1° LEZIONE Architettura degli Elaboratori Elettronici Hardware - Software Dott. Giuseppe Morana.
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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: