Componenti del Sistema di Elaborazione

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1 Componenti del Sistema di Elaborazione Il Sistema di Elaborazione Monitor Tastiera Processore Memoria Centrale (Programmi + Dati) Memorie di massa Altre periferiche Rete Rete a.a L. Borrelli 2

2 Il Sistema di Elaborazione Il sistema visto dall esterno Dispositivi di input: Tastiera Mouse Dispositivi di output Monitor Stampante Altre periferiche Memorie secondarie e dall interno Processore (CPU) Memoria principale Bus a.a L. Borrelli 3 Il Sistema di Elaborazione Arithmetic Logic Unit Unità aritmetico-logica CPU Central Processing Unit Control Unit Unità di controllo BUS Trasferimento dati a.a L. Borrelli 4

3 Il Processore CPU (Central Processing Unit): componente più importante del sistema. Il processore controlla la corretta esecuzione di tutte le operazioni effettuate da sistema e sincronizza le comunicazioni tra i diversi componenti hardware. Il processo di sincronizzazione avviene tramite un orologio ( clock ) interno, la cui frequenza in pulsazioni (espressa in MHz) determina la velocità di elaborazione del computer. a.a L. Borrelli 5 I dispositivi di memoria Dispositivi per memorizzare le strutture logiche di informazione. Parametri fondamentali: -Capacità : numero di locazioni disponibili; -Velocità : tempo necessario per accedere ad una locazione in lettura o scrittura. Differenti tipi di memorie con differenti caratteristiche a.a L. Borrelli 6

4 Gerarchia di Memorie nanosec Registri word Velocità di accesso Memoria Cache Memoria Centrale Capacità Dischi magnetici Gbyte sec Nastri Dischi ottici (CD) a.a L. Borrelli 7 Gerarchia di memorie Il concetto di gerarchia di memorie basato su: Capacità e velocità diverse delle memorie: organizzazione a livelli ognuno dei quali ha capacità superiore a quello che lo precede ma è accessibile ad una velocità inferiore. Principio di località: i riferimenti in memoria non sono casuali, ma in un breve intervallo di tempo usano una piccola frazione della memoria totale. Tutto quanto si trova in un livello è memorizzato nel livello sottostante a.a L. Borrelli 8

5 Registri La CPU contiene un numero di registri,, piccole memorie ad alta velocità usate per memorizzare risultati temporanei e informazioni di controllo Ogni registro ha specifiche funzioni e può contenere solo un numero, il cui valore massimo è determinato dalla dimensione del registro Registri più importanti: Program Counter (PC): indica la successiva istruzione da recuperare ed eseguire Instruction Register (IR): contiene l istruzione che viene eseguita in quel momento a.a L. Borrelli 9 La memoria centrale L unità di memoria centrale, RAM (Random Access Memory), contiene informazioni che devono essere elaborate a breve termine (istruzioni e dati). Caratteristiche: accesso casuale alle informazioni velocità elevata volatilità Moduli di memorie RAM a.a L. Borrelli 10

6 La memoria centrale Memoria: Insieme di locazioni o celle, ognuna contraddistinta da un indirizzo. Locazione o cella di memoria: minima unità indirizzabile. Parola o word : contenuto di una cella (8,16,,64 bit) 1 Byte = 8 bit 1 KiloByte (Kb)= 1024 byte 1 MegaByte(Mb) = 1024 Kb 1 GigaByte (Gb) = 1024 Mb 1 TeraByte (Tb) = 1024 Gb 1 milione di byte 1 miliardo di byte 1000 miliardi di byte a.a L. Borrelli 11 RAM (Random Access Memory) Es: memoria di 16 Mbyte word Indirizzo: stringa di K bit Spazio di Indirizzamento fisico : insieme dei 2 K indirizzi, numerati da 0 a 2 K -1 Esempio: Se k=10 si possono indirizzare 2 10 =1024 locazioni a.a L. Borrelli 12

7 Indirizzamento alla RAM Per accedere al contenuto di una cella della RAM, l indirizzo della cella di memoria è memorizzato nel registro indirizzi di memoria (MAR) Se il MAR è lungo K bit, si possono indirizzare 2 K celle di memoria (attualmente il MAR è almeno di 32 bit) Operazione di lettura ( (load):: copia nel registro dati di memoria (MDR) il contenuto della cella di memoria indirizzata dal MAR Operazione di scrittura ( (store):: copia il contenuto del MDR nella cella di memoria indirizzata dal MAR Le operazioni di load e store avvengono sotto il controllo della CPU a.a L. Borrelli 13 Indirizzamento alla RAM MAR 0 1 cella store load MDR L MAR : 10 bit L MDR : 32 bit 1023 L cella : 32 bit a.a L. Borrelli 14

8 RAM e CPU oper: + Dato: 6 Dato: 8 Dato: 14 CPU Esempio di istruzione: = 14 a.a L. Borrelli 15 ROM (Read Only Memory) La ROM, memoria a sola lettura, contiene informazioni non variabili nel tempo. Caratteristiche: accesso casuale alle informazioni velocità elevatissima non volatilità a.a L. Borrelli 16

9 La memoria CACHE Piccola RAM ( nascosta ) interposta tra CPU e memoria principale per migliorare le prestazioni del sistema. Contiene le parole di memoria più usate. Il trasferimento di istruzioni e dati avviene tra CPU e memoria cache. Caratteristica : velocità elevatissima. CPU Memoria cache Memoria principale a.a L. Borrelli 17 Le memorie secondarie Le memorie secondarie o di massa sono utilizzate per memorizzare grandi masse di dati in modo persistente. Le prestazioni si misurano in funzione di: Capacità di archiviazione (byte e suoi multipli) Tempo di accesso ai dati (in millisecondi) Velocità di trasferimento dei dati a.a L. Borrelli 18

10 Le memorie secondarie Tali unità di memoria e i relativi dispositivi di funzionamento (drive) sono dispositivi elettromeccanici. Si differenziano per: tecnologia costruttiva; capacità e velocità di accesso ai dati; tecnologia con cui i dati vengono registrati sul supporto di massa (magnetica o ottica); modalità di accesso ai dati (random o sequenziale). a.a L. Borrelli 19 Tipi di memorie secondarie Hard disk, floppy disk, compact disk, stream tape Capacità di memorizzazione Velocità Trasportabile Affidabilità Hard disk 10 GB e oltre buona NO elevata Floppy disk 1,44 MB bassa SI scarsa CD MB buona SI elevata a.a L. Borrelli 20

11 Dispositivi di memorie secondarie Due classi fondamentali di memorie in base al metodo di accesso consentito dal dispositivo: Memorie ad accesso diretto a blocchi (hard disk, floppy disk) selezione random di un blocco di informazione espansione della capacità di memorizzazione del sistema archiviazione permanente (on-line) Memorie ad accesso sequenziale (compact disk, stream tape) selezione del blocco N dopo la selezione di tutti i blocchi da 0 ad N-1 archiviazione permanente (off-line) a.a L. Borrelli 21 Dischi magnetici L informazione viene registrata magnetizzando un sottile strato di materiale ferro-magnetico. Ogni bit occupa una piccola area sulla superficie. - Floppy disk : dischi semirigidi a rotazione lenta Capacita`: 1,44 Mb - Hard disk : dischi rigidi a rotazione veloce Capacita`: 512 Mb Gb a.a L. Borrelli 22

12 Dischi magnetici La superficie del disco è organizzata in cerchi concentrici detti tracce e in spicchi di ugual grandezza detti settori. Le tracce sono divise in settori. L informazione sul disco e` memorizzata occupando posizioni successive lungo le tracce. Il settore è l unità minima di lettura e scrittura. Contiene un blocco di dati (512 byte). La lettura e scrittura delle informazioni in un settore avviene attraverso un braccio mobile che regge una testina di lettura/scrittura Accesso random al settore e sequenziale ai dati L operazione di formattazione di un disco consiste in: suddivisione della superficie in settori numerazione dei blocchi esclusione di eventuali blocchi difettosi a.a L. Borrelli 23 Dischi magnetici Testina di lettura/scrittura Traccia Settore < 5, 4 > Settore a.a L. Borrelli 24

13 Dischi multipli o disk pack Più superfici sovrapposte per aumentare la capacita` di un disco. Ogni superfice ha una testina di lettura. Tutte le testine sono rigidamente vincolate ad un unico braccio. Cilindro: insieme delle tracce in una data posizione radiale. Un blocco è identificato dalla tripla: <Sup., Cil., Set.> a.a L. Borrelli 25 Tempo di accesso Il tempo di accesso dipende da: Spostamento della testina verso la traccia richiesta (ricerca o seek); Rotazione del disco necessaria a portare il settore sotto la testina (latenza di rotazione); Trasferimento dei dati in/da memoria principale: Tempo di accesso=t ricerca + T rotazione /2 + T trasferimento a.a L. Borrelli 26

14 Memorie ad accesso sequenziale L accesso alle informazioni è esclusivamente sequenziale. Nastri o Stream tape 3 2 Dischi ottici L informazione è registrata lungo una spirale continua. 1 0 a.a L. Borrelli 27 Stream tape o Nastri Nastri di materiale magnetizzabile raccolti su supporti circolari o in cassette. Nove piste orizzontali parallele, di cui 8 corrispondono a 1 byte e la nona è il bit di parità Bit di parità a.a L. Borrelli 28

15 Dischi ottici o Compact Disk L informazione è registrata come sequenza di aree scure ed aree chiare sulla superficie metallica per rappresentare 0 ed 1 rispettivamente. CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory): memorie a sola lettura. CD-WORM (CD Write Once Read Many): CD-ROM registrabili. CD-RW (CD ReWritable): CD-ROM riscrivibili più volte. DVD (Digital Video Disk): CD-ROM evoluti con elevata capacità. Memorie ad accesso sequenziale con elevata capacità a.a L. Borrelli 29 Il bus Il bus è il componente dedicato al trasferimento dei dati e delle informazioni di controllo tra le varie parti del sistema di elaborazione. Tipi di bus Interni: Collegamento tra i dispositivi della CPU Esterni: Collegamento tra CPU e memoria centrale Collegamento tra CPU e dispositivi di I/O a.a L. Borrelli 30

16 Dispositivi di I/O Monitor Lettore CD Drive floppy disk Tastiera Mouse a.a L. Borrelli 31 Dispositivi di input: la tastiera a.a L. Borrelli 32

17 Dispositivi di input: il mouse Dispositivo di puntamento checonsentedi interagirecon l elaboratore, riproducendo sullo schermo i movimenti effettuati dalla mano su un piano di appoggio. a.a L. Borrelli 33 Dispositivi di output: il monitor Consente di visualizzare i dati immessi e i risultati ottenuti. Caratteristiche fondamentali: la dimensione, misurata dalla lunghezza della diagonale dello schermo, espressa in pollici la risoluzione grafica supportata, ovvero il numero di punti che è possibile mostrare sullo schermo: varia da 640x480 a 1600x1280 pixel dipende anche dalla scheda grafica, una periferica che gestisce il funzionamento del monitor a.a L. Borrelli 34

18 Dispositivi di output: la stampante Consente di ottenere una copia cartacea dei risultati dell elaborazione. Indice di qualità: risoluzione di stampa si esprime in DPI (Dot Per Inch, ovvero "punti per pollice"), e indica il numero di punti che è possibile stampare all'interno di una superficie di area pari a un pollice quadrato (2,54x2,54 cm). Diverse tecnologie utilizzate : Ad aghi (fino a 300 DPI) A getto d inchiostro (fino 720 DPI) Laser (fino a 5000 DPI) a.a L. Borrelli 35 Altre periferiche Lo SCANNER è il dispositivo Il MODEM consente la utilizzato per acquisire immagini comunicazione tra elaboratori mediante la linea telefonica MODulazione: i segnali digitali generati dall elaboratore sono convertiti in segnali analogici per essere inviati attraverso la linea telefonica DEModulazione: conversione del segnale da analogico a digitale a.a L. Borrelli 36

19 Comunicazione tra sistemi di elaborazione: le reti Una rete è un sistema di comunicazione che collega diversi elaboratori (nodi). nodi: elaboratori (host) connettori: cavi coassiali, fibre ottiche, bridge, gateways rete a.a L. Borrelli 37 Vantaggio delle reti Condivisione di risorse quali documenti, programmi e stampanti collegate a computer remoti. Esempi: stampare documenti su una stampante collegata ad un altro computer utilizzare il Fax di un altro computer a.a L. Borrelli 38

20 Classificazione delle reti LAN (Local Area Network) collega elaboratori situati in un area limitata (es. un edificio). MAN (Metropolitan Area Network) integra diverse reti locali coprendo un area geografica limitata. WAN (Wide Area Network) connette reti o elaboratori geograficamente molto distanti. a.a L. Borrelli 39 Reti LAN PC2 PC1 LAN PC3 a.a L. Borrelli 40

21 Reti Geografiche: MAN e WAN LAN LAN Rete Pubblica LAN LAN LAN a.a L. Borrelli 41