1.4f - Bus e interfacce - Home page istituzione trasparente

1.4f: BUS e interfacce
Bibliografia
 Curtin, Foley, Sen, Morin “Informatica di base”,
Mc Graw Hill
 Ediz. Fino alla III : cap. 3.14, 3.15, 3.16
 IV ediz.: cap. 2.10, ,2.11, 2.12
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 Questi lucidi
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BUS
 Linee di comunicazione che consentono la
trasmissione delle informazioni tra le varie parti
del sistema presenti sulla scheda madre del
computer.
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 Invece che collegare ogni dispositivo con tutti
gli altri,
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 si collegano tutti i dispositivi ad un unico
insieme di linee, il bus.
Il BUS di sistema
 Collega la CPU agli altri dispositivi del
computer. Esso presenta diversi tipi di linee:
 Linee per trasmettere gli indirizzi dei dati in
memoria
 Linee per trasmettere Dati
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 Linee per trasmettere i segnali di controllo
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Bus Indirizzi
 Ogni operazione fatta dal processore coinvolge uno o più
“dati”.
 Ogni dato risiede in una locazione della memoria centrale
 Ogni locazione di memoria ha un indirizzo numerico.
 Sul Bus Indirizzi viene trasferito l’indirizzo dei dati tra
processore e memoria centrale, in modo che il processore
possa accedere ai dati su cui effettuare l’elaborazione
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 Dalla sua capienza dipende la quantità di memoria
centrale indirizzabile dal processore
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 Un bus di N bit “vede” 2N indirizzi di memoria.
 In un computer con un bus a 32 bit si può inserire RAM
fino alla dimensione massima di 4 GB (232)
Bus Dati
 Il Bus Dati trasporta i Dati veri e propri (nel loro
formato binario) tra il processore e la memoria
centrale o tra il processore e le periferiche “più
lente”
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 Dalla sua “larghezza” dipende la quantità di bit
che possono viaggiare contemporaneamente.
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Bus di controllo
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 Il Bus di Controllo trasporta i segnali per
l’attivazione, il controllo e la sincronizzazione
dei circuiti che collegano tra loro i diversi
componenti del sistema.
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La Memoria e il Monitor
 Con la crescita delle applicazioni multimediali, i dispositivi
di Input/Output che trattano grandi quantità di dati
hanno cominciato ad aver bisogno di “autostrade” più
veloci.
 Ad esempio, rispetto al passato, una scheda grafica e un
monitor di buona/elevata qualità, trattano molti più dati
nella stessa unità di tempo.
 Le schermate che appaiono su un qualsiasi monitor vengono
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 prima “composte” una per una e pixel per pixel in RAM
 poi, con l’intervento della CPU, inviate alla scheda grafica
 e da questa vengono spedite al monitor
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 Un monitor con risoluzione 1600x1200 presenta 1.920.000 pixel,
ognuno dei quali è codificato con 3 bytes (sistema RGB).
 Se il refresh fosse anche solo di 60 volte al secondo, tutti questi
pixel dovranno essere trasferiti 60 volte al secondo, per un
totale di 1.920.000x3x60= 345.600.000 Byte al secondo.
La Memoria e il Monitor
 Il Bus di Sistema è troppo “lento” e quindi non è
in grado di soddisfare queste aumentate
necessità
 Per velocizzare queste operazioni
 la scheda grafica presenta una RAM in grado di
memorizzare qualche schermata
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 La scheda video, la CPU e la memoria non si
affacciano sul bus dati di sistema, ma su una
linea di trasmissione più veloce, il bus locale.
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Il BUS locale è un BUS veloce per il
collegamento tra la memoria
centrale, la CPU e le periferiche
“ad alte prestazioni” (che trattano
grandi quantità di bit)
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I BUS Locali
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I BUS Locali
 Inizialmente i bus locali riuscivano a trasmettere 5 MB
al secondo (ISA Industry Standard Architecture, a 8 e
16 bit oppure EISA, Extended Industry Standard
Architecture, estensione a 32 bit di ISA)
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 PCI (Peripheral Component Interconnect
sviluppato da Intel nel 1992 in sostituzione del
bus ISA): 256 MB al secondo
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 PCI-X è un'evoluzione del PCI e fornisce una
larghezza di banda fino a 4 GByte.
Grafica: il bus AGP
 AGP (Accelerated Graphic Port) è un bus di
interfaccia tra CPU, RAM e la scheda grafica. Il bus
AGP
 4x trasmette fino a 1,07 GB al secondo.
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 8x trasmette fino a 2,14 GB al secondo
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 AGP supera le limitazioni del PCI rispetto alla velocità
di trasferimento dei dati tra memoria RAM e scheda
video, fattore molto importante nelle applicazioni
3D, dove la quantità di elementi da trattare è molto
grande
 AGP é stato progettato esplicitamente per le schede
grafiche.
Grafica: il bus PCI-Express
 PCI-Express (detto anche PCIe o PCIx )
permette di trasmettere fino a 4 GB al secondo
(il doppio delle AGP 8x).
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 Il PCI Express è il successore (seriale) del bus di
espansione PCI (parallelo) e ha sostituito il bus
AGP precedentemente in uso per le schede
grafiche.
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 Pur avendo prestazioni molto più elevate è
compatibile con le periferiche PCI e quindi
permette il riutilizzo delle schede PCI.
Adattatori e tecnologia
Plug&Play
Interfacciamento delle periferiche
 Perché possano essere “viste” dal PC (in particolare dalla
CPU) le periferiche vanno collegate al bus.
 Il collegamento tra periferica e PC (in particolare la CPU)
prevede la realizzazione di operazioni fondamentali tra le
quali:
 La sincronizzazione di operazioni che avvengono a velocità
diverse (si pensi al collegamento della tastiera, che è legata
alla velocità di digitazione di un essere umano, alla CPU)
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 La traduzione di messaggi da un linguaggio esterno a quello
del computer (si pensi ancora alla tastiera o all’input vocale)
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Tali operazioni sono svolte da un insieme di hardware e
software che si frappone fra il PC e la periferica, detto
Interfaccia.
Collegamento delle periferiche al
PC (I)
 Alcune periferiche, quali le schede di rete, sono
in formato di scheda da inserire direttamente in
uno slot di espansione, che è collegato
direttamente al bus del sistema e al bus locale.
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 L’interfaccia, in questo caso, è presente
direttamente sulla scheda.
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Collegamento delle periferiche al
PC (II)
 Altre periferiche sono collegate tramite un adattatore, che
è una scheda speciale che va inserita in uno slot di
espansione sulla scheda madre e che presenta
 da un lato un connettore che permette il collegamento dei
cavi provenienti dalla periferica,
 dall’altro è collegato direttamente al bus del sistema e al bus
locale,
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 e all’interno c’è l’hardware e il software che svolge le
funzioni di interfacciamento
 Un adattatore spesso è dotato di un proprio processore e
di memoria dedicata, per svolgere adeguatamente le
funzioni di interfacciamento
 Ad esempio: alcune (vecchie) schede audio o le schede
grafiche (compresa la scheda AGP)
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Driver di una periferica
 Perché una periferica funzioni correttamente, è
necessario che nel computer sia caricato un
software chiamato driver di periferica.
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 Per ogni periferica è disponibile un driver
specifico, generalmente fornito dal produttore
della periferica stessa. Alcuni driver sono già
inclusi in Windows.
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Tecnologia Plug & Play
 In passato, per connettere le periferiche al computer era
necessario
 spegnere l’elaboratore,
 eventualmente installare la scheda dell’adattatore,
 collegare la periferica,
 far ripartire il computer
 installare il driver.
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 Con il Plug & Play è possibile connettere le periferiche
(purché esse stesse supportino la tecnologia Plug & Play)
senza la riconfigurazione del sistema.
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 Dopo aver collegato la periferica, infatti, il sistema
provvede a installare tutti i driver necessari, ad aggiornare
il sistema e ad allocare le risorse.
Tecnologia Plug & Play
 Plug & Play: insieme di specifiche che consente
al computer di rilevare e configurare
automaticamente una periferica e di installare i
driver di periferica appropriati.
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 La modalità Plug & Play garantisce il
funzionamento delle nuove periferiche e
l'assenza di conflitti
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 Per disinstallare una periferica Plug & Play è
sufficiente scollegarla dal computer. La
disinstallazione di una periferica non rimuove i
driver di periferica dal disco rigido del
computer
La Comunicazione con le
periferiche
Collegamento delle periferiche al
PC (III)
 La maggior parte delle periferiche si collega, tramite un
cavo, a delle “prese” apposite, dette porte di
comunicazione standard (porte parallele, USB,…).
 Le porte sono presenti “di serie” su ogni computer e
 presentano una “presa” standard sul lato esterno, che
permette il collegamento del cavo provenienti dalla periferica
 l’hardware e il software che svolge le funzioni di
interfacciamento è presente sulla scheda madre
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 sono collegate direttamente al bus sul lato della scheda
madre.
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Calcolatore
Interfaccia
Standard
Connessione
Interfaccia
Standard
Periferica
Tipi di interfaccia
 Le porte di comunicazione standard possono essere
 Esterne al computer (per periferiche esterne, quali
stampanti e scanner)
 Interne al computer (per periferiche interne, quali HardDisk e CD-Rom)
 Sono state definite alcune interfacce standard:
 L’interfaccia seriale
 L’interfaccia parallela
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 L’interfaccia SCSI
 L’interfaccia Ultra ATA e Serial ATA
 L’interfaccia USB e l’interfaccia Firewire
 L’interfaccia IrDA
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 Interfacce basate su onde radio
Interfaccia seriale
 Il nome rispecchia la modalità di comunicazione
utilizzata (seriale), in quanto trasmette i dati un bit alla
volta
 Porta più comune fino all’introduzione delle USB ( la
porta seriale è anche detta asincrona o RS-232-C).
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 Utilizzata per collegare periferiche quale il modem,
alcuni tipi di stampanti e, in generale, periferiche
“lente”.
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 Il nome delle interfacce seriali è COM1, COM2 ecc.,
dove COM è l’abbreviazione di COMmunication
(comunicazione)
Interfaccia parallela
 (detta anche Centronics) Vengono inviati 8 bit
alla volta, oltre a segnali di controllo.
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 La comunicazione è più veloce, ma occorrono
più fili rispetto alla seriale ed è maggiormente
soggetta a disturbi
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 Nata per connettere stampanti, la porta
parallela è stata in seguito usata anche per
altre periferiche
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Interfacce seriali e parallele
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Interfaccia SCSI
 Collegamento per dispositivi interni o esterni al
computer: dischi rigidi (dischi SCSI), ma anche CD DVD – unità nastro - stampanti - scanner.
 Una porta SCSI (Small Computer System Interface)
supporta fino a 15 periferiche veloci in cascata
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 Un singolo adattatore SCSI è in grado di interfacciare
contemporaneamente un computer a più dischi rigidi,
ad un drive CD-ROM, ad una unità a nastri ed ad uno
scanner
 Daisy chaining: le periferiche sono collegate come una
catena.
 Il collegamento è “condiviso” contemporaneamente
tra tutte le periferiche
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Interfacce Ultra ATA e Serial ATA
 La porta Ultra ATA (Advanced Technology
Attachment), detta anche EIDE è
un’interfaccia molto diffusa per le periferiche di
memorizzazione (CD, DVD e Hard Disk)
 Può controllare fino a quattro hard disk o altre
periferiche IDE
 Molto più lenta di una interfaccia SCSI.
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 Molto più economica di una interfaccia SCSI
 Il collegamento viene assegnato alla periferica
che lo sta usando
 Serial ATA è l’evoluzione della Ultra ATA.
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Interfacce seriali veloci:
USB e Firewire
 Interfacce seriali hanno già sostituito le parallele e
tenderanno a sostituire anche le altre.
 Utilizzano cavi sottili che facilitano i collegamenti
 Consentono di collegare i dispositivi in cascata
 Utilizzano la tecnologia Plug & Play, per cui è possibile
collegare e scollegare queste periferiche a computer
acceso.
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 Sono molto più veloci delle seriali e delle parallele
classiche
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 Dato che il loro connettore è piccolo, gli attacchi di
queste interfacce sono molto usati sui portatili e palmari
 Distribuiscono anche corrente elettrica, per cui i
dispositivi di basso consumo possono funzionare senza
cavo elettrico, traendo energia direttamente dal cavo.
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Interfacce seriali veloci: USB e
Firewire
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Le interfacce: USB
(Universal Serial Bus)
 USB (Universal Serial Bus) è una porta seriale
sviluppata nel 1995 da un consorzio (Compaq,
HP, Intel, Lucent, Microsoft, Nec, Philips).
 USB 1.0 ha una velocità di trasmissione di 1,5
Mbps (milioni di bit al secondo)
 USB 1.1 ha una velocità di trasmissione di 12 Mbps
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 USB 2.0 ha una velocità di trasmissione di oltre 480
Mbps
 USB 3.0 ha una velocità di trasmissione di oltre 4,8
Gbps
 La versione 3.1 raggiunge i 10 Gbps
 Le periferiche USB possono essere collegate in
cascata fino a formare una catena di 127 elementi.
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Le interfacce: USB
(Universal Serial Bus)
 Caratteristiche: flessibile, semplice, veloce ed
economico
 Permette di interfacciare molte periferiche
differenti;
 non sono necessari dispositivi di controllo e porte
dedicate;
 facilmente espandibile;
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 Permette connessioni a caldo;
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 supporta dispositivi tempo reale
 Raggiunge velocità di trasmissione di oltre 4,8
Gbps (USB 3.0)
Le interfacce: Firewire
 Firewire è una porta seriale. La porta FireWire
(sviluppata dalla Apple nel 1985 e
standardizzata nel 1995) ha due tipologie di
standard
 IEEE 1934a ha velocità di comunicazione
massima 400 Mbps.
 IEEE 1934b ha velocità di comunicazione
massima 800 Mbps.
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 Entrambi non possono avere lunghezza superiore
a 4,5 mt.
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 Le periferiche Firewire possono essere collegate
in cascata fino a formare una catena di 63
elementi.
Le Interfacce Wireless (senza cavi)
 La Interfaccia IrDa (Infrared Data Association) consente di
collegare le periferiche al personal computer tramite
l’emissione di raggi infrarossi
 Le connessioni sono di tipo seriale, mediante raggi infrarossi
 Non devono esserci ostacoli tra la periferica e il computer.
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 Le Onde Radio permettono di collegare periferiche lente
con molti meno problemi delle IrDa
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 Bluetooth è un sistema di trasmissione radio che permette
di far comunicare dispositivi elettronici nel raggio di 100
metri, raggiungendo velocità fino a 2Mbps.