Lezione 3
ARCHITETTURA: JOHN VON NEUMANN (1946)
INPUT
OUTPUT
MEMORIA
CPU
Bus
STRUTTURA DI UNA CPU:
La CPU ( inserita in un Socket) esegue le istruzioni del programma memorizzato
nella RAM
Scrive i dati nella Memoria, manda i risultati sul video.
UNITÀ ARITMETIC LOGIC (ALU) esegue i calcoli e le operazioni logiche
contenute nelle istruzioni del programma.
UNITÀ DI CONTROLLO ( CU) coordina le operazioni di ingresso dei dati e
delle istruzioni e di uscita dei risultati, Coordina una ad una le istruzioni del
programma. Gli elementi principali sono:
una serie di REGISTRI utilizzati per la memorizzazione provvisoria dei dati su
cui si opera o degli indirizzi dei dati stessi;
un REGISTRO ACCUMULATORE (viene utilizzato ed es. per le istruzioni a
singolo operando);
un REGISTRO DI STATO contenente informazioni sulle operazioni eseguite
(se c’è riporto, se una operazione restituisce zero etc.);
il PROGRAM COUNTER (PC) che contiene ad ogni istante l’indirizzo della
istruzione successiva a quella in esecuzione;
L’esecuzione di una istruzione comporta diversi passi:
PRELIEVO dell’istruzione dalla memoria RAM
Incremento del Program Counter
INTERPRETAZIONE (o ESECUZIONE) dell’istruzione da parte della CPU
Per sincronizzare i diversi passi di una istruzione o l’accesso alle memorie occorre
avere un riferimento temporale: CLOCK (da 25 MHz nel 1988 a 800 MHz 2000;
GHZ 2004).
Clock = FSB X Moltiplicatore
FSB ( Frequenza del Bus) Frequenza di lavoro della scheda madre. Frequenza delle operazioni
più lente.
La capacità di elaborazione di un PC o potenza di calcolo di una CPU si misura in MIPS (
milioni di istruzioni al secondo).
Le famiglie dei processori sono due
INTEL
AMD
Es: I microprocessori Intel dall'8088 all'80486 evolvono migliorando la velocità o il
numero di bit che trattano contemporaneamente. Si basano su architettura CISC
CISC ( Complex Instruction Set Computing): I comandi complessi incorporano
semplici istruzioni che sono realizzate con programmi elementari (FIRMWARE).
Ogni istruzione richiede diversi cicli di clock.
Il Pentium III e Pentium IV adotta architettura RISC ( Reduced Instruction Set
Computing) che usa istruzioni semplici ma più numerose in un tempo minore del
CISC.
Per avere i vantaggi del RISC bisogna avere un Sistema Operativo e i programmi scritti
appositamente. Compatibili
EVOLUZIONE DEI PROCESSORI
1971: nascita del Microprocessore 4004 Intel. La CPU era costituita da un unico
elemento integrato a 4 bit.
1972: Microprocessore 8008 Intel a 8 bit
1974: Intel 8080. Ha un SET DI ISTRUZIONI più ampio del 8008.
Il SISTEMA OPERATIVO è il CP/M (antenato del DOS)
1978: 8086. Troppo costoso.
1979: 8088. Analogo all’8086 ma bus dati a 8 bit (più economico).
1982: 80286. Bus dati a 16 bit.
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La MOTHERBOARD può comunicare (interfacciarsi) con il mondo esterno in vari modi:
PORTE PARALLELE, SERIALI, SCSI, USB indicano diverse tecnologie di interfaccia
per collegarsi con: modem (seriali), stampanti (parallele), scanner (SCSI) etc.
Gli HD sono connessi generalmente con connettori EIDE.
PORTA SERIALE Se rispetta lo standard RS-232 ( maschio a 9 piedini) (
Modem,Keyboard) Lo standard non è sempre rispettato dai costruttori.
PORTA PARALLELA (Centronics) (Femmina 25 piedini) Invia otto bit alla volta su otto
fili paralleli. Inconveniente della interferenza fra linee (diafonia; crosstalk) che
peggiora con la lunghezza dei cavi i quali non possono essere più lunghi di circa 3 m.
BUS Il Bus è un insieme di tracce in rame stampate sulla piastra madre su cui
viaggiano i dati. I bus servono per trasferire dati fra i diversi componenti della macchina.
Fanno parte del Bus anche microchip (I/O Controller) e gli alloggiamenti (Slot) per le
schede di espansione.
BUS EISA (Extended Industry Standard Architecture). Flusso a 32 Bit
BUS Local è quello utilizzato dal microprocessore per i collegamenti diretti e veloci con il
video e le unità a disco che trasferiscono grandi quantità di dati. Esiste Bus Locale VESA
(Video Electronics Standards Associations) che trasferisce 107 megabyte/sec, e il Bus
Locale PCI della Intel che trasferisce 132 Mbyte/sec ed incorpora il Plug and Play
Scheda a 16 bit o ISA La scheda ISA (lndustry Standard Architecture) trasmette i dati
su 16 linee (16 bit) a 8 Mbyte/sec. E' il tipo più comune di scheda di espansione
utilizzata per tastiere, porte seriali e parallele e modem interni che non gestiscono le
grandi quantità di dati del video, e delle schede di controllo dei dischi.
Scheda di rete NIC ( Network Interface Card) che collegano fra loro PC (aula
Informatica, Istituto). Sono normali schede di espansione di tipo ISA o PCI (migliore).
Con una velocità di trasmissione di 10 - 100 Mbps.
Il connettore sul retro del PC può essere BNC o UTP.
BNC ( come cavo coassiale per la TV), non consente una velocità di 100 Mbps però
non richiede la presenza di altri componenti di rete.
UTP ( simile all'attacco telefonico americano ) è collegato a un cavo che si chiama
DOPPINO TELEFONICO. Questo attacco richiede nella rete la presenza di un HUB
(concentratore). La rete con doppino telefonico è veloce e affidabile.
Un HUB a 5 porte a 10 Mbps costa 35-40 Euro.
HUB
PC1 di rete
PC2a 100 Mbps e si usa uno SWITCH che
Per operare a 100 Mbps si usano schede
………
PCn
è un HUB intelligente in grado di gestire più traffico. Facile da usare come un HUB.
PROGRAMMI:
Un programma consiste di una sequenza di istruzioni elementari predisposte in modo
da realizzare delle funzioni precise.
Il Computer esegue le istruzioni in Linguaggio Macchina.
I Programmi sono però scritti in LINGUAGGIO AD ALTO LIVELLO (HLL- High Level
Language) adatto all’uomo che deve essere tradotto da traduttori che possono essere
di due tipi : INTERPRETE e COMPILATORE.
INTERPRETE : legge una istruzione alla volta scritta in linguaggio evoluto, la trasforma
in linguaggio macchina e la invia alla CPU.
COMPILATORE : prende in considerazione tutto il programma in linguaggio evoluto e
traduce tutte le istruzioni in linguaggio macchina. Se una istruzione in un programma
viene usata 100 volte con l’interprete viene tradotta 100 volte , mentre con il
compilatore viene tradotta una volta.
Il programma prima di essere tradotto è chiamato PROGRAMMA SORGENTE
Il programma dopo essere stato tradotto si chiama PROGRAMMA OGGETTO.
Software di Sistema
Costituito dal Sistema Operativo che è la base su cui installare i Software applicativi
compatibili. Preinstallato dal venditore
Permette di gestire le varie parti del PC (Hardware) ed utilizzare le funzionalità di base.
Software Applicativo
Programmi dedicati a funzionalità specifiche ( Word; Excell; Antivirus, CAD, Ritocco
Fotografico)
Ogni Software evolve nel tempo, correggendo errori e aggiungendo nuove funzionalità
si hanno perciò nuove versioni ( Release) Stesso Nome ma Numero di Versione
diversa Photoshop 7.0 Photoshop 7.01 Photoshop 7.1
Le modifiche al SW di modesta entità per rimediare errori ( Bug) o per supportare nuovi
dispositivi HW si chiamano Patch o Service Patch o Service Release.
Gli aggiornamenti gratuiti si dicono Update
SISTEMA OPERATIVO:
Per l’uomo è molto scomodo comunicare con il microprocessore utilizzando le istruzioni
elementari. Esistono quindi diversi PROGRAMMI stratificati che costituiscono una
INTERFACCIA SOFTWARE tra uomo e computer.
Il SISTEMA OPERATIVO si frappone come interfaccia fra il Sw applicativo, di cui
controlla l’esecuzione, e l’HW di cui controlla le risorse e il funzionamento.
Coordina l’attività dei dispositivi di I/O, gestisce il File Sistem dei dispositivi di memoria,
rileva gli errori, gestisce la comunicazione tra la Memoria e dispositivi come la Tastiera,
il Monitor, i Dischi e le Stampanti.
All’avvio, il primo programma ad essere eseguito è il BIOS che esegue una
autodiagnosi, poi richiama dall’ HD il S.O. cui passa il controllo del PC.
Il S.O. rimane nella RAM fino allo spegnimento del PC.
I moderni S.O. sono multitasking perché consentono l’esecuzione di più programmi
applicativi contemporaneamente
Senza S.O. il PC non può funzionare. IL PC si avvia e poi segnala l’errore
Es: DOS (DISK OPERATING SYSTEM) ha la capacità di gestire direttamente una
memoria RAM di 640 Kbyte.
Sistema Operativo a linea di comando. Riga di caratteri in codice
Copy, Del.
Es: WINDOWS 2000, WINDOWS XP, UNIX, LINUX ( usi scientifici e per reti).
Ora l’interfaccia utente è grafica (GUI Graphic User Interface).
Schema riassuntivo:
UTENTE -- PROGRAMMI APPLICATIVI -- SISTEMA OPERATIVO – BIOS --HW
Il S.O. è, a sua volta, suddiviso in :
KERNEL (o NUCLEO), la parte che comunica con l’hardware; si occupa di trasferire
concretamente i dati Byte per Byte e assegna la memoria ai vari processi.
SHELL (o INTERFACCIA UTENTE), che si occupa di fornire un ambiente di lavoro "umano"
nel quale formulare richieste alla macchina e ricevere le risposte dalla stessa.
Un esempio di SHELL è lo schermo nero del DOS, dove vengono visualizzati i comandi digitati
e le "risposte" ai comandi.
Un altro esempio di SHELL sono le schermate di WINDOWS.
Il BIOS è il software di livello più basso.
Le figure professionali coinvolte nello sviluppo del Sw sono:
Analista SW: studia ed analizza il problema e le esigenze che dovrà soddisfare il prodotto
Progettista Sw: parte dal modello dell’analista studia la reale fattibilità del prodotto e le varie
fasi di sviluppo.
Programmatore: realizza materialmente il progetto Sw scrivendo il codice sorgente
