SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI

Transcript

1 SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI Prof. Andrea Borghesan venus.unive.it/borg Ricevimento: martedì, Dip. Di Matematica Modalità esame: scritto + tesina facoltativa 1

2 Visione d insieme Foto disaggregata di un computer Spiegazione ulteriore delle diverse parti 2

3 Riepilogando Scheda madre (Motherboard): CPU (central processing unit) + Memoria RAM + BIOS (Basic Input/Output System) + Chipset + Slot di espansione Microprocessore o CPU: unità centrale di elaborazione unità di controllo (UC) unità aritmetica (ALU) Bus Memoria: ROM (Read Only Memory) RAM (Random Access Memory) 3

4 Motherboard E la scheda principale presente all interno del case ed è collegata a tutte le componenti del sistema Per collegare i vari componenti alla scheda vengono utilizzati i socket e gli slot: - Socket serve a collegare il microprocessore alla mainboard - Slot servono per connettere alla mainboard componenti come schede di rete, RAM, scheda grafica, modem interno, ecc All interno della motherboard sono inoltre presenti i chipset: circuiteria che gestisce il flusso di dati tra le varie componenti del sistema 4

5 La memoria Serve come supporto alla cpu, deve fornire dati e istruzioni il più rapidamente possibile. Inoltre ha la funzione di archivio, garantendone la reperibilità per un lungo periodo di tempo. Vi sono vari tipi di memoria, comunemente si distingue tra: memoria volatile (Ram) memoria non volatile (Rom, Flash, chiavette usb ) 5

6 La memoria Le principali tipologie di accesso alle celle di memoria sono: - Sequenziale: le celle sono posizionate in successione, perciò l accesso ad un dato comporta la lettura di tutti i dati che lo precedono (es. nastri magnetici) - Casuale: l accesso ad una cella non richiede la lettura delle precedenti, perciò il tempo di accesso è indipendente dalla posizione del dato nella memoria ed è quindi costante per tutte le celle (es. RAM) 6

7 La memoria centrale : Random Access Memory Memorizza: Le istruzioni che costituiscono i programmi I dati dei programmi in esecuzione Viene cancellata ogni volta che si spegne il computer 7

8 La memoria centrale : Random Access Memory Struttura della memoria: I bit di informazioni sono raggruppati in celle (o registri) Tutte le celle sono formate dallo stesso numero di bit Ogni cella ha un indirizzo che serve per accedere all informazione contenuta nella cella La cella è l unità indirizzabile più piccola Nella memoria si possono eseguire operazioni di lettura e scrittura 8

9 La memoria centrale : Random Access Memory Le prestazioni della memoria vengono valutate sulla base dei seguenti parametri: Tempo di accesso: intervallo temporale tra il momento in cui la CPU richiede di accedere alla memoria e l istante in cui quest ultima mette a disposizione il dato Ciclo di memoria: somma al tempo di accesso l intervallo temporale necessario per iniziare un successivo accesso alla memoria Velocità di trasferimento: quantità di dati trasferiti nell unità di tempo da/verso la memoria 9

10 10 La memoria centrale e il ciclo macchina Il ciclo macchina (detto anche ciclo di fetchdecode-execute ) consiste nell utilizzo dei dati della memoria La Cpu esegue le istruzioni di un programma una alla volta in sequenza, estrae le istruzioni dalla memoria, le interpreta e infine le esegue Le fasi del ciclo sembrano contemporanee ma in realtà vengono effettuate in sequenza, seppur ad alta velocità E necessario il completamento di ciascuna fase e la conclusione dell intero ciclo; in caso contrario si ha un crash di sistema

11 La memoria centrale e il ciclo macchina La sequenza di istruzioni per estrarre le informazioni è ben definita ed è la seguente: Fetch Istruzione Decode Istruzione Fetch Dati Execute Istruzione Restituzione Risultato 11

12 12 La memoria CACHE 1/4 Lo scambio dei dati tra memoria e processore rappresenta un limite degli elaboratori. Il limite è duplice: Limite architetturale, si accede ad una informazione alla volta Limite tecnologico, la velocità di elaborazione della cpu è di gran lunga superiore alla velocità con cui la cpu ottiene le informazioni Soluzioni: Allargamento del bus al fine di estrarre più dati/istruzioni per volta Introduzione della memoria cache

13 La memoria CACHE 2/4 La memoria cache è una piccola RAM molto veloce, interposta tra la Cpu e la memoria principale al fine di velocizzare le prestazioni del sistema In sostanza quando dei dati vengono richieste, i dati vicini a quelli richiesti vengono trasferiti dalla memoria centrale alla piccola e velocissima cache, così facendo anche i dati successivi a quelli richiesti sono accessibili più velocemente RAM cache Bus 13

14 La memoria CACHE 3/4 Il principio della località. Località spaziale: quando si accede all indirizzo A, è molto probabile che gli accessi successivi richiedano celle vicine ad A Località temporale: quando si accede all indirizzo A, è molto probabile che gli accessi richiedano di nuovo la cella A 14

15 La memoria CACHE 4/4 I computer attuali hanno tutti uno o più livelli di cache Una miglioria è stata collegare la memoria cache direttamente alla Cpu, così facendo i dati non passano attraverso il bus RAM Bus 15 CPU cache

16 Altre memorie R. O. M. (Read Only Memory): - Memoria di sola lettura - I dati contenuti vengono memorizzati in modo permanente (non volatile) - Al suo interno si trovano una serie di funzioni fondamentali per l inizializzazione dell elaboratore BIOS 16

17 Altre memorie FLASH: utilizzata per memorizzare i dati nei dispositivi portatili e per trasferire i dati fra sistemi diversi (usb, piccole memorie per palmari e cellulari) Caratteristiche principali: - sono permanenti - riscrivibili - tempi di accesso superiori rispetto a altri tipi di memorie Rispetto ad altre tipologie di memorie, si caratterizzano per: maggiore affidabilità, maggiore portabilità, minor consumo 17

18 Altri componenti B.I.O.S. (Basic Input Output System): è il software presente nella scheda madre, che agisce da interfaccia tra HW ed il sistema operativo Offre al sistema le caratteristiche operative di base: la macchina controlla la memoria, le periferiche e rileva eventuali errori Esegue le fasi iniziali di caricamento in memoria del sistema operativo attraverso la fase di Bootstrap 18

19 Memorie secondarie o di massa Le memorie secondarie o di massa sono utilizzate per memorizzare grandi quantità di informazioni in modo permanente. Caratteristiche principali: non sono volatili Mantengono inalterati i dati per lunghi periodi di tempo Tali memorie si caratterizzano inoltre per 2 elementi: Il supporto di memorizzazione (hd, cd, dvd) Il drive (il dispositivo per funzionare/memorizzare) 19

20 Memorie secondarie o di massa ATTENZIONE!!! Da non confondere i Drive con i Driver: - Drive, sta ad indicare il dispositivo per leggere i dati memorizzati su memorie di massa (lettore cd/dvd, lettore floppy) - Driver, programmi software finalizzati alla gestione delle periferiche; appartengono al sistema operativo anche se spesso sono realizzati e forniti dai produttori delle periferiche; ogni periferica ha il proprio driver (stampante, scanner, ecc) 20

21 Gerarchia di memorie CPU Registri Dimensioni min Velocità max Costo/bit max Cache Memoria centrale Dischi magnetici / ottici Nastri magnetici max min min 21

22 Legge di Moore (1965) Il numero di transistor per cm 2 raddoppia ogni 18 mesi Ovvero aumenta circa il 60% ogni anno. 22