18/11/2010 Lez. 13 Dentro il computer Cosa c’è dentro un computer? Apriamo la “scatola magica”… 15/11/10 La scheda madre • È la base di tutta la componentistica • Si fissa sul case del pc, un po’ come la pasta per la pizza si stende sulla teglia • Su di essa vengono inserite delle schede di espansione, come gli ingredienti della pizza La struttura hardware secondo von Neumann (1946) Central Processing Unit (CPU) Unità di controllo + Unità aritmetico-logica + Registri ISTRUZIONI INPUT DATI MEMORIA OUTPUT programmi e dati 1 18/11/2010 Slot PCI-express North Bridge Porte I/O INPUT OUTPUT Central Processing Unit (CPU) Batteria tampone Unità di controllo + Unità aritmetico-logica + registri (litio) La memoria ROM-EPROM-FLASH • Contiene il BIOS (Basic Input-Output System) Socket per CPU MEMORIA programmi e dati South Bridge Connettore IDE Connettore SATA della scheda madre; è un insieme di istruzioni dalle funzionalità molto limitate: – eseguire il controllo dell'hardware all'accensione (il POST, Power On Self Test) – avviare un programma di gestione delle periferiche se non vengono rilevati errori nell'esecuzione dei test; – avviare una schermata a video con una breve descrizione dell'hardware presente; – far partire la routine di boot che avvia l'OS. Slot per memorie RAM Il chipset IL MICROPROCESSORE • Il Chipset è un componente che mette in contatto la CPU con le altri parti della scheda madre • Normalmente i chipset sono costituiti da 2 chip separati (da cui il nome) • Il Northbridge ha il compito di gestire le connessioni CPU-memoria-AGP/PCI Express • Il Southbridge è invece la parte più lenta del Chipset. le informazioni provenienti dalla CPU possano prima dal northbridge e solo successivamente nel southbridge. Si deve dunque fare carico delle connessioni riguardanti gli Slot PCI e via dicendo, fra cui ovviamente il controller per i dischi rigidi con interfaccia EIDE e SerialATA Il cuore della macchina: la CPU Il cuore della macchina: la CPU • CU: Control UNIT, l’unità che controlla tutti i processi; legge • Contiene diversi circuiti, ognuno dei quali preposto ad un compito specifico • È necessario che ogni circuito sappia quando inviare e quando ricevere le informazioni dagli altri • Questo compito (come un vigile urbano) spetta al Clock del processore • • • • dati ed istruzioni dalla memoria centrale e li esegue, poi li memorizza adeguatamente; Qui arrivano anche i segnali esterni sullo stato del sistema, tra cui i colpi del clock; ALU: Arithmetic-Logic UNIT, che esegue le operazioni aritmetiche e logiche Registri: celle di memoria interne alla CPU usate per immagazzinare le informazioni utili per eseguire le istruzioni Bus: le strade di comunicazione che permettono ai dati, agli indirizzi e ai risultati di viaggiare dentro la CPU e fuori di essa verso la memoria Clock: permette a tutti gli elementi interni e esterni alla CPU di muoversi a ritmo, come in una coreografia • FPU: Floating Point Unit, che si occupa di eseguire calcoli in virgola mobile. 2 18/11/2010 Il CLOCK Il CLOCK /2 • La frequenza o velocità di clock è il numero di • È necessario un segnale ritmico per sincronizzare il funzionamento dei vari dispositivi • È generato da un oscillatore a cristalli di quarzo • È simile al timoniere del canottaggio I bus Il Bus è un circuito che mette in contatto le varie parti della scheda • Più il Bus è veloce, più veloci saranno i dati che viaggiano da una parte all'altra della scheda • Il Bus è composto principalmente dall'FSB (Front Side Bus), che connette la CPU al Nortbridge, e ha una velocità che varia dai 66 agli 800 MHz. Fra i vari Bus: • Il Back Side Bus che collega la CPU alla memoria Cache • Il Bus di memoria che collega il northbridge alla memoria • I bus IDE o ATA che connettono il southbridge ai dischi • Il bus AGP che connette la scheda video alla CPU. • Il bus PCI che connette gli slot PCI e AGP al southbridge • colpi di clock che vengono eseguiti in una determinata unità di tempo • L'unità di misura usata è l'hertz, ovvero il numero di cicli di clock eseguiti in un secondo • Poiché i clock sono in genere molto veloci, si usano i multipli kilohertz (Khz), megahertz (Mhz) e gigahertz (Ghz) per indicare rispettivamente mille, un milione e un miliardo di cicli al secondo. RISC e CISC • Complex Instruction Set Computer (anni ’60) – Istruzioni molto complesse – Tempi diversi per ogni istruzione – Numerosi accessi alla RAM – Lentezza di esecuzione • Reduced Instruction Set Computer – Tempi identici per ogni istruzione – Istruzioni ridotte al minimo – Nessun accesso intermedio alla RAM (load/save) – Velocità (ma uso di molti registri interni) La memoria RAM • Detta anche memoria principale • È l’acronimo di Random-Access Memory, memoria ad accesso casuale • È volatile • Contiene programmi e dati (ricordate Von Neumann?) nel momento in cui vengono utilizzati 3 18/11/2010 I dispositivi di memoria (magnetici – ottici) Le porte di I/O • La Memoria di massa o hard disk: costituisce la memoria ausiliaria dell’elaboratore, un’estensione della memoria centrale, dove vengono “appoggiati” dati e programmi. • Floppy disk: dischetti che contengono circa 1,44 Mb • CD-ROM : contiene fino 750 MB di dati Porta VGA Porte USB Ingressi/uscite audio Porta Ethernet La rivoluzione delle memorie a disco • I dispositivi di memoria di massa si dividono in due categorie, a seconda della modalità di accesso ai dati: – ad accesso sequenziale (nastri): per cercare un dato è necessario accedere a tutti quelli che lo precedono sul dispositivo; – ad accesso diretto ai dati (dischi). È possibile grazie all’indirizzamento di porzioni (blocchi) del dispositivo. • DVD: contiene da 4,7 a 17 GB HARD DISK • È costituito da una serie di dischi magnetici rigidi (piatti) sovrapposti e ruotanti su un asse verticale • La superficie è divisa in aree di memoria, sui cui scrive e legge una testina • Le testine sono il doppio dei piatti FLOPPY DISK • Un magnete circolare Si tratta di un insieme di dischi di alluminio sovrapposti, ricoperti di un film magnetico e posti sottovuoto flessibile, protetto da un involucro di plastica. • Anch’esso è suddiviso in tante aree di memoria, costruite attraverso la FORMATTAZIONE. • Contiene 1,44 Mb 4 18/11/2010 CD ROM e DVD Durata delle memorie • Il disco ottico è fatto • Dischi ottici: circa 15 anni di tre strati, di cui uno in vetro temperato che produce un sostrato rigido, poi una superficie di registrazione in lega metallica e infine un involucro di plastica trasparente. • Dischi magnetici: circa 10 anni • Nastri magnetici: circa 5 anni – Gli strati esterni si logorano e lasciano le proprie tracce sugli strati interni alterandone i dati Serve anche a questo?? Operazione logiche?? • Le dobbiamo pensare come operazioni per le quali al posto di 1 e di 0 utilizziamo VERO e FALSO • Come input 2 valori (2 bit) e come risultato 1 solo valore (1 bit) • Perché la CPU deve fare questi conti? AND • Corrisponde grosso modo alla nostra congiunzione “e” – Oggi piove e oggi è mercoledì • È vera solamente se entrambi i membri sono contemporaneamente veri OR A B A and B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 • Corrisponde al nostro “o” non esclusivo • Vel in latino – CRASH!!! O è caduta una bottiglia, o è caduto un bicchiere A B A or B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 5 18/11/2010 XOR • Corrisponde al nostro “o” esclusivo • Aut in latino – Dico una bugia o dico la verità • È vera solo se si verifica una delle due condizioni NOT A B A or B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 • Corrisponde al nostro “non” • Ha come input un solo bit A Not A 0 1 1 0 Cos’è? A che serve? • Una scintilla vitale • BIOS = autocoscienza • S.O. = comunicare con noi • Ma anche… la nostra stessa lingua! • Caratteri o GUI? Il Sistema Operativo P.A.R.C. Xerox Star (27/04/81) • Xerox 8010 Information System • Palo Alto Research Center • Divisione di ricerca della Xerox, fondata nel 1970 da George Pake (un fisico) • Molte invenzioni informatiche sono nate qui: – mouse – gui – stampanti laser – Ethernet – ecc… • Furono vendute solo 25000 unità, causando il fallimento del progetto • I sistemi Apple Macintosh (e Lisa) commercializzati dalla Apple vendettero milioni di unità • Si trattava di una workstation e aveva la possibilità di essere connesso via Ethernet ad altri computer e di condividere stampanti 6 18/11/2010 La struttura “a cipolla” • Dal punto di vista strutturale il sistema operativo è formato da un insieme di livelli, che formano la cosiddetta struttura a cipolla • Ciascun livello fornisce un insieme di funzioni e di servizi a partire dalle funzioni e dai servizi forniti dal livello sottostante • È un software formato da vari sottoprogrammi (moduli) Il file system • Immaginate l’hard disk come un quaderno con molte pagine • Problemi: – Quando un file viene cancellato rimangono delle pagine vuote – La modifica di un file può dare origine ad una versione più corta o più lunga di quella precedente – Nel primo caso rimangono delle pagine vuote – Nel secondo caso la modifica può essere impossibile perché ci potrebbero essere dei file che occupano le pagine seguenti a quelle del file da modificare • Come risolvere questi problemi ? HW Indicizzare i file Kernel (nucleo) Saggio n° 1: pag. 2, pag. 4, pag. 7 • Colloquia direttamente con l’hardware Saggio n° 2: pag. 1, pag. 3, pag. 5, pag. 8 • Assegnazione del tempo ai processi in Saggio n° 3: pag. 6, pag. 9 Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla Bla Bla bla 1 2 3 4 5 6 7 8 9 esecuzione • Priorità tra i processi • Attività contemporanea di più processi (multitasking = accesso all’hardware da parte di programmi diversi) 7 18/11/2010 Bibliografia • Michael A. Hiltzik, Dealers of Lightning. Xerox PARC and the dawn of the computer age, New York, HarperCollins, 1999. Bibliografia • Tozzo Pepe, Tecno retro. Dai primi strumenti tecnologici ai gadget digitali del 21° secolo, mondadori informatica, 2006 8