Lezione 22: L`architettura dei PC

Componenti principali di un computer
Unità centrale
Processore
Memoria
principale
(centrale)
Bus
Controller
Stampante
Terminale
Periferiche di input/output
Memorie di massa
(secondarie)
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COMPONENTI DI UN PC
Componenti dello schema di Von Neumann: CPU, Input ed Output,
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memoria (volatile RAM e permanente –Drives–).
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5
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Dentro al PC
„
SLOT: connettore dove inserire schede relative a particolari
dispositivi
I più comuni tipi di slot sono:
o PCI Peripheral Component Interface
o AGP Advanced Graphic Port
„
CHIPSET: è un insieme di circuiti integrati che "aiuta" la CPU
nel controllo di tutti i dispositivi. Si occupa del BUS PCI,
controllo dei dischi e periferiche. Un determinato chipset può
supportare diversi tipi di CPU.
„
JOYSTICK: connettore per un dispositivo dedicato a “particolari”
attivita’ (anche per il tempo libero!).
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BIOS: chip ROM specifico di una data scheda madre. Le istruzioni (e
dati) in esso contenute, che utilizzate dalla CPU all'accensione del PC
restano fisse per tutto il ciclo di vita del PC, possono essere divise in:
POST (Power On Self Test) = Istruzioni per il controllo del
funzionamento elettronico dei dispositivi all’accensione del PC
™
SETUP: Istruzioni per la configurazione dei dispositivi dopo
l’accensione e il post
™
™
BOOT: Istruzioni per la partenza del Sistema Operativo
INPUT/OUTPUT: Programmi software a basso livello, (funzioni di
base) che il sistema operativo sfrutta per interagire con alcune
periferiche di base. Tastiera, Hd e ad altri dispositivi di Input/output.
Non tutti i sistemi operativi utilizzano tutte le funzioni del BIOS ( vedi
UNIX)
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™
Dispositivi di input/output (periferiche): impiegati per l‘interazione
utente/sistema, hanno (in genere) una limitata autonomia (sono cioè
controllati e coordinati dal processore) ed operano in modo asincrono
Poiché il processore non è in grado di prevedere il momento in cui un
dato di input sarà a disposizione, né quello in cui un dispositivo di
output termina di produrre dati in uscita, occorrono meccanismi di
sincronizzazione con il processore
Le periferiche in genere si interfacciano al processore attraverso
appositi controller. I controller gestiscono le comunicazione tra il
dispositivo di I/O e tutte le altre componenti della macchina processore
compreso.
Generalmente i controller dei dispositivi di I/O segnalano al processore
la fine dell’operazione in corso attivando un segnale di interrupt
Terminale: il più comune strumento di interazione uomo/macchina, è
costituito da due dispositivi indipendenti la tastiera ed il video
La Tastiera il principale dispositivo di input a caratteri nei
moderni sistemi di elaborazione, presenta i tasti
raggruppati in:
„
„
„
„
Tasti alfanumerici;
Tasti speciali (ENTER, BACK SPACE, LINE FEED,…);
Tasti frecce direzionali;
Tasti funzione
L'utente non può vedere i dati immessi nel calcolatore
Tastiera e video non sono direttamente collegati tra loro: è
compito del processore riprodurre sul video tutte le
informazioni fornite in input tramite la tastiera
Video: bianco e nero o a colori, a carattere o grafici, ….
Video grafico: matrice di punti (pixel) illuminati con diversa intensità
) Un'immagine viene composta accendendo o spegnendo i
pixel sullo schermo
) A una diversa densità di pixel corrisponde una diversa
risoluzione
Nei personal sono oggi comuni video con
*risoluzioni che vanno da 640X480 fino a 4096X3300 pixel
*un numero di colori che va da 256 (8 bit) fino a 16 Milioni (24 bit).
La dimensione è misurata in pollici e fa riferimento alla lunghezza della
diagonale. Un video di 14“ ha la diagonale lunga 14 pollici (1
pollice vale circa 2,54 cm )
Mouse: dispositivo di puntamento presente su quasi
tutti i computer.
Ogni volta che si sposta di una distanza minima (0,01
pollici detta michey) il mouse invia 3 byte al
calcolatore:
Il primo byte indica di quante unità il mouse si e’
spostato nella direzione dell’asse x negli ultimi 100
millisecondi;
il secondo indica lo spostamento lungo y;
il terzo byte contiene informazioni sullo stato dei
pulsanti del mouse.
Il software di controllo (device driver) sovrintende
alla comunicazione con l’unità centrale.
Stampanti: dispositivo di output che consente la
stampa su carta delle informazioni
Velocità di stampa: linee al minuto o caratteri al
secondo;
Risoluzione (qualità di stampa): dot per inch
Stampanti:
*) a margherita o a testina rotante
*) a catena (in disuso)
*) ad aghi
*) a getto di inchiostro.
*) laser
STAMPANTE LASER
Il tamburo viene caricato
elettricamente (circa 1000V).
Una luce laser riflessa su uno
specchietto rotante viene fatta
scorrere su tutta la lunghezza del
tamburo. Il raggio di luce viene
modulato per produrre una
configurazione di punti chiari e
scuri. I punti colpiti dal raggio
perdono la loro carica elettrica.
Dopo aver eseguito la scansione su una riga il tamburo ruota di una frazione di
grado per poter esporre la linea seguente. Infine la prima riga di punti
raggiunge il toner. Il toner viene attirato dai puntini che sono ancora carichi e
così si forma un’immagine della riga. Un pò più avanti nel percorso, il tamburo
ricoperto di toner viene premuto contro il foglio di carta e ne trasferisce il
toner. La carta viene poi fatta passare attraverso dei rulli riscaldati che fissano
permanentemente il toner sulla carta. Più avanti nella rotazione, il rullo viene
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scaricato e ripulito di eventuali residui.
BUS:Canale di comunicazione condiviso tra più unità
Le caratteristiche dei bus influenzano in modo determinante
le prestazioni dell’intero sistema
„
LARGHEZZA:
9 Numero di bit del bus dati ( ISA 16 bit –disuso-; PCI 32/64 bit)
„
VELOCITA’:
9 Frequenza di lavoro del bus
9 Numero di byte per ciclo di clock
„
TRANSFER RATE:
9 MB/sec trasmessi (Bus PCI: 32 bit a 66MHz regge 264 MB/sec.)
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BUS: vantaggi e svantaggi
„
„
Vantaggi:
9
Nuovi dispositivi possono essere facilmente aggiunti
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Le periferiche possono essere spostate da un computer a un altro
purché questi utilizzino lo stesso tipo di BUS
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Un solo insieme di “fili” viene usato per collegare più periferiche
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Costi contenuti per numero di byte trasmessi per ciclo di clock
Svantaggi:
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La banda del bus limita le velocità di trasferimento
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La velocità massima è condizionata:
– dalla lunghezza del Bus
– dal numero di dispositivi sul Bus
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Gerarchia dei BUS: 1) Processor Bus; 2)Cache Bus; 3)Memory Bus
4)Local I/O Bus; 5)Bus di espansione
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I BUS PIU’ DIFFUSI
USB = Universal Serial Bus
EISA = Extended ISA
AGP= Accelerated Graphics Port
IDE = Integrated Device Electronics
ISA = Industry Standard Architecture
VESA = Video Electronics Standards Association
PCI = Peripheral component interconnect
SCSI= Small Computer Standard Interface
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PCMCIA = Personal Computer Memory Card International Association
ARCHITETTURA DI UN PC MODERNO
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BUS SINCRONI E ASINCRONI
I bus sincroni prevedono una linea di sincronismo (clock). Il
segnale di sincronismo
è un’onda quadra con frequenza
che va da alcune decine a poche centinaia di MHz .
Tutte le attività sul bus avvengono in un numero intero di
cicli, quindi tutti i dispositivi connessi al bus impiegano tale
numero intero di cicli, anche se le loro attività ne richiedono
solo una frazione.
I bus sincroni, tecnologicamente più semplici di quelli
asincroni, sono più usati di quest’ultimi anche se
svantaggiati dal fatto che tutti i dispositivi sono legati al
rispetto della durata prevista per i cicli.
I bus asincroni non prevedono un clock e i cicli, che possono
essere di lunghezza arbitraria e diversa, sono determinati
dai segnali trasmessi tra la parte richiedente (MASTER)
e la
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parte servente (SLAVE).
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Input da tastiera
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Pipeline
• Esempio pipeline lineare a 5 stadi
Istruzioni
S1
S2
S3
S4
S5
Tempificazione
S1
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S3
S4
S1
S2
S3
S4
S5
S1
S2
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S5
S2
S3
S4
S5
Istruzione 4
Istruzione 3
Istruzione 2
Istruzione 1
S1
Ciclo di clock
S5
tempo
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Superscalarità
Capacità di una architettura di eseguire più di una
istruzione per ciclo di clock, ad es., tramite
parallelismo nella circuiteria
Pipeline 1
S1’
S2’
S3’
S4’
S5’
S1’’
S2’’
S3’’
S4’’
S5’’
Istruzioni
Pipeline 2
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