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9. Unità centrale di elaborazione (CPU) Memoria centrale Memoria di massa Serie di dispositivi di input (per limmissione di dati) Serie di dispositivi.

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Presentazione sul tema: "9. Unità centrale di elaborazione (CPU) Memoria centrale Memoria di massa Serie di dispositivi di input (per limmissione di dati) Serie di dispositivi."— Transcript della presentazione:

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2 Unità centrale di elaborazione (CPU) Memoria centrale Memoria di massa Serie di dispositivi di input (per limmissione di dati) Serie di dispositivi di output (per la visualizzazione dei risultati) Dispositivo di collegamento tra le diverse parti (bus) 6 2 ECDL MODULO 1

3 SimboloIn BitIn Bytemultipli 1 Bit 11/8 1 Byte 81 1 KB Byte 1 MB Kilobyte 1 GB Megabyte 1 TB Gigabyte 4 3 ECDL MODULO 1

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5 identificato con la CPU, è il nucleo del computer. Esegue le istruzioni dei vari programmi e sovrintende al funzionamento dellintera macchina. Esegue tutti i calcoli, gestisce il trasferimento di dati attraverso la memoria e i dischi e attiva/disattiva i componenti della macchina. Le operazioni della CPU sono temporizzate da un cronometro (clock), la cui frequenza viene misurata in MegaHertz (MHz, ovvero milioni di impulsi per secondo) o, recentemente, in GigaHertz (GHz, miliardi di impulsi per secondo). 5 ECDL MODULO 1

6 ALU (Arithmetic-Logic Unit) MIPS misura la potenza di elaborazione di un processore(milioni di istruzioni al secondo) Cache L1 compresa nel chip del microprocessore (32 o 64 kb) L2 incorporata sulla scheda madre (256 o 512 kb) Topologie cpu CISC(complex instruction set computer) RISC(rdeuced instruction set computer) 6 ECDL MODULO 1

7 7 La CPU è il dispositivo che esegue materialmente le operazioni logiche, aritmetiche e di trasferimento sui dati secondo il procedimento (Algoritmo) richiesto. Si può considerare costituita da: Unità di elaborazione (ALU – Aritmetic Logic Unit) in grado di eseguire le operazioni richieste Unità di governo (CU – Control Unit) che stabilisce quali operazioni devono essere eseguite Unità di elaborazione Dati in ingresso Segnali di controlloOperazioni da eseguire Dati in uscita Unità di governo

8 ECDL MODULO 1 8 La CPU deve contenere elementi di memoria e dispositivi in grado di eseguire operazioni elementari, aritmetiche e logiche. Questi elementi si chiamano Registri cioè sequenze di memoria nei quali si può leggere e scrivere. La CU fornisce alla ALU i segnali elettrici che attivano le operazioni. Questi segnali vengono forniti in modo sincrono da un Clock: ad ogni scatto del clock viene inviato un segnale e quindi viene eseguita una operazione. Più è alta la frequenza di scatto del clock più veloce è lattività della CPU: 500 MHZ vuol dire 500 milioni di colpi di clock o cicli al secondo. Possiamo arrivare anche a 1 o 2 Ghz cioè miliardi di cicli al secondo. Nei computer di alto livello la velocità del processore si misura in MIPS (Millions Instruction per second)

9 ECDL MODULO 1 9 Potenza di calcolo della CPU Non è semplice quantificare la potenza di calcolo di una CPU. Contribuiscono alla valutazione: – Architettura del microprocessore n° di operazioni per ciclo di clock Cache di primo livello L1 – Frequenza di clock La frequenza si misura in hertz, ossia in cicli (di clock) al secondo: – 1 hertz (Hz) = 1 ciclo al secondo – 1 megahertz (MHz) = di cicli al secondo – 1 gigahertz (GHz) = 1000 MHz = di cicli al secondo Ad ogni ciclo di clock vengono eseguite 1 o più operazioni elementari La potenza e la velocità di calcolo non vanno valutati in assoluto, ma in relazione agli altri componenti e alle proprie esigenze di utilizzo: – Quantità e tipo di RAM – Quantità di memoria cache – Velocità dellhard disk

10 ECDL MODULO 1 10 La CPU lavora solo con la memoria centrale (RAM) dove vengono lette le istruzioni e i dati sui quali devono operare e dove vengono scritti i risultati di ogni elaborazione. Più grande è la RAM, meglio potrà lavorare il computer. In base al tipo di elaborazione, i risultati possono essere inviati a un video, a una stampante, al disco fisso, alla linea telefonica o agli altoparlanti. Per poter gestire i tanti dispositivi diversi collegati al computer, la CPU ha bisogno di apposite interfacce in grado di convertire i dati memorizzati in opportuni segnali.

11 ECDL MODULO 1 11 Alcuni circuiti di interfaccia fanno parte della stessa scheda madre altri sono montati su apposite schede chiamate controller inseriti in appositi slot (connettori) presenti sulla scheda madre: – Controller il video – Controller per laudio – Controller per lhard disk I dati che vanno e vengono dalla CPU verso la memoria o le schede di controllo viaggiano sui bus che collegano i vari componenti interni del PC: – ISA (Industry Standard Architecture) – PCI (Peripheral Connector Interface) – AGP (Accelerated Graphics Port)

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13 ECDL MODULO 1 13 La memoria centrale è un dispositivo elettronico in grado di memorizzare istruzioni e dati codificati in forma binaria. La memoria centrale è la sede obbligata da cui lunità centrale di elaborazione estrae di volta in volta le istruzioni che devono essere eseguite ed i dati sui quali operare. La memoria deve pertanto avere i seguenti requisiti: i dati devono poter essere registrati; i dati registrati devono poter essere localizzati; i dati registrati devono poter essere letti; i dati registrati devono poter essere modificati, solo mediante comandi opportuni. La realizzazione del dispositivo di memorizzazione si basa sulla possibilità di disporre di stati distinti di elementi (nel nostro caso di tipo elettronico), ai quali corrispondono valori convenzionalmente stabiliti.

14 ECDL MODULO 1 14 Tra le memorie di tipo elettronico occorre distinguere tra RAM (random access memory) e ROM (read only memory). Le ROM sono meno costose delle RAM perché realizzate con circuiti molto semplici. Vengono usate per tutti i casi in cui le informazioni contenute non devono essere modificate: Fase di bootstrap (accensione e avvio del sistema) Programmi per la gestione standard dei dispositivi Video Tastiera Porte di I/O Tabelle matematiche utilizzate dalla ALU (della CPU)

15 ECDL MODULO 1 15 Allaumentare della velocità del clock, può capitare che la RAM non riesca a servire con la max efficacia la CPU (tecnologie diverse e diverse velocità) Memorie CACHE Memoria temporanea per trasferimento tra memorie da velocità diverse: Memoria di massa RAM (1000 volte + veloce) RAM CPU (centinaia di nanosecondi) Memorizza istruzioni e dati usati + frequentemente

16 ECDL MODULO 1 16 REGISTRI: aree di memoria ad accesso casuale ad uso della CPU (da 1 a 8 bit) ROM: memoria scrivibile una sola volta e non più riscrivibile RAM: memoria centrale di tipo volatile MEMORIE PROM: (Programmable ROM) a sola lettura che può essere programmato dagli utenti EPROM: (Erasable Programmable ROM): Chip utilizzato anche nei telefoni cellulari per conservare i dati. Si programma in sede di fabbricazione

17 ECDL MODULO 1 17 Per le memorie degli elaboratori si è individuata, come soluzione tecnologicamente valida, ladozione di circuiti elettronici in grado di conservare un doppio stato, corrispondente, in funzione delle soluzioni adottate, a: magnetizzato o non magnetizzato; circuito aperto o chiuso (passa o non passa corrente). La memoria, quindi, non è altro che una sequenza di elementi elettronici in grado di assumere due diversi stati, che in modo matematico possono essere rappresentati da 0 e 1. Tali elementi prendono il nome di bit (da binary digit, cifra binaria).

18 ECDL MODULO 1 18 Per poter rappresentare le dieci cifre arabe, sono necessari 4 bit (16 combinazioni corrispondenti a 2 elevato alla quarta). Nei sistemi elettronici di elaborazione dei dati occorre tuttavia un maggior numero di combinazioni, per rappresentare ad esempio le lettere in minuscolo e maiuscolo, i caratteri speciali, ed in particolare le istruzioni. Vengono, perciò, utilizzati normalmente raggruppamenti di 8 bit, che hanno inoltre il vantaggio che il numero di elementi è una potenza di 2, fattore fondamentale in quanto tutta la logica dellelaboratore è di tipo binario. Tali raggruppamenti vengono chiamati byte. Il byte è lunità minima che può essere indirizzata nella memoria dellelaboratore.

19 ECDL MODULO 1 19 Le dimensioni della memoria, ossia la sua capacità di memorizzazione, viene misurata in byte: kbyte (chilobyte = migliaia di byte), Mbyte (megabyte = milioni di byte), Gbyte (gigabyte = miliardi di byte), Tbyte (terabyte = migliaia di miliardi di Byte). I PC sono dotati di memoria RAM dellordine di 64MB,128 MB, 256 MB, 516 MB o superiori mentre i dischi fissi hanno capacità dellordine di decine di gigabyte. Ciascuno dei byte, che costituiscono la memoria centrale, può contenere un carattere. Tutte le operazioni devono fare riferimento a stringhe di byte, nei quali, per effetto di operazioni di input e di elaborazioni in memoria, si trovano i dati su cui operare.

20 ECDL MODULO 1 20 E quindi indispensabile poter identificare i byte in memoria, cioè poterne conoscere l indirizzo. Ogni dato in memoria sarà individuato dallindirizzo del primo dei byte che lo rappresentano e dalla lunghezza della stringa di caratteri, ossia del numero di byte che formano la rappresentazione del dato. Elementi di una istruzione: codice operativo (tipo di operazione da eseguire) operandi (indirizzi in memoria dei dati su cui operare) Ciclo di esecuzione di una istruzione trasferimento dellistruzione dalla memoria centrale alla UCE decodifica del codice operativo e degli operandi trasferimento dei dati dalla memoria alla CPU esecuzione dellistruzione trasferimento in memoria del risultato delloperazione

21 ECDL MODULO 1 21 Un altro problema da affrontare, per quanto riguarda la memoria, è laffidabilità dei dati, sia durante la registrazione in memoria sia nei trasferimenti con le unità periferiche e con lunità centrale di elaborazione. Normalmente il problema viene risolto adottando il principio di ridondanza. Il tipo di controllo più diffuso è quello di parità. Per ogni byte viene aggiunto un nono bit, detto bit di parità, che viene posto automaticamente ad 1 o 0 dalla macchina, in modo da avere in ogni byte fisico (composto da 9 bit) un numero pari di bit a 1. Esempio 1: il byte ha un n° dispari di bit a 1, per cui il bit di parità viene posto pari a Esempio 2: il n° di bit a 1 del byte è già pari, per cui il bit di parità viene posto a Alla fine di ogni operazione, la macchina controlla automaticamente lo stato del bit di parità e, nel caso la verifica risultasse negativa, si arresta segnalando lerrore. Questo sistema individua errori su un numero dispari di bit. Questo sistema garantisce lattendibilità dei dati durante tutto il processo elaborativo.

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24 Il disco rigido (hard disk) Il disco rigido I dischetti (floppy disk) I dischetti I CD-Rom (Compact Disk – Read Only Memory) I CD-Rom I DVD-Rom (Digital Versatile Disk) I DVD-Rom Dispositivi di memorizzazione esterni (collegabili al pc tramite la porta parallela o porta USB) Dispositivi di memorizzazione esterni 1 24 ECDL MODULO 1

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28 E la memoria di massa presente allinterno di tutti i PC ed essenziale per il suo funzionamento. I PC di ultima generazione sono dotati di HD dalla capacità di decine di Gigabyte (GB). Esistono anche HD esterni che si possono collegare al PC tramite una delle porte (USB). 28 ECDL MODULO 1

29 Il Floppy Disk, detto comunemente Dischetto, è un supporto di memoria magnetico trasportabile. Esso necessita di una periferica di lettura e scrittura (Drive) solitamente sempre integrata al computer. La capacità di un FD è molto limitata: 1,44 MB. 29 ECDL MODULO 1

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31 Il CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory)è un supporto di memoria di tipo ottico (laser). La capacità di un CD-ROM è generalmente di 650 MB. Anchesso, come il FD, richiede uno specifico dispositivo di lettura (Lettore CD) ed è fornito di serie nei PC. I dispositivi di lettura che sono capaci anche di scrivere sul CD-ROM sono detti Masterizzatori Esistono 2 tipi di CD-ROM: i CD-R, sui quali è possibile effettuare una sola registrazione, e il CD-RW sui quali è possibile modificare i dati incisi durante la prima masterizzazione. 31 ECDL MODULO 1

32 Il DVD (Digital Versatile Disk) è esteriormente simile al CD con una capienza 26 volte superire: mediamente di 5,2 GB. 32 ECDL MODULO 1

33 Archiviazione di Massa, così comunemente denominate per la loro forma e portabilità. Si collegano al PC tramite le porte USB. Le Penne USB si comportano come un Hard Disk esterno che, però, non ha bisogno di essere formattato. Rispetto allHD è anche più affidabile in quanto non contiene al suo interno dispositivi meccanici mobili. 33 ECDL MODULO 1

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36 Il primo microprocessore, chiamato Intel 4004, venne realizzato da Intel nel Otto anni dopo, nel 1979, venne costruito il primo PC, contenente una CPU siglata 8088 e realizzata con transistor è la CPU storica dalla quale deriva la famiglia di microprocessori x86 Negli ultimi anni la performance dei microprocessori sono raddoppiate in media ogni diciotto mesi. Fino a oggi si contano sei generazioni di microprocessori dai primi processori indicati dalle sigle 8086, 8088, -286, -386, -486, si è arrivati ai recenti modelli di Pentium della Intel e ad altre CPU, di prestazioni di uguale livello, che hanno preso il nome delle aziende produttrici: AMD, Cyrix, e IDT. 36 ECDL MODULO 1


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