Abilità Informatiche
Architettura di un elaboratore
Lezione 1
Computer, un po’ di storia.
• Gli albori dell'era informatica (anni quaranta)
– una specie di macchina per fare i conti
superveloce, la naturale evoluzione delle
calcolatrici .
– Schede perforate, fornivano l’input.
• Nel 1957 viene realizzata nel Centro Studi
dell'Università di Pisa la macchina pilota, in scala
ridotta, della Calcolatrice Elettronica Pisana (CEP)
diminuiscono i tempi e costi di produzione
Computer, un po’ di storia.
• Il primo calcolatore per uso personale (1965)
– la Olivetti di Ivrea presenta alla fiera di New York del
1965 il primo calcolatore pensato per uso personale: il
Programma 101
• Gli home computer (1977-1990)
– Apple II (giugno 1977) (il primo personal computer; il
primo con grafica a colori e foglio di calcolo)
– Commodore VIC-20 (1980) (il primo computer al mondo
ad essere stato venduto in oltre un milione di unità)
Gestione elaborazione dati
– Commodore 64 (settembre 1982) (il più venduto
modello di computer di tutti i tempi: più di 17 milioni di
unità)
Il Computer
Il computer, o elaboratore elettronico, è la macchina per
la gestione automatica delle informazioni
Esso è costituito da tre componenti:
– Hardware (la parte fisica del computer)
– Software (la parte intangibile, insieme di
programmi)
– Firmware ( tipo di software le cui peculiarità
consistono nel supporto in cui viene memorizzato, e
nel ruolo che svolge all’interno del calcolatore)
Tipologie di elaboratori elettronici
In base alle funzioni che deve svolgere, il calcolatore si
distingue per: capacità e velocità di elaborazione,
memorizzazione delle banche dati, funzioni specializzate,
costi, facilità d’uso. Si distinguono in classi:
• Mainframe
• Minicomputer
• Network computer
• Personal computer
• Laptop computer
• Palmare
Tipi di computer
•
•
•
•
•
Mainframe
– grandi sistemi di elaborazione dati aziendali, grandi banche dati
elevate prestazioni, costi elevati, personale specializzato
Network computer
– prestazioni e costi contenuti, dedicati ai singoli utenti;
specializzati per essere interconnessi a computer di maggiore
capacità (Sever Client)
Personal computer
– prestazioni e costi contenuti, dedicati al singolo utente; capacità
elaborative autonome, possibilità di essere collegati in rete
Laptop computer
– personal computer trasportabili; ingombro ridotto, alimentazione
autonoma
Palmare
– sistema tascabile per prendere appunti; gestione rubriche;
eseguire operazioni semplici
Le principali componenti
• Il Personal Computer nasce per elaborare,
secondo un programma memorizzato, dei dati
forniti dall’esterno, producendo dei risultati da
presentare anch’essi all’esterno
• Il flusso di dati forniti in ingresso si definisce
input, mentre quello dei risultati prodotti si dice
output.
• La fase di elaborazione dei dati viene definita
processamento o elaborazione (processing),
mentre la memorizzazione a lungo termine dei
dati di input o è detta storage.
Struttura del Computer
• Un elaboratore è composto da 3 componenti
principali:
• CPU (Central Processing Unit)
unità in grado di interpretare ed eseguire le istruzioni
• Memoria (centrale o principale)
supporto per la registrazione di dati e programmi
• Unità periferiche, di input e di output
unità per scambiare dati con l’ambiente esterno
Il processore
Ciclo del processore
• Il processore esegue in continuazione il ciclo
– preleva-interpreta-esegui
Preleva dalla memoria principale la prossima istruzione di
un programma
preleva
esegui
Esegui l’istruzione
interpreta
Decodifica l’istruzione
Il ciclo di clock
• Ciclo di clock
– Parametro caratteristico di un processore è la
durata del ciclo di clock
– Indica il tem po richiesto dal microprocessore a
compiere un’operazione elem entare
– La frequenza del clock è espressa in MHz (Mega
Hertz)
Il processore
• La scelta del processore incide profondamente
sulle prestazioni complessive della macchina.
Un processore è caratterizzato da:
– velocità di funzionamento (GHz)
– piedinatura (numero e disposizione dei contatti
elettrici)
– logica di funzionamento (architettura)
La memoria
La memoria
• Svolge la funzione di magazzino per i
programmi e i dati su cui deve operare il
microprocessore
• L’informazione digitalizzata viene
rappresentata e salvata in memoria sotto forma
di num eri binari
• Dati e programmi sono memorizzati in unità
minime chiamate Byte
– Un byte è a sua volta costituito da 8 bit, una
sequenza di 8 cifre binarie
Rappresentazione binaria
• La singola cifra binaria è detta bit (0 o 1 )
• La scelta è dettata da ragioni di praticità ed
economia
• Il bit rappresenta due stati
– Come una lampadina: accesa (1 ) o spenta (0 )
• Combinazioni di bit in sequenze di lunghezza
opportuna rappresentano i dati
Combinazioni di bit
1 bit
0
1
2 bit
00
01
10
11
3 bit
000
001
010
011
100
101
110
111
4 bit
0000 1000
0001 1001
0010 1010
0011 1011
0100 1100
0101 1101
0110 1110
0111 1111
Ogni bit in più raddoppia il numero delle combinazioni possibili
Struttura della memoria
9278
9279
9280
9281
9282
9283
9284
9285
9286
La memoria è organizzata
in locazioni di memoria o
celle
Ogni cella ha un
indirizzo numerico, che
la identifica
univocamente
Struttura della memoria - 2
9278
9279
9280
9281
9282
9283
9284
9285
9286
10011010
La memoria è organizzata in
celle di una data lunghezza
(spesso 1 byte di 8 bit)
Valori grandi possono essere
immagazzinati in celle
consecutive (2/4/6 byte)
Dimensione della memoria
• La capacità di immagazzinare informazione in memoria
(storage capacity) è indicata dal numero di byte di cui è
costituita
• La capacità è espressa in diverse unità di misura:
unità
simbolo
numero di byte
kilobyte
KB
210 = 1024
megabyte
MB
2
gigabyte
GB
230 (> 1 miliardo)
terabyte
TB
240 (> 1000 miliardi)
20
(> 1 milione)
La memoria
• Per questioni di costi ed efficienza la memoria
di un elaboratore è distribuita su dispositivi
hardware diversi, che nel loro insieme
costituiscono il sistem a m em oria
dell'elaboratore, più comunemente chiamato
gerarchia di m em oria
La memoria
• I livelli di memoria generalmente presenti
sono
– i registri , le cache , la m em oria centrale ,
i dischi
• Una configurazione minima di un PC
– 32 registri, 512 Kbyte di cache, 512-1024
MB di memoria centrale e un disco di 160 GB
La memoria
• Esistono due categorie di dispositivi di
memoria:
– le m em orie volatili
– le m em orie non volatili
• Le memorie volatili sono i dispositivi di
memoria che perdono il loro contenuto
quando viene loro a mancare l'alimentazione
elettrica
• Le memorie non volatili invece mantengono
l'informazione registrata anche in assenza di
alimentazione elettrica
Le memorie volatili
• genericamente indicate con il termine RAM
(Random Access Memory)
– i registri di CPU, le cache e la memoria
centrale
– sono realizzati rifacendosi alla tecnologia
dei circuiti integrati
Memoria
• Memoria Veloce o Memoria Centrale
– Consente di elaborare i dati in modo veloce
– Memoria di tipo elettronico, caratterizzata da un doppio
stato: ON/OFF, Aperto/Chiuso
• La memoria centrale del PC è formata da :
– RAM (Random Access Memory), memoria ad acceso
casuale
– ROM (Read Only Memory), memoria di sola lettura
• Memoria di massa del PC
– Disco fisso, supporti ottici, ultimamente flash
memory(esempio: SD)
La RAM
Ci sono due tipi:
– DRAM (dynamic RAM) deve essere aggiornato ogni pochi
millisecondi
• SDRAM (synchronous DRAM), più veloce della DRAM
• DDR-SDRAM (o DDR), una SDRAM con velocità doppia
– SRAM (static RAM), più veloce di tutte le DRAM, ma molto
costosa
Inoltre si distingue:
– SIMM (single-in-line memory module), 64-bit data path, tipico
per un PC
– DIMM (dual-in-line memory module), 128-bit data path, può
trasferire più dati della SIMM (è più veloce della SIMM)
Tipico per un PC moderne (veloce): SIMM con DDR-SDRAM (o DDR)
Dispositivi di Memoria
ROM
memoria il cui contenuto non può essere modificato
viene utilizzata per la registrazione del programma Firmware
che permette l’esecuzione delle funzioni base del computer
(avviamento) BIOS Basic Input Output System
Caratterizzata da:
• Definizione del costruttore della macchina o componente
• è un chip inserito nella scheda madre
Le memorie non volatili
• I dispositivi più diffusi come memoria non
volatile, sono i dischi magnetici
Memorie di massa
• Memorie di masse
– Floppy drive
– Hard disk (HD)
– CD
– DVD
– ZIP drive
– USB pen
Ci sono due standard:
IDE (Integrated Drive Electronics , es. Ultra DMA o Ultra ATA)
SCSI (Small Computer System Interface)
I dispositivi di I/O o periferiche
I dispositivi di I/O
• Rappresentano l’interfaccia del calcolatore
verso il mondo esterno
I dispositivi di I/O
monitor
processore
Le periferiche di input e
output consentono
interazione
tastiera
• schermi
• tastiere
• mouse
• scanner
• touch screen
disco rigido
memoria
principale
Dischetto/
DVD/ …
I dispositivi di input
• I dispositivi di input acquisiscono
informazioni espresse in un formato consono
all’operatore umano
• Le traducono in un formato consono
all’elaboratore
• le trasmettono alle componenti opportune
del calcolatore
– Es.: mouse, tastiera, scanner, microfono
I dispositivi di output
• I dispositivi di output acquisiscono informazioni
dall’elaboratore nel formato di
rappresentazione interno
• le traducono in un formato consono
all’operatore umano
• le visualizzano
– Es.: video, stampante
I dispositivi di I/O
• Ogni periferica è costituita da 3 componenti:
– Una componente visibile, il dispositivo in senso
lato detto device
– Una componente elettronica di controllo
chiamato device controller
– Una componente software device driver
I Bus
• I controller di tutte le periferiche devono
essere collegati al microprocessore per poter
prendere ordini dallo stesso
• Per svolgere questa funzionalità ogni
elaboratore è provvisto di uno o più bus
– il bus è un insieme di cavi
– il bus fa convergere al microprocessore le
informazioni provenienti dai vari controller
– paragonabile ad una strada su cui
convergono più vie laterali provenienti dai
vari controller
I Bus
• Periferiche diverse possono usare tipi di bus
diversi, in genere in funzione della velocità di
trasmissione dati
• I bus più diffusi:
– PCI : Generalmente usato sulla scheda madre tra memoria e
processore
– SCSI : Usato per diversi tipi di periferiche in catena
– IDE : Generalmente usati per i dischi
– USB : Usato per periferiche di I/O
Dispositivi d’Input
La tastiera
• La tastiera italiana è la QWERTY, identificata dalle prime 6
lettere della tastiera
• ad ogni tasto sono associati due caratteri
• la selezione tra maiuscolo e minuscolo avviene tramite il
tasto shift
• se si vuole scrivere sempre maiuscolo impostare il tasto
Caps Look
• Per inserire il carattere presente su un tasto a tre simboli,
premere contemporaneamente Alt Gr ed il tasto
corrispondente es. @
• Il tasto Canc permette di cancellare
• Il tasto Esc permette di interrompere una operazione
Dispositivi d’Input
Il mouse
• permette di spostare un puntatore sullo schermo, etramite due o tre
tasti
• il click permette di associare delle operazioni di elaborazione
• tramite la tecnica Drag and Drop permette di trascinare degli
oggetti e rilasciarli in punti diversi dello schermo, realizzando in
questo modo, copie, collegamenti
Dispositivi con funzioni identiche:
• trackball, dispositivo presente nei PC portatili, è una sfera
incastrata nella tastiera
• touch pad, per PC portatili, il puntatore si sposta facendo scorrere
il polpastrello sopra una superficie
• joystick, usato nei giochi, elevata manovrabilità
Dispositivi d’Input
• Scanner (lettore ottico), dispositivo in grado di leggere i
documenti in formato immagine, Tramite il software OCR
(Optical Character Ricognition) traduce l’immagine in
testo (se è presente un testo)
• Lettore ottico di caratteri a barre (sistema di
scrittura dei dati), lettura tramite raggio laser, presente
sui prodotti
• Lettore di caratteri magnetici (carta bancomat)
• Microfono, dispositivo in grado di introdurre un suono
nel PC, (Wave) riprodotto tramite casse acustiche.
Utilizzato come riconoscimento vocale, può tradurre la
voce in testo (comandi a voce, correggere la pronuncia)
Dispositivi di Output
• Schermo, video, monitor
• Stampante
• Plotter
• Casse acustiche, altoparlanti, cuffie
• Interfacce analogiche o digitali
• Registratori di tessere magnetiche
• Sintetizzatore vocale (phone banking)
• Registratori di tessere magnetiche
• Registratori di microfilm
Monitor
• La dim ensione fisica di un monitor (17") si
misura diagonalmente, come per la TV
• I monitor hanno capacità m ultim ediali
– gestiscono testo, grafica, video,
graphics, video …
• Un monitor ha una risoluzione , che indica il
numero di picture elem ents , detti pix els , che
può visualizzare (es: 1280 x 1024)
• Una risoluzione alta (più pixels) fornisce
immagini più chiare
Dispositivi di Output
Stampante
• Consente di stampare su carta i risultati delle elaborazioni
caratteristiche:
• Vecchia tecnologia, ad impatto (ad aghi) usata quando ci
sono copie a ricalco
• Moderna tecnologia, a getto d’inchiostro, laser
– bianco e nero che a colori
– velocità di stampa
– risoluzione
– Il collegamento della stampante al PC avviene tramite
porta Parallela LPT, USB o Rete
Modem
• Ci sono strumenti per trasferire dati tra due
computer
• Molti computer incorporano m odem , che consente
di trasferire dati sulla linea telefonica
• Uno strumento per trasferire dati ha una velocità
m assim a di trasferim ento
• Un modem può avere una velocità di
trasferimento di bits per second (bps)
Struttura del PC - Case
Nel Case sono alloggiati:
• Motherboard, scheda madre
• Unità Centrale di Elaborazione, UCE
• Memoria Centrale, RAM
• Floppy Disk, FD
• Hard Disk, HD
• Lettore CD
• Masterizzatore
• Porte native per attacchi tastiera, mouse, video
• Porte seriali, COM1 COM2, Porte parallele LPT1 e
LPT2, UBS
Struttura del PC - Case
Nel Case sono alloggiati:
• schede collegamento rete telefonica o rete locale
• processori per grafica o calcolo scientifico
• il BUS di collegamento per la trasmissione dei dati
Al Case sono collegati tramite cavo:
• mouse, tastiera
• video, stampante
All’esterno
E all’interno
La scheda madre
Slot AGP per
scheda video
Porte seriali
e USB
Porta
parallela
Chipset
PCI (Data Bus) Slot di espansione
Socket per CPU
Batteria
tampone per
alimentare
la ROM
3 Slot per moduli RAM
Clock
BIOS
(Flash eprom)
Slot (E)IDE e ATA per la
connessione di FD, HD, CD e
DVD
Scheda madre
CPU-Scheda Madre
CPU un esempio: Pentium III
CPU un esempio: Pentium IV
Hard Disk
Schede aggiuntive
Ed infine
Alimentazio
ne PC e
Monitor
Porte Ps/2
Lettore
DVD
Porte USB
Lettore e
masterizzator
e CD
Porte seriali
Porta
parallela
Uscite Video
Drive
Floppy
disk
Porta
joystick
Uscite scheda
audio
(microfono,ca
sse, cuffie)
Pulsante
di
accensio
Pulsante
ne
di reset
Scheda di
rete
davanti
dietro