Elementi di Informatica

Architettura degli

elaboratori

Informatica

Progettazione degli strumenti che concretizzano tali funzioni

Dal francese Information automatique

Processi e tecnologie che consentono il trattamento automatico e razionale delle informazioni

Il computer

Macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici, ….), in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente

CALCOLATORE

Il computer

Macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici, ….), in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente

CALCOLATORE

MacchinaPrivo di intelligenza autonoma

ElettronicoHa bisogno di corrente elettrica

Elaborare datiRicevere, manipolare, restituire

Il computer

CALCOLATORE

• Automatico• Può funzionare senza ausilio dell’uomo ma dopo

una adeguata programmazione e l’avvio• Digitale

• Digit = cifra• Opera su numeri che rappresentano oggetti dopo

una decodifica.• Non in analogico

Il Bit

• binary information unit• Unita minima di informazione

– Corrisponde al 1 o 0 – Corrisponde al vero o falso– Corrisisponde ad acceso o spento

Unità di misura per la memorizzazione delle informazioni

Simbolo in Bit in Byte in potenze di 2

1 b (bit) 1 1/8 21 = 2 stati

1 B (byte) 8 1 28 = 256 caratteri

1 KB ( kilobyte) 8.192 1.024 210 byte

1 MB (megabyte) 8.388.608 1.048.576 220 byte

1 GB (gigabyte) 8.589.934.592 1.073.741.824 230 byte

1 TB (terabyte) 8.796.093.302.400 1.099.511.628.000 240 byte

La frequenza

• Misura la frequenza• Si farà ben in fisica (hertz)

• è data dal numero degli eventi che vengono ripetuti in una data unità di tempo.

MICROPROGRAMMAZIONE

CIRCUITI ELETTRICI

SISTEMA OPERATIVO

LINGUAGGI SIMBOLICI DI MEDIO E ALTO LIVELLO

HARDWARE

(Hard=duro, Ware=componente)

Parte fisica del computer

Componente meccanica

SOFTWARE

Soft=soffice, Ware= componente

Parte logica del sistema

Programmi di

gestione del sistema

FIRMWARE

Una via di mezzo

Software non modificabile memo-

rizzato nell’hardware (ROM, Cd)

ricevere dati,

memorizzare dati e programmi,

elaborare,

controllare l’esattezza delle operazioni eseguite,

permettere l’uscita dei risultati.

Le principali funzioni che un calcolatore deve svolgere sono:

Tipi d calcolatoriPDA Personal DigitalAssistant)

Sono dispositivi mobili dalle ridotte dimensioni e capacità di memoria, spesso tascabili1 ma con le stesse caratteristiche dei computer più grandi

SMARTPHONE

Si tratta di un dispositivo mobile rappresentato da un telefono cellulare con abbinate le funzioni di un PDA. La caratteristica più interessante degli smartphone è la possibilità di installarvi ulteriori applicazioni, chiamate App1 che aggiungono nuove funzionalità.

TABLET PC

Si tratta di un computer portatile formato dal solo schermo, che consente di interagire con esso grazie allo schermo touch screen.

LAPTOP

• NetBook,– I primi hanno una ·dimensione assai limitata e non

sono dotati in genere il lettore CD• UltraBook

– i secondi sono i più costosi in quanto possiedono le stesse caratteristiche di potenza dei notebook, seppure con dimensioni più limitate di questi ultimi

• notebook

PERSONALCOMPUTER(PC)

È il computer più diffuso al mondo, con la caratteristica principale di avere un prezzo non eccessivo in rapporto alla capacità di elaborazione.

MINICOMPUTER

Si tratta di un computer altamente costoso con prestazioni intermedie fra i persona! computer e i mainframe. Permette di utilizzare la stessa unità centrale a più utenti

I terminali possono essere "stupidi" oppure "intelligenti": la differenza è legata al fatto che il terminale stupido non può essere mai scollegato dall'unità centrale, mentre il terminale intelligente possiede anche una capacità elaborativa autonoma.

MAINFRAME

Possiede una notevole potenza di calcolo. Si tratta di grandi calcolatori centrali che, rispetto ai mini computer, possono collegare centinaia di terminali. Il loro utilizzo è fondamentale in tutti quegli ambiti che richiedono capacità di calcolo molto superiori a quelle consentite dai mini computer o dai persona! computer.

SUPERCOMPUTER

Il supercomputer è progettato per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate ed è dedicato ad eseguire calcoli a elevate prestazioni.Presenti presso centri di ricerca universitari o aziende private, vengono in genere usati per effettuare calcoli necessari alla progettazione o allo sviluppo di nuovi prototipi oppure per svolgere analisi meteorologiche, analisi molecolari, simulazioni fisiche e altro ancora.I militari e le agenzie governative di tutte le nazioni ne fanno un uso molto intenso. Anche le aziende industriali ne stanno sperimentando l'utilità per i calcoli di previsione e di gestione di grandi volumi di dati.

Viene eseguita una istruzione alla volta

una di seguito all’altra in modo sequenziale

Formato Sottosistema memorie Sottosistema calcolo Sottosistema input/output

Interagiscono tra loro attraverso i Bus

Case• Il contenitore della parte centrale del

computer

• La scatola cranica del computer

• Tipi– Desktop– Tower– Integrati con il monitor

Scheda madre

Ruolo di gestire le comunicazione tra tutte le componenti del computer

Vengono collegate tutte le parti del PC In appositi connettori vengono collegati i diversi

chipChip blocchi di plastica nera o ceramica che

permettono i collegamenti e lo spostamento segnali elettrici

È in fibra di vetro, cattivo conduttore

Alimentatore

• Converte corrente alternata in corrente continua a basso voltaggio (5-12 volt)

• Connettori alla scheda madre e altri dispositivi• Fornito di ventola per il raffreddamento• Nei portatili è esterno oppure usano batterie (le ultime sono al litio)

Il clock

• Funzione in modo sincrono (tutto assieme)• Clock

– Frequenza MHz milioni di impulsi al secondo– GHz miliardi di impulsi al secondo

• Diversi tipi di clock– Del processore interno alla CPU– Dei bus di sistema per sincronizzare con il mondo

esterno– Ogni dispositivo ha il proprio

I BUS

• Collegamenti hardware• Deriva da omnibus: per tutti• Pensati come grandi autostrade

– Tante corsie tante sono i bit di una parola• Realmente tanti fili sottilissimi• Uniscono unità centrale e periferiche• Possono essere da 8 ,16,32,64 bit

BUS

• BUS Esteni

Tipologie

• Dati• Indirizzi• controllo

Ragioniamo un pò

• Con 1 bit due indirizzi• Con 2 bit si ha 22 = 4indirizzi• Con 10 bit si ha 210=1024 indirizzi

• Con 32 bit possiamo aver solo 4GB di indirizzi

Unità di memoria.

Sono dispositivi aventi la funzione di memorizzare dati e programmi.

CAPIENTI

VELOCI

BASSI COSTI

I registri:

memoria interna alla CPU estremamente veloce che viene usata per la memorizzazione temporanea di dati e istruzioni.

Tipi di memoria

La memoria primaria:• ROM (read only memory) memoria in cui i dati vengono registrati all’atto della costruzione il cui contenuto non può essere né modificato né rimosso. Viene in genere usata per contenere i microprogrammi

• RAM (random access memory) memoria volatile molto veloce che conserva i dati o i programmi solo finché il calcolatore è acceso.

La memoria secondaria:

dischi o tamburi magnetici molto capienti ma lenti.

Tipi di memoria

La memoria di massa:

supporti magnetici esterni (Ex: floppy disk, CD) che possono contenere molti dati e permettono anche di trasferire le informazioni da un calcolatore all’altro.

La memoria cache:

è una memoria piccola e veloce gestita da un apposito microprogramma, addetta a contenere i dati più in uso in quel momento in modo da rendere più veloce l’accesso ad essi.

max

maxmin

Gerarchia di memorie

CPU RegistriRegistri

CacheCache

Memoria centraleMemoria centrale

Dischi magnetici / otticiDischi magnetici / ottici

Nastri magneticiNastri magnetici

Dimensioni Velocità

min

Costo/bit

max

min

La memoria centrale Ram

Dispositivo elettronico in grado di contenere tutte le informazioni necessarie per l’elaborazione dei dati (dati, istruzioni, risultati intermedi)

Deve permettere di scrivere, di leggere, di conservare (una operazione per volta)

Grandezza fino a 8 GB

Come va considerata

• Come un insieme di celle dove– O vi è corrente (1) – o non vi è corrente (0)

• Ogni dato può essere espresso in binario• Ogni dato può essere espresso come sequenza

di celle spente o accese

Tipi di memoria• Ram (random access memory)

– Casuale (accesso celle non dipende dal contenuto)– Cella individuata dall’indirizzo– Volatile (perde il contenuto una volta manca

l’alimentazione elettrica)– Più grande più veloce computer

Tipi di Ram

• Statiche (SRAM)– Mantengono il contenuto– Costose

• Dinamiche (DRAM)– Continui refresh

• SDRAM (synchronous DRAM) – Usate comunemente – Sincronizzate con il clock della CPU

• DDR SDRAM, – Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access

Memory (in italiano "memoria dinamica ad accesso casuale sincrona a doppia velocità")

Cache

Memoria ripostiglioPiù veloce RAM e costosaMeno capienteTra Cpu e RamPer istruzioni o dati molto richiesti

Livelli• 1° e 2° livello cablate

all’interno microprocessore. 3° livello nella scheda madre

• Condivisione per più CPU• Utilizzo di cache perché non

si lavora con i tempi dei BUS• Grandezza fino a 6 MB

– Sola lettura– Memorizzata dalla società costruttrice– Per memorizzare parti di lavoro particolarmente importanti– Permette l’avvio del sistema – 4KB

ROM

Tipi di memoria

PromProgrammabili una sola volta

EpromCancellabile con una radiazione ultra violetta per

15 –venti minutiTutta la memoria cancellataRiprogrammazione un numero limitato di volteRiprogrammazione off-lineProteggere raggi del sole

Tipi di memoria

• EEROM o E2ROM

– Cancellazione in pochi secondi– Cancellazione singola cella– Tensioni basse – Permettono l’aggiornamento del BIOS

Il BIOS

è un insieme di routine software generalmente scritte su Rom fornisce una serie di funzioni di base per

l'accesso all’hardware del computer e alle periferiche integrate nella scheda madre da parte del sistema operativo e dei programmi