componenti di un computer Roma – ATA “E. Sereni” – 1 agosto 2016 Informatica di base Architettura e componenti di un computer Roma – ATA “E. Sereni” – 1 agosto 2016 Autore: Claudio Traini

Hardware: tutte le componenti fisiche, elettroniche e meccaniche Software: l ’insieme delle istruzioni che ne governano il funzionamento Software di base: il Sistema Operativo Software applicativo: i programmi per l’utilizzo in vari ambiti SOFTWARE APPLICATIVO SOFTWARE DI BASE HARDWARE

Architettura di base

Il modello di von Neumann Si tratta di uno schema a blocchi che illustra il modello di funzionamento di massima di un computer, ideato dal ricercatore ungherese Janus Neumann, naturalizzato americano John von Neumann. Il modello è apparso per la prima volta durante la progettazione del primo computer elettronico, chiamato IAS machine presso l’Institute for Advanced Study (IAS appunto), a Princeton negli Stati Uniti a cavallo tra il 1945 e il 1951. John von Neumann morì nel 1957 a soli 53 anni lasciando molti progetti che verranno sviluppati più tardi presso i centri di ricerca militari di Los Alamos, negli Stati Uniti.

Le periferiche

La forma esteriore

Architetture di base: von Neumann - Harvard il modello Harvard dedica due memorie distinte per i dati e per le istruzioni. L’architettura Harvard è un modello applicato alla progettazione di processori specializzati come i DSP (Digital Signal Processor) che vengono utilizzati per il trattamento dei dati audio o video. Inoltre molti microcontrollori impiegati in applicazioni industriali utilizzano questa architettura, come i microcontrollori PIC (Programmable Interface Controller).

Architettura von Neumann

Architettura di memorizzazione/scambio dati

Concetto di BUS

Affinando lo schema di base ……………

La CPU: il processore

Il concetto di “multi-core”

Architettura di una CPU Unità di controllo - CU Unità aritmetico logica – ALU Registri

Cenni Storici 1971 – il primo processore mai realizzato : Intel 4004 Progettato dal vicentino Federico Faggin

Elementi base della CPU Unità di controllo - CU Unità aritmetico-logica – ALU Registri Registro MAR : Memory address register Registro MDR: Memory data register Clock BUS Bus dati Bus indirizzi Bus comandi PC – Program Counter IR – Instruction Register

La “cilindrata” di un computer VELOCITÀ DEL MICROPROCESSORE La velocità o frequenza di clock è il numero di commutazioni tra i due livelli logici "0" e "1" che circuiti logici interni ad un'unità di calcolo o di un microprocessore sono in grado di eseguire nell'unità di tempo di un minuto secondo, ed è espressa in cicli al secondo, o hertz, e suoi multipli; normalmente per eseguire un'istruzione o una semplice somma sono necessari più cicli di clock. Da 4,77 MHz delle prime CPU siamo arrivati a oltre 3,00 Gigahertz ossia miliardi di cicli al secondo

Gestione delle istruzioni IF: Instruction Fetch, Lettura dell'istruzione da memoria ID: Instruction Decode, Decodifica istruzione e lettura operandi da registri EX: Execute Esecuzione dell'istruzione MEM: Memory Accesso alla memoria WB: Write Back Scrittura di un dato nel registro Gestione delle istruzioni

Tecnologie costruttive: il “parametro” nm

Tecnologie costruttive Transistor Tri-gate, - con tecnologia di integrazione a 22 nm numero di transistor pari a 1,4 miliardi

Il socket del processore

Il chipset

Dischi magnetici ed ottici Le memorie in un computer Registri 1 ns KB Cache 2 ns MB CPU Memoria principale GB 10 ns Dischi magnetici ed ottici 10 ms TB TEMPI DI ACCESSO DIMENSIONE

RAPPRESENTAZIONE DEI DATI Principio di funzionamento del computer è basato sulla logica binaria: opera con dati espressi utilizzando 2 stati. Es: luce spenta ed accesa, assenza e presenza di corrente, oppure interruttore aperto e chiuso. 0 interruttore aperto Un singolo interruttore o bit (BInary digiT) può assumere 2 stati. Per convenzione i valori sono: 1 interruttore chiuso L’unità minima di informazione nel computer è un insieme di 8 bit: 1 byte = 8bit

Misura della memoria in un computer La capacità di memoria del computer si misura quindi in byte e nei suoi multipli:

Misura della memoria in un computer Esiste una codifica standard che si chiama: ASCII American Standard Code for Information Interchange, che utilizza un codice a 8 bit (28 = da 0 a 255 codici ossia caratteri stampabili ) Il testo editato: Diventa: 01001110 01100101 01101100 00000000 01101101 01100101 01111010 01111010 01101111 00000000 01100100 01100101 01101100 ...

RAM – Random Access Memory È gestita dalla CPU: la CPU accede in memoria per prelevare programmi da eseguire e dati da elaborare La memoria centrale Si tratta della memoria di lavoro della CPU. I programmi, per essere eseguiti, devono essere presenti in memoria centrale, così come i dati per l’elaborazione È limitata: la quantità massima di memoria installabile in un computer dipende da diversi fattori È volatile: le informazioni contenute si perdono in assenza di alimentazione RAM – Random Access Memory È veloce: l’accesso ai dati è estremamente rapido CPU Memoria Alta velocità Bassa Capienza Memoria Bassa velocità Alta Capienza

RAM

RAM – DRAM FAMILY

Le memorie di massa

Hard disk - disco rigido La principale memoria di massa

Hard disk - organizzazione fisica

HD tecnologia standard HD ssd (solid state drives)

Una unità fisica = più unità logiche DATI

Architettura RAID DATI Una unità logica = più unità fisiche

Le periferiche esterne standard

Riassumendo……….

BIOS e fase di avvio di un computer Basic Input-Output System o BIOS è una memoria non volatile contenente delle "routine software" che consentono al computer di effettuare la fase di avvio dal momento in cui si accende la macchina fino al caricamento del sistema operativo.

La connettività di rete Via “radio” – WiFi IEEE 802.11 via cavo Ethernet - RJ45

BUS PCI - Peripheral Component Interconnect

IL COLLEGAMENTO UNITA’ DISCHI Lo standard IDE/ P-ATA( Integrated Drive Electronics)

IL COLLEGAMENTO UNITA’ DISCHI Lo standard SATA ( Serial - ATA) Serial Advanced Technology Attachment eSATA: External Serial Advanced Technology Attachment