1° lezione architettura degli elaboratori elettronici hardware - software dott. giuseppe morana

1° LEZIONE

Architettura degli Elaboratori Architettura degli Elaboratori ElettroniciElettronici

Hardware - SoftwareHardware - Software

Dott. Giuseppe Morana

ARGOMENTI DELLA1° LEZIONE1° 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 calcoloIl primo strumento di calcolo

2000 anni a.c. L’ABACO

UNITA’

CENTINAIADECINE

MIGLIAIA

CENTINAIA DI MIGLIAIA

DECINE DI MIGLIAIA

MILIONI

Elaboratori meccanici di calcoloElaboratori meccanici di calcolo 1642

Blaise PascalMacchina addizionatrice

Qualche anno dopo Gott-Fried Leibniz

Sistema meccanico di calcoloEsegue operazioni matematiche come: +,-,*,/,

Primi anni dell’800 Joseph Jacquard

Telaio da tessituracontrollato 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 Macchine Digitali elettromeccaniche e elettronicheelettromeccaniche e elettroniche

1944 Haward Aiken

MARK I calcolatrice digitale elettromeccanica• Uso di relè(Harvard University)

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 elettronicheMacchine Digitali elettroniche

1951

•Uso di valvole•Programma in memoria centrale•Parallelismo dei dati

Team di ENIAC e John Von Neumann

UNIVAC I Elaboratore digitale elettronico

100 metri quadri;100 metri quadri;

30 tonnellate; 30 tonnellate;

17.000 valvole;17.000 valvole;

20 accumulatori;20 accumulatori;

104 registratori 20 bit;104 registratori 20 bit;

ENIAC

VALVOLA TRANSISTOR

1944 1956 1958

CIRCUITO INTEGRATO

Componenti principali di un Componenti principali di un elaboratore elettronicoelaboratore elettronico

DATI IN

USCITA

OUTPUT

SISTEMA DI ELABORAZIONE

UNITA’CENTRALE

DATI IN

ENTRATA

INPUT

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 ACCESO SPENTO

1 0Sistema DECIMALE Sistema BINARIO

Zzzzz..

bit 1 oppere 0byte 8 bit

kilobyte 1.024 byte

megabyte 1.048.576 byte

gigabyte 1.073.741.824 byte

Il sistema numerico BINARIOIl sistema numerico BINARIOBIT : acronimo di Binary digIT, indica l’unità elementare

di informazione nel sistema numerico binario e può assumere il valore 0 oppure 1

100101110111

4567

000001010011

0123

00 01 10 11

0123

0 1

01

N = 8

N = 4N = 4N = 2

n = 1 n = 2 n = 3

N elementi di un insieme possono essere rappresentati con

n Bit; dove n= Log2 N, quindi: N = 2n

BYTE : Il più piccolo elementosignificativo utilizzato dagli elaboratori elettronici, detta word. Formato da 8 BIT

UNITA’DI

INPUT

UNITA’DI

OUTPUT

MEMORIE DI MASSA

MEMORIA INTERNA

BUS

CPU(Central Processing Unit)

ARCHITETTURA DEL CALCOLATORE ELETTRONICOARCHITETTURA DEL CALCOLATORE ELETTRONICO U

NIT

A’

CE

NT

RA

LE

PE

RIF

ER

ICH

E

Processore o Processore o CPUCPU (Central Processing Unit)(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

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.

ROMRead 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

DRAM Dynamic RAM: costituisce la maggior parte della RAM installata sugli elaboratori.

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.

RAM di tipo DIMM (Dual Inline Memory Module)168 pin (contatti) 2 scanalatureTempi di accesso da 6 a 12 nsQuantità di memoria 256 o 512 Mb

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)

BUSI 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 MASSASono 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.

NastriNastri 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 DiskFloppy 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 DiskHard 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 - DVDCD 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).

Tastiera

Joystick

Mouse

PeriferichePeriferiche di INPUT di INPUT

Telecamera Digitale

Tavoletta grafica Penna Ottica

Scanner

Altre Altre Periferiche Periferiche di INPUTdi INPUT

Periferiche Periferiche di OUTPUTdi OUTPUT MONITOR

• 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

CARATTERISTICHE

• 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

Standardgrafici

• CRT (Catodic Ray Tube)• LCD (Liquid Cristal Display)• Plasma

TIPI

Periferiche Periferiche di OUTPUTdi OUTPUT STAMPANTI

•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

TIPI

HARDWAREHARDWAREHardware è tutto ciò che si può materialmente toccare:

Hardware e SoftwareHardware e Software

Hardware

SoftwareDi base

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

SOFTWARESOFTWARE

applicativo: insieme di programmi destinati a svolgere

uno specifico lavoro per l’utente finale.

WORD, POWERPOINT,... NETSCAPE, EUDORA,….

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,……

Software è tutto ciò che non si può materialmente toccare: