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

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

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

Elaboratori meccanici di calcolo 1642 Blaise Pascal Macchina addizionatrice Qualche anno dopo Gott-Fried Leibniz Sistema meccanico di calcolo Esegue operazioni matematiche come: +,-,*,/, Primi anni dell’800 Joseph Jacquard Telaio da tessitura controllato in modo automatico da schede perforate 1835 Charles Babbge Calcolatore digitale meccanico Uso di schede perforate. Possibilità di effettuare cicli e salti condizionati

Macchine Digitali elettromeccaniche e elettroniche 1944 Haward Aiken MARK I calcolatrice digitale elettromeccanica (Harvard University) Uso di relè 1946 J.Presper Eckert John Mauchey ENIAC calcolatrice digitale elettronica Uso di valvole 500 volte più veloce di MARK I (University of Pennsylvania)

Macchine Digitali elettroniche ENIAC 100 metri quadri; 30 tonnellate; 17.000 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

VALVOLA TRANSISTOR CIRCUITO INTEGRATO 1944 1956 1958

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

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Sistema DECIMALE Sistema BINARIO Zzzzz.. ACCESO SPENTO 1 0 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 1.048.576 byte gigabyte 1.073.741.824 byte 34

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

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

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

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).

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.

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.

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.

Nastri Tipo di lettura: magnetica Tipo di accesso: sequenziale Capacità: 150 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

Floppy Disk Tipo di lettura: magnetica Tipo di accesso: diretto Capacità: 720 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

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 3.600 a 15.000 RPM).

CD Rom - DVD Tipo di lettura: ottica Tipo di accesso: sequenziale Capacità: 650Mb 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).

Periferiche di INPUT Tastiera Mouse Joystick

Altre Periferiche di INPUT Tavoletta grafica Penna Ottica Scanner Telecamera Digitale

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 - 256 colori SVGA (Super VGA) 1280 x 1024 Pixel 16 milioni di colori TIPI CRT (Catodic Ray Tube) LCD (Liquid Cristal Display) Plasma

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

HARDWARE Hardware è tutto ciò che si può materialmente toccare:

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

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,….