Struttura dell’elaboratore elettronico
Concetti di base della tecnologia
dell’Informazione e della Comunicazione
Prof.ssa Antonella Serra
Qual è il significato del termine
informatica?
• E' la scienza che si propone di raccogliere,
organizzare, conservare e distribuire le informazioni
tramite sistemi automatici di elaborazione dei dati.
• Il termine deriva dalla fusione delle parole
INFORmazione autoMATICA.
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Differenza tra hardware e
software
• La struttura fisica, interna e esterna del computer
prende il nome di hardware (hard = duro, ware =
componente). L'insieme di tutti i programmi che
permettono di utilizzare l'elaboratore si chiama
software (soft = soffice).
• Il software astrae la macchina (concetto di macchina
virtuale)
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Schema generale di un sistema di
elaborazione dati
• I computer seguono lo schema logico della macchina di Von
Neumann (1947). Sono individuati:
– Processore
– Memoria RAM
– BUS DI DATI, un canale che collega tutti i componenti fra loro
– Dispositivi di I/O
– Programmi
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La CPU
• L’unità centrale di
elaborazione, detta
CPU, (central
processing unit) è
l’esecutore dei
programmi
• Il processore effettua
calcoli logici e
aritmetici e dialoga con
la memoria RAM
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Periferiche di I/O
• Le periferiche di input/output permettono
l’interazione del calcolatore con l’esterno.
• Consistono di:
– unità esterne per l’immissione di dati
– unità esterne per la visualizzazione delle
informazioni
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I supercomputer
• I supercomputer sono i più potenti, i più veloci e i più costosi..
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I mainframe
• I mainframe hanno processori potenti e grande quantità di memoria
RAM.
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I personal computer
• I personal computer
sono quelli usati in
ambito domestico e in
azienda da un solo
utente per volta. Sono i
computer da tavolo
(desktop) e i portatili
(notebook)
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Memoria
• Per memoria si intende la componente o le
componenti degli elaboratori con il compito di
immagazzinare dati.
• Si distinguono in base alle caratteristiche di velocità,
capacità di memorizzazione permanente o meno,
ampiezza e trasportabilità.
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Cos'è la memoria centrale del computer
• Le memorie di massa sono memorie lente. La CPU
lavora, invece, a velocità altissime, per cui ha
bisogno di memorie molto veloci per conservare
temporaneamente i dati da elaborare.
• Queste memorie costituiscono la memoria
centrale del computer e ne determinano, insieme
alla CPU, la potenza di elaborazione.
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La memoria centrale
• La memoria centrale è formata da due tipi
di memorie:
• la RAM
• la ROM
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RAM
• RAM è l’acronimo (Random Access Memory).
E' la memoria in cui risiede i programmi e i
dati in fase di elaborazione.
• E' costruita con la stessa tecnologia del
processore (elettronica).
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La memoria RAM
• La RAM costituisce il
‘banco di lavoro’ del
computer.
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ROM
• ROM. (Read Only Memory ovvero Memoria a sola
lettura).
• Contiene dati necessari all'avviamento della
macchina.
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La memoria ROM
• La ROM (read only
memory) è una
memoria di sola
lettura.
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La memoria RAM
(approfondimenti)
• La memoria RAM è casuale e volatile.
• Casuale significa che è ad accesso diretto
• Volatile significa che la permanenza dei dati
dipende dalla presenza di corrente elettrica
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Bit e byte
• L’unità minima di memoria non indirizzabile è
detta bit.
• L’unità minima di memoria indirizzabile è detta
byte. Un singolo carattere occupa un byte
equivalente ad otto bit.
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Multipli del byte
• Kilobyte = 210 byte = 1.024 byte
• Megabyte = 220 byte = 1.048.576 byte
(1 milione)
• Gigabyte = 230 byte = 1.073.741.824 Byte
(1 miliardo)
• Terabyte = 240 byte = 1.099.951.627.776 byte (1.000
miliardi)
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Memorie di massa
• La memoria di massa è un dispositivo fisico
capace di memorizzare permanentemente i dati
prodotti durante l’elaborazione del computer.
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Le memorie di massa
Tipi di memorie di massa sono:
• hard disk (dischi rigidi o fissi)
• CD ROM, CD RW, DVD ROM, DVD RW (Digital
Versatile Disk)
• Pen drive
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Disco rigido
• E' presente su tutti i
computer, interno alla
macchina. Esso
contiene al suo interno
diversi dischi rigidi
metallici e magnetici,
per cui può contenere
una quantità enorme di
dati
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Caratteristiche del disco rigido
Le caratteristiche principali di un hard disk sono:
• la capacità
• il tempo di accesso
• La velocità di trasferimento
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CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD
• Questi dispositivi sono basati su tecnologia ottica.
• Essi vengono incisi col “masterizzatore” e letti
mediante raggio laser.
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Nastri magnetici
• Servono per conservare
grandi quantità di dati o
per fare il backup del
sistema (cioè copia di
tutto il contenuto
dell'hard disk) per
prevenire perdite di dati
per malfunzionamento
della macchina.
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I drive
Sono dispositivi in cui
si inseriscono il floppy
disk, o il CD, o qualsiasi
altro tipo di disco, (da
non confondersi con i
“drivers" software!).
Contengono una testina
di lettura/scrittura
tramite cui avviene il
trasferimento dei dati
fra disco e macchina.
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La memoria cache
• La cache memory è una memoria veloce
integrata nel processore.
• È utilizzata dalla CPU per memorizzarvi i dati che
essa usa più spesso.
• L’introduzione della cache ha migliorato
notevolmente le prestazioni dei processori.
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La memoria cache
• In fase di input, quando un’istruzione richiede
dati dalla memoria, il programma di gestione
della cache provvede a caricare in tale
dispositivo, oltre ai dati esplicitamente
richiesti, anche altri dati.
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La memoria cache
• In tal modo per una prossima, eventuale,
richiesta verrà interpellata innanzitutto la
cache e, solo se questa non contiene i dati in
questione, sarà necessario accedere
nuovamente alla RAM.
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La memoria cache
• In fase di Output, scrittura di dati in memoria,
il processore interagisce con la cache
memorizzando qui i dati.
• I dati saranno effettivamente memorizzati
nella RAM solo quando il gestore software
della cache lo riterrà opportuno.
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La memoria buffer
• È un luogo di memorizzazione temporanea
dei dati.
• È situata tra il processore e tutti i
dispositivi di input/output.
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LA CPU (approfondimenti)
• L'Unità Centrale di Elaborazione (abbreviato
CPU) è il microchip presente nel computer
capace di elaborare i dati in ingresso e fornire
una risposta in uscita.
• In generale un microprocessore può essere
presente in molti dispositivi elettronici
moderni.
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I componenti più importanti di una CPU
• Una unità aritmetico-logica detta ALU
• Una unità per il controllo del flusso dei dati
• Una unità di Memoria
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CPU-ALU
• L’ALU svolge i calcoli di tipo aritmetico (addizione,
sottrazione ecc..) e logico (maggiore di, minore di,
uguale a )
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Unità di controllo
• L’unità di controllo gestisce la sincronizzazione tra
le unità della CPU.
• Controlla lo stato di avanzamento di esecuzione di
un programma in modo tale da sapere sempre
quale sarà la prossima istruzione da eseguire.
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Unità di memoria
• L’unità di memoria interagisce con la memoria
centrale per prelevare i dati e le istruzioni e li
memorizza in piccole unità di memoria interne
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Impulsi elettrici
• Il processore funziona attraverso impulsi elettrici
che si ripetono miliardi di volte al secondo.
• Il tempo impiegato dal processore per effettuare
una determinata operazione è misurato in
riferimento a questi impulsi, detti «cicli».
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Impulsi elettrici
• Ci vogliono, ad esempio, più cicli per moltiplicare tra
loro due numeri che per sommarli.
• Il numero di cicli al secondo è dell’ordine dei miliardi.
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Hertz
• L’unità di misura della velocità di un processore è
l’Hertz.
• I processori attuali sono in grado di effettuare
miliardi di impulsi al secondo (GHz).
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Coprocessori
• Attualmente i computer sono dotati di più
processori dedicati a compiti precisi: questi sono
definiti coprocessori.
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La scheda madre
• La scheda madre o scheda di sistema, anche conosciuta
come motherboard è una parte fondamentale di un
moderno personal computer: sotto forma di scheda
elettronica raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica
di interfaccia fra i vari componenti principali e fra questi
i bus di espansione e le interfacce verso l'esterno.
Prof.ssa Antonella Serra
La scheda madre
• È responsabile della trasmissione e temporizzazione
corretta di molte centinaia di segnali diversi, tutti ad
alta frequenza e tutti sensibili ai disturbi: per questo
la sua buona realizzazione è un fattore chiave per la
qualità e l'affidabilità dell'intero computer.
Prof.ssa Antonella Serra
