte byte gigabyte byte 34

10 Il sistema numerico BINARIO
BIT : acronimo di Binary digIT, indica l’unità elementare di informazione nel sistema numerico binario e può assumere il valore 0 oppure 1 N elementi di un insieme possono essere rappresentati con n Bit; dove n= Log2 N, quindi: N = 2n n = 1 n = 2 n = 3 00 000 N = 2 N = 4 N = 4 1 01 1 1 1 001 2 10 2 010 BYTE : Il più piccolo elemento significativo utilizzato dagli elaboratori elettronici, detta word. Formato da 8 BIT 3 11 N = 8 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 28

11 ARCHITETTURA DEL CALCOLATORE ELETTRONICO
MEMORIA INTERNA CPU (Central Processing Unit) UNITA’ CENTRALE BUS UNITA’ DI INPUT UNITA’ DI OUTPUT PERIFERICHE MEMORIE DI MASSA

12 Processore o CPU (Central Processing Unit)
Dirige tutte le operazioni di un elaboratore elettronico e può essere perciò definito il cervello dell’elaboratore la velocità di un calcolatore dipende dalla velocità del processore. La prestazione di un microprocessore è data dalla velocità del “clock” che si misura in (MHz) e un megahertz è pari a 1 milione di vibrazioni elettriche in un secondo

13 MEMORIA INTERNA RAM ROM
Random Access Memory: memorie che contengono dati e programmi che posso essere letti e scritti. L’accesso ai dati è è possibile in modo casuale. ROM Read Only Memory: memoria da cui si possono leggere i dati registrati dal costruttore ma nella quale non è possibile scrivere. Esistono diversi tipi di ROM: PROM (Programmable ROM); EPROM (Erasable Programmable ROM); EEPROM (Electrically EPROM).

14 Memorie RAM Le memorie di tipo RAM sono caratterizzate dalla quantità di dati che possono contenere (espressi in MegaByte) e il tempo di acceso (espressi in NanoSecondi) DRAM Dynamic RAM: costituisce la maggior parte della RAM installata sugli elaboratori. RAM di tipo DIMM (Dual Inline Memory Module) 168 pin (contatti) 2 scanalature Tempi di accesso da 6 a 12 ns Quantità di memoria 256 o 512 Mb SRAM Static Ram: caratterizzata da tempi di accesso brevi e bassi consumi (Usata come cache). La CACHE è una memoria che contiene i dati e programmi più frequentemente usati.

15 BUS I BUS realizzano le interconnessioni fisiche tra i diversi dispositivi che costituiscono l’elaboratore. Trasportano segnali elettrici in modo parallelo, cioè più segnali possono viaggiare, tra un dispositivo ad un'altro, contemporanea- mente all’interno del bus. Esistono diversi tipi di bus, classificati in funzione del tipo di dati che trasportano: bus dati, bus di indirizzi, bus di controllo.

16 MEMORIE DI MASSA Magnetici • Nastri Ottici • CD-ROM
Sono delle periferiche che permettono la memorizzazione digitale permanente di dati e programmi. Magnetici • Nastri • Floppy Disk • Hard Disk Ottici • CD-ROM Compact-Disk • DVD Digital Video Disk Le memorie di massa di tipo magnetico possono essere ad accesso sequenziale (nastri) oppure ad accesso diretto come i comuni floppy disk.

17 Nastri Tipo di lettura: magnetica Tipo di accesso: sequenziale
Capacità: Gb e oltre Pro: capacità - economicità Contro: deteriorabilità Evoluzioni future: Capienza maggiore è un nastro di plastica con un sottile strato di ferrite in superficie avvolto in due bobine che ne permettono lo scorrimento sono contenuti in un involucro di plastica e alluminio utilizzati per l’archiviazione di grandi quantità di dati lentezza nella lettura dei dati

18 Floppy Disk Tipo di lettura: magnetica Tipo di accesso: diretto
Capacità: Kb e 1.44 Mb Pro: economicità - diffusione Contro: bassa capacità - deteriorabilità Evoluzioni future: Iomega ZIP - Syquest è un disco di plastica con un sottile strato di ferrite in superficie sono contenuti in un involucro di plastica hanno diametro di 3,5 pollici sono organizzati in TRACCE e SETTORI ruota solo quando si effettuano richieste di lettura/scrittura dati

19 Hard Disk Tipo di lettura: magnetica Tipo di accesso: diretto
Capacità: fino a 80 Gb Pro: velocità - capienza Contro: trasportabilità è un disco generalmente di alluminio con le superfici levigate sulle quali è depositato uno strato di ferrite molto sottile; il disco è sempre in rotazione e ruota a velocità costante (da a RPM).

20 CD Rom - DVD Tipo di lettura: ottica Tipo di accesso: sequenziale
Capacità: Mb CD – 470Gb DVD Pro: diffusione - economicità E’ un disco di plastica inciso da un laser; ha una sola traccia a forma di spirale, la lettura dei dati avviene in modo sequenziale; i lettori di CD-ROM imprimono velocità di rotazione diverse dipendentemente della tecnologia costruttiva (2X, 4X, …… 52X); esistono anche supporti scrivibili (CD-R) mediante appositi apparecchi detti masterizzatori o CD-Writer; esistono anche CD riscrivibili più volte (CD-W).

21 Periferiche di INPUT Tastiera Mouse Joystick

22 Altre Periferiche di INPUT
Tavoletta grafica Penna Ottica Scanner Telecamera Digitale

23 Periferiche di OUTPUT MONITOR CARATTERISTICHE
Pollici: unità di misura della dimensione dello schermo Pixel: il più piccolo elemento che viene visualizzato sullo schermo Risoluzione: numero di pixel che possono essere visualizzati contemporaneamente Dot pitch: distanza fra due pixel Refresh: (si misura in Hz) indica il numero di volte che l’immagine sullo schermo viene rinfrescata in un secondo Standard grafici Hercules 768 x 348 Pixel - 2 colori CGA (Color Graphic Adapter) 320 x 200 Pixel - 16 colori EGA (Enhanced Graphic Adapter) 640 x 350 Pixel - 16 colori VGA (Video Graphic Adapter) 1024 x 768 Pixel colori SVGA (Super VGA) 1280 x 1024 Pixel 16 milioni di colori TIPI CRT (Catodic Ray Tube) LCD (Liquid Cristal Display) Plasma

24 Periferiche di OUTPUT STAMPANTI TIPI
Aghi: i caratteri vengono stampati utilizzando piccolissimi aghi, da 9 a 24. Possono stampare grafici. Sono a colori e bianco/nero. Sono veloci ma rumorose. Getto d’inchiostro: attraverso degli ugelli l’inchiostro viene spruzzato formando caratteri e grafici. Sono a colori e bianco/nero Laser: un raggio laser illumina un rullo nel quale vengono formati caratteri e grafici. Il rullo attira, nella parte illuminata, una polverina detta Toner, mentre un altro rullo preme la polverina su un foglio di carta. Sono a colori e bianco/nero Plotter: possono essere a pennino, a getto di inchiostro, a trasferimento termico o elettrostatici; la caratteristica principale è l’alta precisione e la possibilità di stampare grandi formati. Principalmente usati nei settori di progettazione grafica

25 HARDWARE Hardware è tutto ciò che si può materialmente toccare:

26 Hardware e Software Hardware Software
Di base Software Applicativo Hardware: L’insieme delle componenti fisiche che costituiscono l’elaboratore elettronico Software: L’insieme dei programmi che definiscono una sequenza di operazioni mediante le quali è possibile risolvere i problemi di una certa classe

27 SOFTWARE di base: insieme di programmi forniti in genere con
Software è tutto ciò che non si può materialmente toccare: di base: insieme di programmi forniti in genere con l’elaboratore medesimo dalla stessa casa costruttrice per la gestione delle risorse del sistema. MS-DOS, WINDOWS, UNIX, VMS, AS-400,…… applicativo: insieme di programmi destinati a svolgere uno specifico lavoro per l’utente finale. WORD, POWERPOINT,... NETSCAPE, EUDORA,….