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• Unità centrale di elaborazione (CPU)• Memoria centrale• Memoria di massa• Serie di dispositivi di input (per l’immissione di dati)• Serie di dispositivi di output (per la visualizzazione dei

risultati)• Dispositivo di collegamento tra le diverse parti (bus)

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2ECDL MODULO 1

Simbolo In Bit In Byte multipli

1 Bit 1 1/8

1 Byte 8 1

1 KB 8.192 1.024 1.024 Byte

1 MB 8.388.608 1.048.576 1.024 Kilobyte

1 GB 8.589.934.592 1.073.741.824 1.024 Megabyte

1 TB 1.073.741.82400 1.099.511.628.000 1.024 Gigabyte

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4ECDL MODULO 1

identificato con la CPU, è il nucleo del computer.

Esegue le istruzioni dei vari programmi e sovrintende al funzionamento dell’intera 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).

5ECDL MODULO 1

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)

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ECDL MODULO 1 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 richiesteUnità di governo (CU – Control Unit) che

stabilisce quali operazioni devono essere eseguite

Unità di elaborazione

Dati in ingresso

Segnali di controllo Operazioni da eseguire

Dati in uscita

Unità di governo

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 l’attività 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)

ECDL MODULO 1 9

Potenza di calcolo della CPUNon 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 clockLa frequenza si misura in hertz, ossia in cicli (di clock) al secondo:

– 1 hertz (Hz) = 1 ciclo al secondo– 1 megahertz (MHz) = 1.000.000 di cicli al secondo– 1 gigahertz (GHz) = 1000 MHz = 1.000.000.000 di cicli al

secondoAd ogni ciclo di clock vengono eseguite 1 o più operazioni

elementariLa potenza e la velocità di calcolo non vanno valutati in

assoluto, ma inrelazione agli altri componenti e alle proprie esigenze di

utilizzo:– Quantità e tipo di RAM– Quantità di memoria cache– Velocità dell’hard disk

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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.

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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 l’audio– Controller per l’hard 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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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 l’unità 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.

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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

VideoTastieraPorte di I/O

Tabelle matematiche utilizzate dalla ALU (della CPU)

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All’aumentare 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

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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

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Per le memorie degli elaboratori si è individuata, come soluzione tecnologicamente valida, l’adozione 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).

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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 dell’elaboratore è di tipo binario.

Tali raggruppamenti vengono chiamati byte. Il byte è l’unità minima che può essere “indirizzata” nella memoria dell’elaboratore.

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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 dell’ordine di 64MB,128 MB, 256 MB, 516 MB o superiori mentre i dischi fissi hanno capacità dell’ordine 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.

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E’ quindi indispensabile poter identificare i byte in memoria, cioè poterne conoscere l’ ”indirizzo”.

Ogni dato in memoria sarà individuato dall’indirizzo 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 dell’istruzione dalla memoria centrale

alla UCE decodifica del codice operativo e degli operandi trasferimento dei dati dalla memoria alla CPU esecuzione dell’istruzione trasferimento in memoria del risultato dell’operazione

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Un altro problema da affrontare, per quanto riguarda la memoria, è l’affidabilità dei dati, sia durante la registrazione in memoria sia nei trasferimenti con le unità periferiche e con l’unità 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 1.

1 0 1 1 0 0 1 1 1 Esempio 2: il n° di bit a 1 del byte è già pari, per cui il bit di

parità viene posto a 0. 1 0 1 1 0 0 0 1 0

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 l’errore. Questo sistema individua errori su un numero dispari di bit.

Questo sistema garantisce l’attendibilità dei dati durante tutto il processo elaborativo.

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• Il disco rigido (hard disk)

• I dischetti (floppy disk)

• I CD-Rom (Compact Disk – Read Only Memory)

• I DVD-Rom (Digital Versatile Disk)

• Dispositivi di memorizzazione esterni (collegabili al pc

tramite la porta parallela o porta USB)

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• E’ la memoria di massa presente

all’interno di tutti i PC ed essenziale per ilsuo funzionamento.

• I PC di ultima generazione sono

dotati diHD dalla capacità di decine di Gigabyte

(GB).• Esistono anche HD

esterni che si possono

collegare al PC tramite una delle

porte(USB).

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• Il Floppy Disk, detto comunemente

“Dischetto”, è un supporto di memoria

magnetico trasportabile.• Esso necessita di una periferica

di letturae scrittura (Drive) solitamente

sempreintegrata al computer.

• La capacità di un FD è molto limitata: 1,44

MB.

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• 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.

• Anch’esso, 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. 31ECDL MODULO 1

Il DVD (Digital Versatile Disk) è esteriormente simile al CD con una capienza 26 volte superire:

mediamente di 5,2 GB.

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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 HardDisk esterno che, però, non

ha bisogno di essere formattato.

• Rispetto all’HD è anche più affidabile in quanto non contiene al suo interno

dispositivi meccanici mobili.

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Il primo microprocessore, chiamato Intel 4004, venne realizzato da Intel nel 1971.

Otto anni dopo, nel 1979, venne costruito il primo PC, contenente una CPU siglata 8088 e realizzata con 29.000 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.

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