Introduzione ai Calcolatori Elettronici · ai Calcolatori Elettronici Domenica Sileo Università degli Studi della Basilicata + Sommario ! Architettura di un calcolatore ! Il Modello

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A.A. 2015/2016 Elementi di Base dellICT Architettura del Calcolatore

Introduzione ai Calcolatori

Elettronici

Domenica Sileo Universit degli Studi della Basilicata

+Sommario

nArchitettura di un calcolatore nIl Modello di Von Neumann nComponenti fisici (Hardware) nUnit di input e output

nTipi di computer

Elementi di Base dellICT >> Architettura : Sommario

D. Sileo A.A 2015/2016

+Il Personal Computer

nIl Personal Computer (PC) , in generale, un elaboratore elettronico general purpose per uso individuale

nLe componenti principali sono: nHardware nSoftware: dambiente ed applicativo

nIl funzionamento del PC basato su due elementi fondamentali: nIstruzioni da eseguire nDati da elaborare

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Introduzione

Il concetto di Algoritmo

e rappresentazione delle informazioni

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+Architettura del Calcolatore

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Architettura del Calcolatore

nArchitettura Esterna (Hardware)

Unit Centrale -Processore -Memoria di lavoro (memoria RAM)

Dispositivi di Uscita -Schermo -Audio -Stampanti

Dispositivi di Ingresso -Tastiera -Mouse

Memorie di Massa -Disco Rigido -Pen drive -CD/DVD

Architettura di Von Neumann

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+Il modello di Von Neumann

nArchitettura Interna (modello logico) narchitettura dei componenti dellunit

centrale nArchitettura di Von Neumann nlarchitettura di tutti i calcolatori moderni

(dagli anni 50 ad oggi) ntre componenti fondamentali: processore,

memoria RAM e interfacce delle periferiche

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Il modello di Von Neumann

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Bus di Sistema

Processore (CPU) Memoria RAM Interfacce delle periferiche

dischi


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nFunzionamento della macchina di Von Neumann nIl processore (CPU) si occupa di elaborare le

informazioni, coordinando gli altri elementi del calcolatore

nestrae le istruzioni dalla memoria e le esegue nle istruzioni possono comportare:

noperazioni di manipolazione dei dati noperazioni di trasferimento dei dati


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nOgni trasferimento avviene tramite il bus di sistema, che gestisce il collegamento logico tra gli elementi del calcolatore

nLe varie fasi di elaborazione dei dati si svolgono in maniera sincrona alla scansione temporale del clock di sistema, durante la quale la CPU coordina lesecuzione delle funzioni nClock di sistema: segnale elettrico sul bus di

controllo che si alterna tra 1 e 0 n Il clock determina la velocit operativa


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nSui sistemi moderni, un clock di sistema si alterna tra 0 e 1 diversi milioni di volte al secondo

nIl tempo di esecuzione di unistruzione si misura in cicli di clock (hertz), nossia quanti impulsi di clock sono necessari

affinch la CPU completi listruzione nTutto questo avviene in maniera sequenziale nLe architetture recenti permettono, tramite il

parallelismo, di eseguire contemporaneamente pi operazioni


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+Componenti fisici

nHardware (HW) - componenti fisici di sistema n composto da una serie di elementi

funzionali, presenti in ogni calcolatore nUnit di elaborazione, memoria centrale,

memoria di massa, bus di sistema, unit periferiche

nTutti i componenti alloggiano sulla scheda madre allinterno di un cabinet

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Componenti fisici

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+Cabinet

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Componenti fisici >> Cabinet

nDetto anche case, il Cabinet il contenitore del computer

nPu essere principalmente di tre tipi: nDesktop, si sviluppa in orizzontale e si

posiziona generalmente sotto il monitor nTower, si sviluppa in verticale e pu essere

posto al di sotto della scrivania nIntegrato con il monitor

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+Scheda Madre

nLa scheda madre (motherboard) lelemento centrale dellelaboratore

nSi tratta di un grande circuito stampato sul quale trovano posto i componenti elettronici principali nla CPU, nla RAM, nla ROM e le interfacce

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Scheda Madre

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+Il Processore

nIl processore (o CPU Central Processing Unit) n responsabile dellesecuzione dei

programmi e del controllo di tutto ci che avviene allinterno dellelaboratore

nI sistemi attualmente in uso sono dotati di processore Intel Pentium o AMD nIl processore non saldato in modo

permanente sulla piastra madre nPi facile aggiornare un Pc, sostituendo il

processore

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Il Processore

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+Il Processore

nAlcune caratteristiche importanti del processore nFrequenza di clock nNumero di core nIl numero di core di una CPU non altro che il

numero di processori indipendenti, le rispettive Cache e i cache controller

nMemoria cache nLa memoria cache una memoria statica ad

alta velocit

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Il Processore

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+Il Processore

nAlcune tipologie di processori nMicroprocessore

nprocessore interamente contenuto in un circuito integrato (circuiti elettronici miniaturizzati)

nProcessore dual core/multi core nPer aumentare le prestazioni vengono realizzati

circuiti integrati contenenti pi di ununit di elaborazione tutte identiche

nCoprocessore nprocessore ausiliario ad un altro processore npossono accelerare le prestazioni del sistema

Elementi di Base dellICT : Hardware >> Il Processore

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+La memoria centrale: RAM

nServe per contenere i dati elaborati dai programmi e le istruzioni che costituiscono i programmi stessi

nMemoria di Lettura e Scrittura n un chip con dei pin per linserimento

nelle schede n circa 1000 volte pi veloce di un disco

fisso

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Memoria RAM

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+Cache e ROM

nLa memoria Cache una memoria statica nil microprocessore pu accedere a questa

memoria in modo pi veloce rispetto alla memoria di lavoro principale RAM

nROM (Read Only Memory: memoria a sola lettura), non riscrivibile dal sistema nla memoria ROM scritta dal produttore e non

pu essere modificata dallutilizzatore nprogramma per lavvio del bootstrap

Elementi di Base dellICT : Hardware >> La memoria

Bootstrap Processo di caricamento

del SO nella memoria principale del PC

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+Bus di sistema

nIl Bus collega i vari componenti interni del PC in modo da permettere che i dati vengano inviati da un componente allaltro

n un insieme di circuiti elettrici detti tracce, stampate sulla superficie della scheda madre, ed include anche ndiversi microchip detti controller (>>) ne gli alloggiamenti (slot) in cui si inseriscono

le schede di espansione (>>)

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Bus di Sistema

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+Bus di sistema

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Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Bus di Sistema

Processore (CPU)

Memoria RAM

Interfacce delle periferiche

dischi

Porta tastiera

Porta Monitor

Porta Stampante

+Controller

nIl Controller un dispositivo elettronico dotato di microprocessore e di uninterfaccia di comunicazione che si occupa del controllo del corretto funzionamento della trasmissione dei dati tra la periferica e il resto del calcolatore nad esempio tra le memorie di massa (disco

fisso, CD Rom) e la scheda madre

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Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Controller

+Dischi e Nastri Magnetici

nDischi: hard disk, floppy disk, zip disk nIl disco organizzato fisicamente in tracce e

settori n Il numero dei settori e delle tracce in cui suddiviso

un disco rigido ne determina la capacit

Elementi di Base dellICT : Architettura > Comp. fisici > Dischi e Nastri Magnetici

Accesso diretto

Memoria flash

ATTENZIONE

Solid State Drive

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+Dischi Ottici

nCD-R, CD-RW (Compact Disk) nCapacit 650/700 MB o 74/80 minuti audio nVelocit di lettura/scrittura 16x,32x,48x,ecc. (1x=150 Kbps)

nDVD (Digital Versatile Disk) nCapacit 4,7 GB o 133 minuti di filmato nCon doppia faccia e doppia densit possono

raggiungere i 17GB

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Dischi Ottici

Unica traccia a spirale D. Sileo A.A 2015/2016

+Dischi Ottici

nDVD (Digital Versatile Disk) - cont. nVelocit di lettura/scrittura 4x,8x,16x,ecc. (1x=1.32 MB/s)

nHD-DVD n3 strati da 15 GB = 45 GB

nBlu-Ray Disk (BD) nCapacit: 25 GB, 27 GB fino a 200 GB

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Elementi di Base dellICT : Hardware >> Dischi Ottici

+Le memorie di massa

nSono memorie permanenti e sono chiamate anche esterne per differenziarle dalla memoria centrale

nI parametri che le caratterizzano sono i tempi di accesso, le capacit e la velocit di trasferimento dati

Elementi di Base dellICT : Architettura > Componenti fisici > Memorie

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+Schede di espansione

Bus di Sistema

Processore (CPU)

Memoria RAM

Interfacce delle periferiche

dischi

Porta tastiera

Porta Monitor

Porta Stampante

Elementi di Base dellICT : Architettura > Comp. fisici > Schede di espansione

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nLa maggior parte dei componenti del computer si trova integrato sulla scheda madre

nPer dare maggiori possibilit di espansione o per dare pi flessibilit di configurazione sono previste delle schede di espansione che vanno inserite negli alloggiamenti previsti sulla scheda madre: slot ISA, PCI, AGP


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nslot ISA (Industry Standard Architecture) nper schede audio, modem

nslot PCI (Peripheral Component Interconnect) nper schede grafiche, schede di rete, controller

SCSI (dispositivo per interfacciare gli hard disk SCSI Small Computer Systems Interface)

nslot AGP (Accelerated Graphics Port) nper le schede video dellultima generazione


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+Scheda video (acceleratore grafico) nLa scheda video originariamente era del

tipo CGA - Computer Graphic Adapter nun adattatore grafico, capace di

rappresentare sullo schermo solo caratteri dalla forma e dalle dimensioni predefinite e con un solo colore


DAC (Digital to Analog Converter)

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+Scheda video (acceleratore grafico) nNel tempo questo tipo di schede sono state

sostituite dalle VGA (Video Graphic Adapter) ncapaci di gestire 16 colori e una risoluzione

di 640x480, npoi dalle SVGA, 256 colori e 800x600 fino ad

arrivare agli acceleratori grafici moderni, capaci di gestire 16,7 milioni di colori con risoluzioni elevatissime (2048x1024 e oltre)


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+Scheda video (acceleratore grafico) nPerch acceleratore nSi parla di acceleratori perch sono

componenti dotati di microprocessore e memoria locale, in grado di svolgere autonomamente le principali operazioni di calcolo coinvolte nel processo di gestione della grafica, scaricando cos la CPU centrale da una grossa mole di lavoro e migliorando quindi le prestazioni complessive dellintero sistema


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+Scheda audio

nLa scheda audio il dispositivo che permette di registrare e riprodurre i segnali audio con il PC

nPer riprodurre un file registrato, i dati memorizzati su HD o CD, in formato digitale, vengono decompressi e convertiti in corrente elettrica variabile con continuit

nA questo punto il segnale viene inviato alle casse dove viene amplificato


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+Scheda audio

nNel processo di registrazione invece la procedura invertita: il segnale audio entra in formato analogico

nLe schede moderne possono gestire pi di un segnale in ingresso, consentendo una registrazione stereo

nUna volta acquisiti, i segnali vengono convertiti in formato digitale, compressi e inviati alla CPU per la memorizzazione su HD


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+Le periferiche

nLe periferiche sono quelle componenti che non fanno parte dellunit centrale: n unit di I/O, memorie di massa, stampante,

scanner, ecc. n Il collegamento tra il computer e le

periferiche detta interfaccia n Il collegamento con la periferica

effettuato tramite le porte di I/O

Elementi di Base dellICT : Architettura > Comp. Fisici >> Le periferiche

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+Le periferiche


Porta parallela

Porta seriale PortaPS/2

nLe prime interfacce

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+Le periferiche

nLa tecnologia ormai pi diffusa per le connessioni delle periferiche si chiama USB (Universal Serial Bus) nsfrutta un metodo di trasmissione seriale ad

alta velocit nIl miglioramento pi grande apportato

dallUSB la standardizzazione delle porte

nTutte o quasi tutte le periferiche moderne hanno lattacco USB


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+USB

nLUSB nato allo scopo di fornire una connessione economica, veloce e semplificata per le periferiche esterne al PC

nLa versione USB 2.0 fornisce una trasmissione con una velocit che pu raggiungere i 480 Mbps (60MB/s) nsi pu utilizzare con qualsiasi periferica

indipendentemente dalla quantit di dati che questa deve trasmettere


ATTENZIONE

USB 3.0 600MB/s

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+Le periferiche

nLe periferiche sono quelle parti che non fanno parte dellunit centrale: n unit di I/O, memorie di massa, stampante,

scanner, ecc. n Il collegamento tra il computer e le

periferiche detta interfaccia n Il collegamento con la periferica

effettuato tramite le porte di I/O

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Le periferiche

Porta mouse e tastiera

Porta stampante

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+Unit di input

n Input: unit del computer utilizzate per acquisire informazioni che vengono poi passate al processore n Tastiera, mouse n Trackball n Touchpad n Joystick

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Unit di input e output

n Scanner n Macchina fotografica

digitale n Microfono

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+Unit di output

nUnit del computer che espongono i risultati elaborati dal processore n Monitor n Plotter n Cuffie n Stampanti


LCD

Plasma CRT

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+Unit di I/O

nUnit che sono allo stesso tempo sia di input che di output n Il modem n Touchscreen n Memorie di massa


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+Tipi di Computer

n In base alle funzioni che deve svolgere, il calcolatore, si distingue per: n capacit e velocit di elaborazione,

memorizzazione delle banche dati, funzioni specializzate, costi, facilit duso

nSi distinguono: n Mainframe n Network computer n Personal Computer

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Tipi di Computer

n Laptop computer n Palmare ->

Smartphone

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+Tipi di Computer

nMainframe n grandi sistemi di elaborazione dati n aziendali, grandi banche dati n elevate prestazioni, costi elevati, n personale specializzato

nNetwork computer n prestazioni e costi contenuti, dedicati ai singoli

utenti n specializzati per essere interconnessi a

computer di maggiore capacit (Server Client)


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+Tipi di Computer nPersonal computer

n prestazioni e costi contenuti, dedicati al singolo utente

n capacit elaborative autonome, possibilit di essere collegati in rete

nLaptop computer (Notebook) n personal computer trasportabili n ingombro ridotto, alimentazione autonoma

n PDA sostituiti dagli Smartphone/tablet n Personal Digital Assistant) sono dei computer

didimensioni ridotte


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+Sommario

nArchitettura di un calcolatore nIl Modello di Von Neumann nComponenti fisici (Hardware) nUnit di input e output

nTipi di computer

Elementi di Base dellICT : Architettura >> Sommario

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+Termini della Licenza

nThis work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

nQuesto lavoro viene concesso in uso secondo i termini della licenza Attribution-ShareAlike di Creative Commons. Per ottenere una copia della licenza, possibile visitare http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ oppure inviare una lettera allindirizzo Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

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