Sistemi Hardware

Concetti Fondamentali Hardware Tutto ciò che è tangibile, cioè tutte l’insieme dei dispositivi elettronici e meccanici che costituiscono l’elaboratore Software L’insieme dei programmi che permettono di gestire sia l’elaboratore che le informazioni Ing. Giuseppe Cisci 2010

Tipi di computer Mainframe Minicomputer Network Computer Grossi sistemi aziendali, vengono utilizzati contemporaneamente da un elevato numero di utenti mediante “terminali” Minicomputer Piccoli mainframe Network Computer Possono funzionare solo se connessi a un mainframe/minicomputer mediante una rete Personal Computer (PC) Laptop Computer Di dimensioni ridotte e con la possibilità di essere alimentato a batteria Ing. Giuseppe Cisci 2010

Cosa fa un computer? Elabora informazioni Informazioni sotto forma di dati digitali, che possono cioè avere solo due valori (0,1), chiamati bit I bit sono raggruppati in gruppi di 8 chiamati byte 1 Ing. Giuseppe Cisci 2010

Cosa fa un computer? Per elaborare le informazioni il computer esegue programmi I programmi sono delle sequenze di istruzioni elementari che specificano quali operazioni devono essere eseguite Ing. Giuseppe Cisci 2010

Hardware Unità Centrale di Elaborazione (CPU) Memoria Unità di Input e di Output CPU bus Dispositivi di I/O memoria Ing. Giuseppe Cisci 2010

Il bus I componenti comunicano scambiandosi segnali elettrici attraverso serie di conduttori che costituiscono il bus Il bus è suddiviso in Bus Indirizzi Bus Dati Bus di controllo Il bus ha subito diverse evoluzioni. Attualmente si utilizza un bus parallelo chiamato PCI L’evoluzione è il PCI express che è un bus seriale attualmente utilizzato per la comunicazione con le schede video Ing. Giuseppe Cisci 2010

La CPU Il suo compito è quello di eseguire i programmi Questi sono una sequenza di istruzioni elementari (operazioni aritmetiche, operazioni logiche, spostamenti di dati da una posizione ad un’altra) Ing. Giuseppe Cisci 2010

La CPU Unità Aritmetico Logica (ALU) Unità di controllo (CU) Registri Ing. Giuseppe Cisci 2010

Unità Aritmetico Logica (ALU) Unità di controllo (CU) Registri Esegue le operazioni aritmetiche e logiche Unità di controllo (CU) Comanda e sincronizza l’esecuzione delle operazioni Registri Vi vengono depositati temporaneamente i dati oggetto delle operazioni Ing. Giuseppe Cisci 2010

Esempio di elaborazione Trasferimento istruzione dalla memoria alla cpu MEMORIA Traduzione del codice istruzione 1 5 3 Trasferimento dei dati oggetto dell’istruzione dalla memoria alla CPU CPU 4 Esecuzione dell’istruzione Trasferimento del risultato dalla CPU alla memoria 2 Ing. Giuseppe Cisci 2010

IL segnale di clock Per sincronizzare le operazioni della CPU tra loro e con il resto del sistema si ricorre ad un segnale apposito Questo segnale è un onda quadra Quando il segnale passa dal valore basso al valore alto può essere svolta un’operazione Più elevata è la frequenza di clock e più operazioni possono essere eseguite in un secondo t Ing. Giuseppe Cisci 2010

Prestazioni della CPU Dimensione del BUS Frequenza di clock 32 o 64 bit Frequenza di clock numero di cicli eseguibili in un secondo Si misura in GHz (1 GHz = 1 miliardo di cicli al secondo) Architettura MULTICORE una struttura con più ALU e CU che lavorano in parallelo all’interno dello stesso microprocessore Ing. Giuseppe Cisci 2010

La memoria La funzione della memoria è quella di immagazzinare : Dati Programmi Ing. Giuseppe Cisci 2010

La memoria Memoria principale Memoria secondaria o memoria di massa Molto veloce ma di dimensioni contenute Interagisce direttamente con la CPU Memoria secondaria o memoria di massa In grado di immagazzinare in maniera permanente una grossa quantità di dati ma, inevitabilmente, più lenta della principale Ing. Giuseppe Cisci 2010

Tipologie di memoria RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory) Memoria di tipo “volatile”, costituisce la memoria principale ROM (Read Only Memory) Memoria di sola lettura, “non volatile”. Viene utilizzata per contenere le informazioni necessarie all’avvio del computer (BIOS) Cache Di dimensioni ridotte ma molto veloce è posizionata all’interno della CPU. Contiene le informazioni che vengono scambiate più spesso con la RAM Ing. Giuseppe Cisci 2010

RAM La memoria può essere immaginata come un contenitore con tanti “cassetti” In ogni “cassetto” è contenuta un’informazione sotto forma di byte Ing. Giuseppe Cisci 2010

RAM Random Access Memory  Memoria ad accesso casuale (per distinguerla dalle memorie ad accesso sequenziale dove il tempo di accesso dipende da dove il dato è posizionato). Il tempo di accesso è indipendente da dove è immagazzinato il dato. Consente rapide operazioni di lettura/scrittura. È una memoria volatile, cioè perde i dati immagazzinati quando viene tolta l’alimentazione Ing. Giuseppe Cisci 2010

Evoluzione della RAM SRAM Static RAM sono molto veloci consumano poco e dissipano poco calore Occupano una notevole porzione del chip in silicio su cui sono realizzate Solitamente sono utilizzate per realizzare memorie cache Ing. Giuseppe Cisci 2010

Evoluzione della RAM DRAM Dynamic Random Access Memory Costi ridotti e elevata densità per superficie di chip utilizzato Come svantaggio risultano più lente Tendono a perdere il bit immagazzinato che va periodicamente ricaricato -> REFRESH. Da questa necessità deriva il termine dinamica che caratterizza questo tipo di memoria Ing. Giuseppe Cisci 2010

Evoluzione della RAM SDRAM DDR SDRAM Synchronous DRAM Si differenzia dalla DRAM normale per il fatto che l'accesso è sincrono, ovvero governato dal clock. DDR SDRAM Double Data Rate L’accesso alla memoria avviene sia durante il fronte di salita del clock che su quello di discesa Funzionano quindi a velocità doppia rispetto alle altre Ing. Giuseppe Cisci 2010

Prestazioni della memoria Capacità Si misura in Byte e nei suoi multipli KiloByte 1KB = 1024 Byte MegaByte 1MB = 1024 KByte GigaByte 1GB = 1024 MByte Velocità Ossia tempo medio affinché un dato possa essere letto/scritto in memoria (attualmente frequenza max 667 MHz, ossia circa 1,5 ns) Ing. Giuseppe Cisci 2010

Memorie di Massa Hard Disk Flash memory Floppy disk CD-ROM DVD-ROM Dischi rimovibili (Zip Disk) Nastro magnetico Ing. Giuseppe Cisci 2010

Hard Disk Il disco rigido è formato da: Uno o più piatti in alluminio (in alternativa vetro) ricoperti da materiale ferromagnetico Una o più testine in grado di leggere e modificare i valori del campo magnetico nelle diverse zone del disco Un motore che mette in rotazione il disco. Ing. Giuseppe Cisci 2010

Hard Disk motore testina piatti Ing. Giuseppe Cisci 2010

Hard Disk I dati vengono memorizzati sul disco dalle testine che magnetizzano (bit 1) o meno (bit 0) parti specifiche del disco stesso Le testine non hanno nessun contatto fisico con i piatti durante il normale funzionamento, ma planano sul cuscino d'aria formato dalla rapida rotazione dei piatti grazie al loro profilo aerodinamico. Quando l'hard disk è spento le testine vengono parcheggiate in una zona adibita a tale scopo, la landing zone, oppure in alcuni modelli vengono parcheggiate fuori dal disco in un apposito supporto di plastica. Ing. Giuseppe Cisci 2010

I dati sono organizzati in Tracce  zone concentriche Settori  spicchi radiali Cluster (o blocchi)  intersezioni tra tracce e settori Le tracce di diversi piatti che si trovano alla stessa distanza dal centro formano un cilindro Ing. Giuseppe Cisci 2010

traccia settore cluster Ing. Giuseppe Cisci 2010

Caratteristiche Capacità Velocità di rotazione dei piatti Attualmente intorno ai 2 TB ( 2000 GB) Velocità di rotazione dei piatti 5400 rpm ( minori consumi e minor calore prodotto) 7200 rpm Maggiore velocità si traduce in un più rapido accesso ai cluster dove sono contenuti i dati Esistono versioni meno diffuse a 10000 e 15000 giri al minuto Ing. Giuseppe Cisci 2010

Hard Disk Bus di trasferimento dei dati EIDE – ATA (detto anche P-ATA) Trasferimento dei dati in parallelo Velocità massima di trasferimento dei dati 133 MByte/s Serial ATA (SATA) Trasferimento dei dati seriale Velocità di trasferimento dei dati fino a 6 Gbit/sec ossia 750 MByte/sec (difficilmente raggiungibile su dischi commerciali a causa del collo di bottiglia nell’accesso ai dati) Ing. Giuseppe Cisci 2010

CD-ROM e DVD I CD (Compact Disc), a differenza degli hard disk, sono delle memorie di massa su supporto ottico I DVD (Digital Versatile Disk) sono una evoluzione dei CD in grado di immagazzinare una maggiore quantità di dati e con un più veloce trasferimento degli stessi Un laser è in grado di leggere se sul disco è stato inciso un incavo (pit) oppure è presente una zona piatta (land) e li intrepreta come bit assegnando il valore 1 oppure 0 Ing. Giuseppe Cisci 2010

Caratteristiche Tecniche CD ROM Capacità 700 MB Max Velocità di trasferimento dati 7,8 MB/s (52x) DVD Capacità 4,7 GiB (miliardi di Bytes) = 4,37 GB Max Velocità di trasferimento dati 21,13 MB/s (16x) Ing. Giuseppe Cisci 2010

Dispositivi di Input Tutti i componenti hardware che forniscono dei dati in ingresso al sistema Principali dispositivi Tastiera Mouse Touch Pad Scanner Tavolette Grafiche Microfoni Web Cam Ing. Giuseppe Cisci 2010

Dispositivi di Output Tutti i dispositivi hardware che trasferiscono all’esterno le informazioni elaborate dal sistema Principali dispositivi Monitor Stampante Plotter Altoparlanti Videoproiettori Ing. Giuseppe Cisci 2010

Scheda Video Necessaria per “alleggerire” il lavoro della CPU Elabora l’immagine che deve essere visualizzata sul monitor Indispensabile per elaborare le animazioni 3D Prestazioni Risoluzione (numero di pixel che è in grado di elaborare) Numero di colori Frequenza di aggiornamento dell’immagine Ing. Giuseppe Cisci 2010

Scheda Audio Elabora i segnali elettrici che devono essere inviati agli altoparlanti e converte in segnali digitali quelli provenienti dal microfono Può essere considerata contemporaneamente dispositivo di Input e di Output Ing. Giuseppe Cisci 2010

Porte di comunicazione Servono per il collegamento dei dispositivi esterni Seriale Parallela USB Firewire Ing. Giuseppe Cisci 2010

Porta seriale I dati vengono trasferiti in serie, un bit dopo l’altro. Velocità di trasmissione 9600 bit/sec Ormai superata a causa della sua lentezza Ing. Giuseppe Cisci 2010

Porta parallela Trasferisce 8 bit in parallelo Utilizzata prevalentemente su stampanti e scanner Velocità di trasferimento max 1,2 Mbit/s Ing. Giuseppe Cisci 2010

USB Universal Serial BUS standard di comunicazione seriale che consente di collegare diverse periferiche ad un computer Il sistema USB consiste in un singolo gestore e molte periferiche collegate da una struttura ad albero attraverso dei dispositivi chiamati hub Supporta fino ad un massimo di 127 periferiche per gestore (nel computo vanno però inclusi anche gli hub e il gestore stesso) Corrente massima erogabile 500 mA Ing. Giuseppe Cisci 2010

Velocità USB USB 1.0 1,5 Mbit/s USB 1.1 12 Mbit/s USB 2.0 480 Mbit/s Noto anche come 2.0 Full Speed USB 2.0 480 Mbit/s Noto anche come 2.0 High Speed Ing. Giuseppe Cisci 2010

Connettori USB Connettore tipo A Connettore tipo B Connettore mini A e mini B Connettore micro USB Ing. Giuseppe Cisci 2010

La scheda madre Mother Board o Main Board Funge da supporto meccanico ed elettrico ai diversi componenti che costituiscono un calcolatore In particolare il collegamento elettrico tra i diversi componenti In essa sono allocati il BUS e le interfacce Ing. Giuseppe Cisci 2010

Scheda Madre Ing. Giuseppe Cisci 2010

Componenti della scheda madre CPU Socket ROM (BIOS, RAM CMOS, Batteria) Chipset Northbridge Southbridge Slot RAM Il Bus Interfacce di I/O (seriale, parallela, USB, firewire, PS/2 per mouse e tastiera) Interfacce per i dischi (EIDE, SATA) Ing. Giuseppe Cisci 2010

La scheda madre può integrare anche dispositivi come Scheda audio Scheda video Scheda di rete e i relativi connettori esterni Ing. Giuseppe Cisci 2010

Northbridge È il circuito integrato che connette il processore con la memoria RAM e con i bus di espansione principali (PCI, PCI express e AGP); I modelli più recenti incorporano anche le interfacce ATA e/o SATA per gli hard disk, che sono i componenti più critici per le prestazioni di un personal computer. È l'elemento più importante del chipset e il suo buon funzionamento è cruciale per la stabilità e la velocità della macchina. Ing. Giuseppe Cisci 2010

Southbridge è il secondo componente del chipset e il suo compito è quello di gestire tutte le interfacce a bassa velocità è connesso al north bridge tramite il bus di espansione e gestisce le porte seriali e parallele, l'interfaccia per la tastiera e il mouse, l'interfaccia Ethernet, Ing. Giuseppe Cisci 2010

Il MODEM MOdulatore/DEModulatore Ha lo scopo di adattare i segnali digitali gestiti dall’elaboratore affinché possano essere convogliati sulla rete telefonica Risulta quindi essere contemporaneamente dispositivo di Input e di Output Ing. Giuseppe Cisci 2010

La rete telefonica Esistono due tipi fondamentali di rete: PSTN (Public Switched Telephone Network) è la linea voce (analogica) che collega normalmente i telefoni PSDN (Public Switched Data Network) è una linea digitale che consente solo il traffico di dati e non della voce Ing. Giuseppe Cisci 2010

Il MODEM A seconda della linea telefonica utilizzata il MODEM consente di trasferire i dati a differenti velocità MODEM per linea telefonica standard: 56 Kbit/sec MODEM per linea ISDN: circa 128 Kbit/sec MODEM per linea ADSL: inizialmente 640 Kbit/sec, attualmente si raggiungono velocità di 20 Mbit/sec (le linee ISDN e ADSL sono linee dati di tipo digitale ) Ing. Giuseppe Cisci 2010

La scheda di rete Anche questo dispositivo svolge contemporaneamente sia funzioni di Input che di Output Il suo compito è quello di consentire il collegamento a una rete di computer Esistono diverse tipologie: 10, 100, 1000, dove il numero indica la velocità massima di comunicazione espressa in Mbit/sec. Ing. Giuseppe Cisci 2010

Reti informatiche In generale sono costituite da due o più computer in grado di comunicare tra loro Sono suddivise in due tipi fondamentali: LAN (Local Area Network)  reti locali WAN (Wide Area Network)  reti geografiche Ing. Giuseppe Cisci 2010

Vantaggi nell’utilizzo di una rete Condivisione delle risorse (stampanti, sistemi di archiviazione dati, etc. ) Condivisione delle informazioni Posta elettronica Supporto a distanza Ing. Giuseppe Cisci 2010

Reti LAN Sono caratterizzate dall’essere collocate in uno spazio “limitato” (coinvolgono i computer all’interno di uno stesso edificio o al massimo di edifici adiacenti). Ing. Giuseppe Cisci 2010

LAN - Ethernet È la tipologia di collegamento utilizzata correntemente Ing. Giuseppe Cisci 2010

LAN - Ethernet I computer sono collegati attraverso i seguenti dispositivi: Schede di rete (all’interno dei PC) Cavi di rete denominati UTP (Unshielded Twisted Pair) HUB oppure SWITCH (Concentratori) Questi ultimi collegati ai PC tramite i cavi di rete, permettono il passaggio delle informazioni da un computer all’altro. Ing. Giuseppe Cisci 2010

LAN - Ethernet Ing. Giuseppe Cisci 2010

HUB Svolge la funzione di concentratore I dati ricevuti su una porta vengono inoltrati su tutte le altre Questo provoca uno spreco di banda e ne limita l’utilizzo al collegamento di un massimo di 8 PC Hanno il vantaggio di essere economici Ing. Giuseppe Cisci 2010

SWITCH A differenza degli HUB leggono il pacchetto di dati oggetto dello comunicazione e lo instradano solo verso il PC di destinazione Questo risulta in una migliore gestione della banda Di contro sono più costosi Ing. Giuseppe Cisci 2010