Architettura hardware del calcolatore
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Architettura hardware del calcolatore 1 Architettura hardware del calcolatore 2 Scopo della lezione • Descrivere l’architettura di base dei moderni calcolatori, cioè le componenti hardware fondamentali e il loro ruolo. ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano L’architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 3 Architettura hardware del calcolatore 4 Architettura hw La macchina di von Neumann • Un calcolatore è un oggetto complesso costituito da diverse parti che interagiscono tra di loro. • Studiare l'architettura di un calcolatore significa individuare le componenti hardware fondamentali, comprenderne i principi generali di funzionamento e capire come esse interagiscono tra di loro. • Degli anni ’40 è la scoperta che un programma può essere codificato e archiviato in memoria proprio come i dati. • Il modello di calcolatore basato sul concetto di programma memorizzato si chiama macchina di von Neumann. Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Informatica Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 5 Architettura hardware del calcolatore La macchina di von Neumann La macchina di von Neumann UNITÀ CENTRALE memoria principale (centrale) il processore la memoria le periferiche interconnesse attraverso bus ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Un calcolatore moderno è costituito da 4 componenti hardware principali: • • • • Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 7 Architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 8 La scheda madre • Scheda madre (motherboard): piastra su cui, attraverso un circuito stampato, sono collegati tutti i componenti hardware (CPU, RAM, controller, …) • La scheda madre contiene anche slot liberi per l’aggiunta di ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Unità centrale e periferiche • Processore, memoria centrale e interfacce alle periferiche (controller) comunicano attraverso bus e costituiscono l’unità centrale. • Memoria secondaria e i dispositivi che permettono l’interazione tra uomo e macchina (detti dispositivi di ingresso e uscita o I/O) costituiscono le periferiche. 6 • memoria supplementare • co-processori • schede (rete, audio, video, …) • Collegate alla scheda madre si trovano anche alcune prese (chiamate porte) per il collegamento di periferiche esterne • mouse, tastiera, modem Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 9 Architettura hardware del calcolatore Una scheda madre 10 Componenti hw del computer Periferiche Memorie di massa ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Tastiera Mouse ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Monitor Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 11 Memoria CPU centrale BUS Input Output Input/Output (I/O) Architettura hardware del calcolatore Il processore ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Il processore, o CPU (Central Processing Unit) è l’unità di elaborazione centrale del computer • Controlla le funzioni del computer, esegue le operazioni aritmetico-logiche ed elabora i dati. ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Il processore 12 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 13 Architettura hardware del calcolatore Il processore • I circuiti logici che compongono una CPU sono costituiti da milioni di transistor (microscopici interruttori acceso/spento) collegati tra loro da sottilissimi fili • I circuiti vengono “stampati” su una sottile lamina di silicio • Il chip che corrisponde a una CPU ha una superficie dell’ordine di una decina di mm2 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore • Pertanto oggi si parla di microprocessore costituito da circuiti integrati • VLSI, Very Large scale Integration ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Il processore • milioni di elementi tra loro collegati contenuti in una superficie quasi microscopica Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 15 Architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 16 Il processore Componenti: • l’unità di controllo (CU): ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Il processore • Ogni modello di microprocessore è in grado di riconoscere solo programmi scritti nel proprio linguaggio macchina • Ogni modello di microprocessore, ha un proprio linguaggio macchina, diverso da quello di altri processori • Il linguaggio macchina contiene tutte e sole le istruzioni che possono essere eseguite direttamente dal microprocessore 14 • sovrintende al trasferimento di dati e istruzioni tra le componenti • interpreta le istruzioni • controlla le operazioni correlate • l’unità aritmetico-logica (ALU) • esegue tutte le operazioni logico-aritmetiche • i registri • piccole memorie che contengono le informazioni per eseguire l’istruzione corrente (generali, speciali) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 17 Architettura hardware del calcolatore Il processore - Clock • In ogni ciclo scandito dal clock il microprocessore svolge un’operazione elementare • Ogni istruzione del linguaggio macchina viene eseguita dal microprocessore svolgendo una serie di operazioni elementari • Il numero di operazioni elementari necessario per completare l’esecuzione di un’istruzione in linguaggio macchina può essere dell’ordine di 7-10 • la durata tipica di un ciclo di clock oggi giorno è inferiore al nanos • Il numero di cicli di clock nell’unità di tempo, o frequenza di clock, si misura in GHz ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Il processore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 19 • Altri fattori contribuiscono alle prestazioni di un processore • memoria, bus, cache, natura dei programmi eseguiti Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Xeon 3 GHz Pentium 4 2.2 GHz Athlon 1.6 GHz PowerPC G5 2 GHz • È uno dei parametri caratteristici di un processore Architettura hardware del calcolatore 20 Il processore - Clock (esempio) ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Es. Pentium vs PowerPC • • • • Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Il processore - Clock • Dati due processori con lo stesso linguaggio macchina, risulterà più veloce quello con frequenza di clock maggiore • Non è possibile dire nulla su processori con linguaggi macchina diversi 18 Computer A • 500 MHz • 10 operazioni elementari per istruzione Computer B • 400 MHz • 6 operazioni elementari per istruzione devono eseguire un programma di 100M istruzioni macchina A impiegherà 2s B impiegherà 1,5s Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 21 Architettura hardware del calcolatore Il processore - Esecuzione Il processore - Registri • caricamento del programma (scritto in linguaggio macchina) dal disco alla memoria centrale (RAM) • per ogni istruzione del programma, esecuzione di tre operazioni, che costituiscono il ciclo della macchina • fetch • decode • execute Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano L’esecuzione di un programma richiede Architettura hardware del calcolatore 23 • Sono solitamente poche decine (32-64) 24 Il processore - Ciclo macchina • Fetch • il processore preleva, dalla locazione di memoria il cui indirizzo è specificato nel Program Counter, l’istruzione da eseguire e la carica nel Registro Istruzione ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Il Program counter: registro che contiene l’indirizzo della prossima istruzione da eseguire • Il Registro istruzione: registro in cui viene caricata l’istruzione da eseguire Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • per trasferire i dati dalla/alla memoria, • per salvare i risultati parziali delle operazioni artimetico/logiche Architettura hardware del calcolatore • Registri speciali sono: • registri che servono per caricare i dati su cui l’istruzione opera e i risultati intermedi • Per eseguire le operazioni elementari il processore utilizza delle memorie di piccole dimensioni fisicamente interne al processore, i registri • alle quali accedere in modo veloce: Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Il processore - Registri • Registri generici: 22 • Decode • il processore decodifica l’istruzione da eseguire • Execute • il processore esegue le operazioni corrispondenti all’istruzione Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 25 Architettura hardware del calcolatore processore Il processore - Più d’uno • A seconda del tipo di uso che si fa del computer, per migliorarne le prestazioni si possono aggiungere dei co-processori registro registro ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano memoria bus di sistema Il processore - Registri registro registro interfacce alle periferiche Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 27 registro registro registro co-processore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano interfaccia alle periferiche Il processore - Più d’uno registro bus di sistema ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano co-processore • gestione dello schermo, calcolo scientifico, crittografia Architettura hardware del calcolatore Il processore - Più d’uno memoria • processori specializzati nell’esecuzione di compiti specifici che operano sotto il controllo della CPU Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore processore 26 • Il miglioramento con un co-processore è legato ad una particolare funzionalità • Si possono costruire sistemi con più CPU che operano in modo simultaneo e indipendente, e condividono le altre risorse del computer • il sistema operativo coordina l’accesso alle risorse • In questo caso si parla di sistemi paralleli, o multi-processore, o ancora di elaboratori vettoriali Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 28 Architettura hardware del calcolatore 29 Architettura hardware del calcolatore Il processore - Più d’uno 30 Componenti hw del computer Periferiche registro registro registro processore interfaccia alle periferiche ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano memoria bus di sistema processore registro registro registro Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore Monitor Tastiera Mouse Memorie di massa Memoria CPU centrale BUS Input Output Input/Output (I/O) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 31 Architettura hardware del calcolatore La memoria centrale La memoria centrale • Svolge funzioni di immagazzinamento delle informazioni sulle quali opera il processore • dati e programmi • L’unità di informazione minima è il bit (binary digit) ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • può essere considerato come una casella in cui è possibile scrivere il simbolo 0 oppure il simbolo 1 (e solo quelli) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • La sua capacità si misura nel numero di byte che contiene complessivamente • 256 MB memorizzano 268 435 456 caratteri • circa l’equivalente di otto enciclopedie da dieci volumi 32 Architettura hardware del calcolatore 33 Architettura hardware del calcolatore Nella memoria centrale sono caricati il sistema operativo e i programmi e i dati, che diversamente risiedono sul disco • il sistema operativo viene copiato in una zona ad esso riservata della memoria centrale all’avvio del computer e lì rimane fino a quando verrà spento il computer • dati e programmi sono caricati di volta in volta nello spazio restante e scaricati sul disco quando non sono più in uso La memoria - Bit e codifica • Con 1 solo bit si possono rappresentare due elementi diversi Zona riservata al sistema operativo • si assegna al primo elemento la codifica 0 e al secondo la codifica 1 ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Memoria Centrale La memoria centrale Programmi applicativi e dati Area libera Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 35 • Con 3 bit, si possono rappresentare 8 elementi diversi • Con n bit si possono rappresentare 2n elementi diversi 36 La memoria - Word ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • spesso è anche la minima unità di memoria trasferibile tra la memoria e la CPU Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • 00, 01, 10, 11 Architettura hardware del calcolatore • Una sequenza di 8 bit è detta byte, ed è diventata un’unità di misura della disponibilità di memoria • un bit di controllo e 7 per la codifica • Con 2 bit si possono rappresentare 4 elementi diversi Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni La memoria - Byte • Permette di rappresentare i caratteri stampabili (le lettere dell’alfabeto, le cifre, i simboli della punteggiatura, …, per un totale compreso tra 90 e 120) usando una sequenza di 7+1 bit 34 • Una word (o parola) è un insieme di bit accessibili simultaneamente dalla CPU • Una CPU viene spesso identificata attraverso la lunghezza della parola che contiene gli indirizzi di memoria che la CPU è in grado di usare • microprocessore a 16, 32, 64 bit • La dimensione comune di una word è 32 bit Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 37 Architettura hardware del calcolatore La memoria - Bit, byte, word 38 La memoria - Le celle 1 1 0 0 1 0 1 1 ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano BIT 1 BYTE 10010111100101111001011110010111 WORD Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 39 Architettura hardware del calcolatore La memoria - Le celle La memoria - Proprietà • Ogni cella di memoria contiene un byte ed è contraddistinta da un indirizzo • Velocità • di accesso Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • tempo impiegato dal processore per accedere ad uno specificato indirizzo ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • l’unità minima indirizzabile può anche essere la word • Volendo scrivere o leggere un dato nella/dalla memoria il processore deve sempre specificare l’indirizzo della cella alla quale vuole accedere 40 • di trasferimento • quantità di dati trasferita in una unità di tempo • anche chiamata ampiezza di banda, e si misura in bit/sec Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 41 Architettura hardware del calcolatore La memoria - Proprietà La memoria - Proprietà • Capienza • Volatilità • quantità di byte che può contenere • Costo ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • misurato in euro per byte • Modalità di accesso • in lettura • la possibilità di reperire le informazioni memorizzate • in scrittura • la possibilità di modificare le informazioni memorizzate Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 43 • La memoria centrale, le cache e i registri del processore sono memorie volatili Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni – non in eterno, ma per un tempo che dipende dal tipo di dispositivo: decenni o più Architettura hardware del calcolatore La memoria permanente • Memorie di sola lettura, ROM, Read Only Memory • il contenuto, una volta immagazzinato, è inalterabile • Memorie di lettura e scrittura ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • è lo stesso per tutte le celle • la possibilità di mantenere/perdere il proprio contenuto anche in assenza di alimentazione elettrica • le memorie volatili perdono il contenuto in assenza di alimentazione elettrica • le memorie permenenti lo mantengono Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni La memoria volatile • Perde il suo contenuto se non viene alimentata elettricamente • Genericamente indicata con il termine RAM, Random Access Memory, perché il tempo di accesso ad una cella di memoria non dipende dalla sua posizione fisica 42 • i contenuti possono essere letti e anche cambiati nel tempo (FlashROM) • Tipicamente contiene informazioni utilizzate per eseguire particolari funzioni, come l’avvio del computer (BIOS) • Ha bassi consumi energetici • adatta per PDA, riproduttori MP3 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 44 Architettura hardware del calcolatore 45 Architettura hardware del calcolatore La memoria - Gerarchia • Esiste una dipendenza inversa tra costo di realizzazione e velocità di una memoria • Per questo motivo la memoria di un computer è distribuita su dispositivi hw diversi, organizzati in una gerarchia di memorie • ai livelli più alti della gerarchia di memorie ci sono le memorie più veloci, più piccole, più costose • registri e cache • ai livelli più bassi ci sono quelle più lente, più capienti, più economiche • CD, DVD, dat, zip Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano La memoria - Gerarchia 47 Architettura hardware del calcolatore Hard disk processore Interfaccia alle periferiche Scheda madre Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Dimensione Accesso (frequenza) (tempo) Registri < 1KB ~ 1 GHz < 1 ns Cache I liv. ~ 10 KB ~ 1 GHz < 1 ns registro registro registro Cache I liv. 48 La memoria - Gerarchia registro Memoria centrale Cache II liv. ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Lettore floppy, cd, ... bus di sistema ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano La memoria - Gerarchia Registri Cache I livello Cache II livello Memoria centrale Hard disk Supporti magnetici e ottici • Se voglio prepararmi un piatto di spaghetti guardo se ne ho nella dispensa; se non ne trovo lì allora devo andare dal panettiere sotto casa perdendo un po’ di tempo in più; se non ne trovo neanche lì devo andare al supermercato, dove perderò ancora più tempo • Analogamente, quando il processore ha bisogno di un dato, prima guarda se è presente nella sua memoria interna; se non lo trova lì lo va cercare nella memoria centrale un po’ più lenta, se non c’è neanche lì, lo va a cercare sul disco fisso che ha tempi di accesso e trasferimento superiori Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore • • • • • • 46 Cache II liv. 256/512 KB ~ 1 GHz Memoria 256/512 MB < 1 ns ~ 100 MHz ~ 10 ns Hard disk ~ 80 GB ~ 1 KHz ~ 1 ms Supporti a piacere ~ 100 Hz ~ 10 ms Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 49 Architettura hardware del calcolatore La memoria - Gerarchia • Al vertice della gerarchia ci sono i registri della CPU • Ognuno di essi può contenere una parola • La capacità complessiva è inferiore a 1 KB • Sono molto veloci ma anche molto costosi Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano La memoria - Gerarchia 51 • La cache di I livello (L1) è integrata nel processore, quella di II livello (L2) risiede su un chip a parte La memoria - Gerarchia • Supporti magnetici • quando il computer è spento tutte le informazioni risiedono sul disco fisso e sulle ROM • quando lo si accende, per primo viene caricato il sistema operativo insieme alle informazioni necessarie al suo funzionamento, poi i programmi che l’utente esegue e i relativi dati ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • dati/programmi a cui si accede spesso Architettura hardware del calcolatore • La memoria centrale è il livello sotto le cache nella gerarchia • Vi vengono caricati i dati e i programmi per essere eseguiti Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • Al secondo livello è la cache, una memoria RAM più veloce di quella centrale • Utilizzata come “magazzino” a metà strada tra la memoria centrale e il processore • Contiene informazioni che il sistema operativo di volta in volta ritiene più urgenti e utili Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni La memoria - Gerarchia • E` condivisa tra tutti i programmi in esecuzione simultaneamente 50 • Hard disk, floppy, zip • Scrittura e lettura • Bassa velocità di accesso • Basso costo • (in alcuni casi) portabilità • Alti consumi energetici Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 52 Architettura hardware del calcolatore 53 Architettura hardware del calcolatore La memoria - Gerarchia Componenti hw del computer Periferiche • Supporti ottici • CD-ROM, DVD • Bassa velocità di accesso • Write once, read many • Basso costo • Portabilità • Alti consumi energetici ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano 54 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore Monitor Tastiera Mouse Memorie di massa Memoria CPU centrale BUS Input Output Input/Output (I/O) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 55 Architettura hardware del calcolatore Il bus ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • E` il canale fisico che mette in comunicazione le varie componenti del calcolatore • E` composto da un insieme di fili • In ogni istante, su ogni filo, passa un bit • Se il bus è formato da n fili, può trasferire n bit contemporaneamente ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Il bus 56 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • l’ampiezza del bus influenza la velocità del computer Architettura hardware del calcolatore 57 Architettura hardware del calcolatore 58 Il bus • Periferiche diverse possono usare tipi di bus diversi, a seconda della velocità di trasmissione dati richiesta • La memoria centrale ha bisogno di un canale molto più veloce rispetto alle periferiche • Oltre al bus di sistema, i PC di oggi sono forniti anche di un insieme di bus locali che collegano le periferiche alla CPU Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • In un dato istante, sul bus può passare ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Il bus • un dato in trasferimento tra CPU e memoria o tra CPU e una periferica • un indirizzo che identifica una posizione nella memoria alla quale la CPU deve leggere o scrivere • un segnale di controllo, come la selezione dell’unità coinvolta nel trasferimento dati (sorgente e destinatario) o la definizione della direzione dello scambio (lettura o scrittura) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 59 Architettura hardware del calcolatore Componenti hw del computer 60 Periferiche Periferiche • Ogni periferica è costituita da 3 componenti Monitor Tastiera Mouse Memorie di massa Memoria CPU centrale BUS Input Output Input/Output (I/O) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • dispositivo fisico ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • device • controller • componente elettronica di controllo • device driver • componente software che deve essere installata in memoria per il corretto funzionamento del dispositivo Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 61 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Il driver Il controller • è realizzato su un circuito stampato (scheda) che si inserisce in uno slot nella scheda madre • si collega, tramite appositi fili, a dispositivi periferici all’interno del computer o a connettori cui sono attaccati i dispositivi esterni • può essere più o meno intelligente a seconda della periferica che controlla • riceve gli ordini dal processore e li impartisce al dispositivo fisico • cosa fare (leggere/scrivere), dove, quanto Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Periferiche - Il controller 63 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 64 Periferiche - Tipi di Porte • SCSI (Small Computer Standard Interface) ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • trasferisce più bit alla volta • per stampanti e alcuni dispositivi di memoria di massa • la lunghezza massima consentita ai cavi è di 30 m • è parte del software di sistema Architettura hardware del calcolatore • Le periferiche sono collegate fisicamente al computer attraverso opportune porte (connettori) • La modalità di collegamento può essere • seriale • parallela • Il driver è il programma che gestisce la periferica • Viene consegnato insieme alla periferica (di solito memorizzato su un CD-ROM) e deve essere installato in memoria Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - Porte • trasferisce un bit alla volta • serve per il modem o alcuni tipi di stampante che non richiedono una elevata velocità di trasmissione • i cavi possono avere lunghezza anche di 300 m 62 • permettono di collegare più componenti alla stessa porta • garantiscono una elevata velocità di trasmissione • utilizzate per disco fisso, lettore CD-ROM, scanner Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 65 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Tipi di Porte Periferiche - Tipi di Porte • FireWire • USB (Universial Serial Bus) • trasmissione molto più veloce rispetto alla seriale • stesse caratteristiche di base delle USB • più veloci delle USB • utilizzano cavi sottili facilitando così i collegamenti • permettono il collegamento in serie di dispositivi diversi (fino a 127 dispositivi) • distribuiscono la corrente ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • USB 2.0 fino a 480 Mb/s, USB 1.1 fino a 12 Mb/s • dispositivi a basso consumo non necessitano di fili di alimentazione • permettono di aggiungere e rimuovere dispositivi a computer acceso (hot plugging) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 67 Periferiche - Tipi di Porte • Infrarossi ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • più costose Architettura hardware del calcolatore • Wi-Fi (IEEE 802.11) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • FireWire 400 fino a 400Mb/s e cavi fino a 4.5 m • FireWire 800 fino a 800Mb/s e cavi fino a 100m (se in fibra ottica) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - Tipi di Porte • collegamento wireless in crescente sviluppo • lo scambio di dati avviene in assenza di fili via radio • sostituisce la connessione alla rete locale via cavo • banda tra 10 Mb/s (802.11b) e 54 Mb/s (802.11g) 66 • lo scambio di dati avviene in assenza di fili attraverso un raggio infrarosso emesso dall’unità • la traiettoria del raggio è una retta e quindi le porte dei dispositivi devono essere perfettamente allineate • il raggio infrarosso non può essere interrotto, quindi non ci devono essere ostacoli tra le due porte • usato solitamente per collegare un computer alla stampante in ufficio o ad un terminale portatile tipo telefono cellulare o PDA Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 68 Architettura hardware del calcolatore 69 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Memorie di massa Periferiche - Memorie di massa • Dischi magnetici, CD, DVD, “chiavi” USB, zip Capacità • Memorizzano grandi quantità di dati in modo permanente • La potenza si misura nel numero di byte che contengono complessivamente ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • dispositivi di Input e Output • un hard disk da 60 GB memorizza 64 424 509 440 caratteri • circa l ’equivalente di 1900 enciclopedie da dieci volumi • Caratterizzabili dal tipo di accesso • sequenziale o casuale Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore • Le informazioni vengono memorizzate sui due lati di ciascun disco • Un insieme di testine, una per ogni disco, legge e scrive i dati muovendosi avanti e indietro radialmente Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Scrivibile Prezzo Floppy 1.4 MB SI SI 15 E Zip 250 MB SI SI 200 E HD 60 GB NO SI 180 E CD 600 MB SI NO 50 E 6 GB SI NO 90 E DVD NB Il prezzo è riferito alla periferica 71 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Il disco fisso • Suddiviso in tracce (concentriche) e settori (porzioni interne ad una traccia) • Ruota a velocità costante ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • protezione dalla polvere Rimovibile Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - Il disco fisso • Disco rigido o hard disk • Supporto di tipo magnetico con capienza (oggi) di centinaia di GigaByte • Posizionato all’interno dello chassis • Consiste di una pila di dischi magnetici rigidi (di tipo Winchester) fissati su un perno rotante, racchiusa in un contenitore a tenuta d’aria 70 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 72 Architettura hardware del calcolatore 73 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Il disco fisso Periferiche - Il disco fisso • Quando il computer è acceso il disco fisso è sempre in rotazione, per evitare perdita di tempo per raggiungere la velocità di regime • viene chiamato fisso perché non è estraibile • riceve l’indirizzo al quale leggere (scrivere), costituito dal numero di traccia e di settore, e la quantità i byte da trasferire • si muove posizionandosi sulla traccia specificata nell’indirizzo • aspetta che arrivi il settore specificato (il disco è in rotazione) • esegue l’operazione di lettura o scrittura ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Accesso casuale • Per eseguire un’operazione di lettura (o scrittura), la testina Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 75 • questa possibilità di risparmio energetico è utile soprattutto nei portatili quando sono utilizzati senza il filo di alimentazione Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Il disco fisso • L’organizzazione dei dati sul disco fisso è complessa dato che i file possono cambiare dimensione a piacere • I file sono gestiti come collezioni di settori (o blocchi) memorizzati dove c’è spazio libero, anche non contiguo • Il sistema operativo mantiene in un’area del disco fisso le informazioni relative allo spazio libero e alla “ricostruzione” di ciascun file, sparpagliato in zone diverse del disco • Sistemi operativi diversi hanno criteri diversi di gestione del disco fisso ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Alcuni sistemi permettono all’utente di richiedere di “spegnere” automaticamente il disco (cioè di farlo fermare) quando non viene utilizzato Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - Il disco fisso Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 74 • Se si fa un uso “intensivo” del disco, può succedere che lo spazio disponibile sia ancora molto, ma molto frammentato • In questi casi è bene utilizzare un programma di compattazione del disco, che sposta tutti i file in aree contigue rendendo così disponibile un’area di blocchi contigui Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 76 Architettura hardware del calcolatore 77 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - I nastri magnetici • Piccoli dischi magnetici estraibili, di limitate capacità (1.44 MB in genere) • Come i dischi rigidi, sono organizzati in tracce e settori su entrambi i lati e utilizzano una testina come dispositivo di lettura e scrittura • Sono protetti da una custodia di plastica (in origine flessibile, da cui l’aggettivo floppy) • Per permetterne l’estrazione, il dischetto è fermo e viene messo in rotazione solo quando c’è una richiesta di accesso • In via di estinzione, soppiantati da altri dispositivi molto più capienti e ugualmente poco costosi Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore • • • • ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano Periferiche - I floppy disk 79 • Le informazioni sono organizzate a spirale dal centro verso il bordo esterno Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • QIC (Quarter Inch Committee) • DAT (Digital Audio Tape) • DLT (Digital Linear Tape) Architettura hardware del calcolatore Periferiche - I Compact Disc ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • i CD-ROM sono utili per archiviare dati con la garanzia che i dati non possono essere cancellati Basso costo Grande capienza (ordine dei GigaByte) Accesso sequenziale lento Necessaria un’unità di lettura/scrittura diversa a seconda del tipo di nastro • Alcuni esempi: Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - I Compact Disc • Dispositivi a lettura ottica di grandi capacità (centinaia di Megabye) • I primi CD erano di sola lettura, e venivano dunque chiamati CD-ROM, oggi ne esistono di riscrivibili (CD-RW) 78 • La memorizzazione dei dati avviene incidendo dei solchi sulla superficie del disco (presenza del solco = 1, assenza=0) • La lettura avviene attraverso un raggio laser • La velocità di trasferimento delle informazioni dipende dalla velocità di rotazione del disco, che a sua volta dipende soltanto dal dispositivo di lettura • i dispositivi in commercio sono contrassegnati dalla sigla 2x, 4x, …, 16x per indicare la velocità del dispositivo rispetto ai primi messi in commercio Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 80 Architettura hardware del calcolatore 81 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - I DVD Periferiche - Input • I dispositivi di input acquisiscono dati dall’esterno e li traducono in un formato consono al calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • capacità di memorizzazione molto aumentata (ordine dei GigaByte) grazie alla densità di scrittura più elevata • data la differente densità di memorizzazione, il dispositivo di lettura di DVD è diverso da quello di CD • il lettore di DVD è capace di leggere anche i CD ma non viceversa • • • • tastiera dispositivi di puntamento microfono scanner Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 83 Architettura hardware del calcolatore 84 Periferiche - La Tastiera Periferiche - Puntamento • La tastiera è il dispositivo che permette all’utente di digitare i comandi e inserire dati • La pressione del dito su ogni tasto genera un segnale elettrico corrispondente al tasto selezionato, che viene inviato al processore • Permettono all’utente di selezionare le entità grafiche presentate sullo schermo alle quali sono associati dei comandi Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni • mouse ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Digital Versatile Disk Architettura hardware del calcolatore 82 • meccanico – mosso su una superficie rigida, lo spostamento del cursore sullo schermo è basato sul movimento di una sfera di gomma posta alla base del dispositivo, e solidale con due rotelle che rilevano lo spostamento in direzioni ortogonali • ottico – alla base del dispositivo sono presenti una sorgente luminosa (LED, light emitting diode) e un fotorilevatore che trasforma in indicazioni di movimento le interruzioni del fascio dovute al movimento del dispositivo sulla superficie di appoggio Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 85 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Puntamento Periferiche - Uscita • touchpad • piccola superficie sulla quale una matrice di sensori identifica il movimento del polpastrello ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • trackball • il meccanismo di funzionamento è lo stesso del mouse, ma la mano dell’operatore muove direttamente la sfera che indica il movimento Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 87 Architettura hardware del calcolatore Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - Lo schermo • Caratteristiche • risoluzione • numero di pixel (colonne x righe) che formano lo schermo ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • come un ricamo a punto croce • Data la grande mole di dati da elaborare dovuta al numero di pixel e alla presenza del colore, ormai tutti i PC sono forniti di una scheda grafica che gestisce lo schermo • I dispositivi di output acquisiscono dati dal computer in un formato di rappresentazione interno e li traducono in un formato adeguato all’uomo per trasferirli all’esterno • schermo • stampante • casse audio Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Periferiche - Lo schermo • Presenta i risultati delle elaborazioni • È costituito da una griglia di piccole celle, dette pixel (picture element) • Ogni pixel è caratterizzato da un indirizzo, ed ha associate informazioni riguardo al colore dell’immagine di cui fa parte 86 – 640x480 (VGA, video graphics array), 800x600 (super VGA), 1024x768 • determina la nitidezza dell’immagine, tanto maggiore quanto maggiore è il numero di pixel • dimensione • misurata in pollici (inch, 1” = 2,54 cm) • dimensioni più diffuse: 15”, 17”, 19” Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 88 Architettura hardware del calcolatore 89 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Lo schermo CRT Periferiche - Lo schermo CRT • stessa tecnologia degli schermi televisivi • l’immagine da visualizzare è una matrice di bit, e il valore corrispondente ad ogni bit viene convertito in un comando al tubo a raggi catodici che solleciterà in modo opportuno il pixel corrispondente • nel caso di immagini a colori si tratta di matrici multiple • erano i più diffusi per PC da tavolo Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Cathode Ray Tube (Tubo a raggi catodici) Architettura hardware del calcolatore 90 • Ogni pixel è suddiviso in tre strisce (o punti) di fosforo (una verde, una rossa, una blu) • Il colore del pixel dipende dalla luminosità di ciascuno dei tre elementi che lo compongono • Il dot pitch è la dimensione delle strisce (o dei punti), e determina la nitidezza dell’immagine Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 91 Architettura hardware del calcolatore Periferiche -Lo schermo CRT 92 Periferiche - Lo schermo LCD • Liquid Crystal Display (Schermo a cristalli liquidi) ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • l’immagine viene creata da un insieme di dispositivi diversi • lo schermo è costituito da un pannello di cristalli • un sottile strato di fosfori rossi, verdi e blu genera i colori colpito dalla luce • basso costo, consumo energetico ridotto, ristrettezza del campo visivo • Inizialmente diffusi per i portatili, sono ora comuni anche per i computer da tavolo Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore 93 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Lo schermo PDP Periferiche - Le stampanti • Trasferiscono su carta i risultati delle elaborazioni • Le caratteristiche principali sono • costituiti da due pannelli di vetro tra i quali si trovano dei gas inerti che, colpiti da un raggio di elettroni, generano raggi ultravioletti che a loro volta stimolano i fosfori verdi rossi e blu • per ora sono molto costosi, ma più leggeri e piatti rispetto ai CRT, e sono destinati a soppiantare questi ultimi • visuale più ampia dei LCD ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Plasma Display Panel (Schermo al plasma) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore • risoluzione • punti (tipografici) per pollice (dpi = dots per inch) • velocità di stampa • pagine al minuto – è un parametro indicativo, perché il tempo di stampa dipende anche dal tipo di documento (es: solo testo piuttosto che con immagini) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 95 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Le stampanti Periferiche - Special purpose • A getto di inchiostro • Esistono molti altri dispositivi di I/O specializzati per operazioni particolari • le immagini sono costituite da punti di inchiostro spruzzati dagli ugelli della testina • basso costo, buona qualità di stampa, possibilità di stampa a colori Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Stampanti laser • la modalità di stampa è simile a quella delle fotocopiatrici: l’inchiostro viene attirato da una superficie che è stata caricata elettricamente da un raggio laser nelle zone contenenti l’immagine, e viene poi trasferito sulla carta e fissato mediante riscaldamento • il fascio laser può essere anche molto sottile, permettendo una ottima qualità di stampa • richiedono manutenzione costante 94 • lettore codice a barre • strumenti per la misurazione di fenomeni fisici • termometri, rilevatori della composizione dell’aria • telecamere • scanner Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 96 Architettura hardware del calcolatore 97 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - Il modem Periferiche - Il modem • permette di trasferire dati da un computer ad un altro utilizzando la connessione telefonica ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • Modulatore/Demodulatore • converte il segnale di tipo digitale generato dal computer in uno analogico per la linea telefonica (modulazione) e quello analogico in ingresso dalla linea telefonica in uno digitale per il computer (demodulazione) Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni Architettura hardware del calcolatore • Il parametro principale per valutare le prestazioni di un modem è la velocità di trasmissione, misurata in Kb/s • La velocità dei modem di oggi è di 33.6 Kb/s o 56 Kb/s • I PC di oggi sono dotati di un modem interno • un modem esterno si collegherebbe alla porta seriale • Con un opportuno software applicativo è possibile utilizzare il modem anche come segreteria telefonica e fax Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni 99 Architettura hardware del calcolatore Periferiche - La rete T • archivio mondiale • “periferica” di input/output più diffusa • richiede il collegamento ad un Internet Service Provider – Modem – ADSL – T1 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano ©2004/05 – DSI – DICO, Università di Milano • a livello locale (ufficio, casa) • a livello mondiale - Internet 100 Prefissi • Usando lo stesso protocollo (TCP/IP) è possibile far comunicare tra loro computer e scambiare informazioni • wireless o Ethernet 98 Tera migliaia di miliardi 240 = 1099511627776 G Giga miliardi 230 = 1073741824 M Mega milioni 220 = 1048576 K Kilo migliaia 210 = 1024 Gruppo di lavoro Alberti, Boldi, Gaito, Grossi, Malchiodi, Mereghetti, Morpurgo, Rosti, Palano, Zanaboni
