Unità periferiche di input

Informatica
HARDWARE
Francesco Tura
[email protected]
© F. Tura
1
Le componenti del calcolatore:
HARDWARE E SOFTWARE
HARDWARE
parti che compongono fisicamente il calcolatore
componente multifunzionale
SOFTWARE
programmi
funzioni specifiche volute dall’utente
© F. Tura
2
COMPONENTI DELL’HARDWARE
CASE (computer propriamente detto)
UNITÀ PERIFERICHE
© F. Tura
di INPUT
di OUTPUT
di INPUT/OUTPUT
3
COMPONENTI DELL’HARDWARE
Periferiche di
INPUT
Periferiche di
INPUT/OUTPUT
Periferiche di
OUTPUT
© F. Tura
TASTIERA
MODEM
MONITOR
MOUSE
SCANNER
MICROFONO
CASE
STAMPANTE
CASSE
4
ARCHITETTURA GENERALE
DEL COMPUTER (modello Von Neumann)
unità centrale di elaborazione
(CPU-Central Processing Unit)
memoria centrale
dispositivi di collegamento tra le varie componenti (Bus)
memoria di massa (o secondaria)
unità periferiche
© F. Tura
5
ARCHITETTURA GENERALE
DEL COMPUTER (modello Von Neumann)
Scheda madre
CPU
ALU
CU
-UNITÀ
DI MEMORIA CENTRALE
RAM
-UNITÀ
DI MEMORIA DI MASSA
-UNITÀ
© F. Tura
ROM
PERIFERICHE
6
Scheda madre del calcolatore
È una scheda di circuito stampato, ovvero di
materiale isolante su cui sono incastrati dispositivi
elettronici collegati tra loro per mezzo di piste
elettriche (Bus)
È situata all’interno del case
I dispositivi elettronici incastrati sulla scheda madre sono:
Unità Centrale di Elaborazione (CPU)
• Unità di Memoria Centrale (RAM e ROM)
• Dispositivi di collegamento tra le varie componenti (BUS DI SISTEMA)
•
© F. Tura
7
Dispositivi presenti sulla scheda madre
CPU
(Unità Centrale di Elaborazione)
È un dispositivo elettronico (= composto da circuiti
elettronici
È detta anche microprocessore
È il “cervello” della macchina, ossia è il dispositivo che esegue
una dopo l’altra le istruzioni dei programmi dopo averle reperite
dalla memoria centrale
© F. Tura
8
CU
© F. Tura
Control Unit
CPU
Central Processing Unit
+
ALU
Arithmetical
Logical Unit
La CU preleva le istruzioni dalla memoria centrale, le interpreta e
ne gestisce l’esecuzione eventualmente trasferendole alla ALU
La ALU esegue le operazioni aritmetiche e logiche eventualmente
richieste per l’esecuzione dell’istruzione: a tal fine si serve di un certo
numero di registri [Le prestazioni dell’ALU sono misurate in FLOPS = numero di
operazioni in virgola mobile per secondo].
Tutti
i trasferimenti interni alla CPU sono effettuati su connessioni
elettriche denominate Bus interno e sono sincronizzati da un
9
oscillatore al quarzo detto CLOCK della CPU
Dispositivi presenti sulla scheda madre
Unità di Memoria Centrale
È l’insieme di due dispositivi elettronici denominati RAM
(Random Access Memory) e ROM (Read Only Memory)
Si tratta di memorie elettroniche, ossia memorie che utilizzano
per la memorizzazione una serie di circuiti elettronici
(transistori) opportunamente disposti
© F. Tura
Sono memorie di dimensioni ridotte rispetto alla memoria di
massa
10
Funzionamento delle
memorie elettroniche
Utilizzano per la memorizzazione una serie di transistori
opportunamente disposti
Elemento-base = bistabile (flip-flop)
x1
x2
• Scrittura
• Lettura
© F. Tura
O
O
z1
z2
applicazione in ingresso di determinata sequenza di valori di tensione
verifica dei valori di tensione presenti in uscita
11
RAM
(Random Access Memory)
Memoria volatile (= non conserva il contenuto quando il
computer viene spento o se manca l’energia elettrica)
È il “piano di lavoro” del computer: tutte le istruzioni di un
programma da eseguire e tutta l’informazione da elaborare
debbono essere precedentemente temporaneamente su di
essa, da dove la CPU andrà a reperirle
Su di essa si possono eseguire operazioni sia di lettura sia
di scrittura
© F. Tura
12
ROM
(Read Only Memory)
Memoria permanente (= il contenuto non si cancella
quando il computer viene spento o se manca l’energia
elettrica)
Contiene alcune istruzioni (BIOS=Basic Input/Output
System) necessarie in fase di avviamento del computer: in
quella fase, infatti, la CPU non può reperire le istruzioni
che deve eseguire dalla RAM in quanto quest’ultima, a
computer spento, è “vuota”
È una memoria di sola lettura: la memorizzazione delle
istruzioni su di essa viene fatta dal costruttore e non è
modificabile dall’utente (FIRMWARE)
© F. Tura
13
Bus
© F. Tura
Piste di materiale metallico (rame) tracciate sulla scheda
madre che permettono la comunicazione ( = scambio di
segnali elettrici alti o bassi con cui è codificata
l’informazione) tra i vari dispositivi incastrati su di essa
Il Bus che collega la CPU alla RAM si dice anche System
Bus (Bus di sistema): ad esso sono connessi tutti i bus che
collegano la CPU con gli altri dispositivi
14
Memoria di massa
(memoria secondaria)
Memoria permanente, su cui vengono salvate stabilmente
informazioni e programmi
Capienza molto maggiore rispetto alla memoria centrale
Costituita da uno o più dispositivi: dispositivi magnetici
(memorie magnetiche), dispositivi ottici (memorie ottiche),
dispositivi elettronici (memorie elettroniche)
© F. Tura
15
Memorie (di massa) magnetiche
Sono costituite da materiale ferromagnetico
La memorizzazione avviene polarizzando il
materiale ferromagnetico nei due modi possibili (+
e -), ad uno dei quali corrisponde la cifra “1” e
all’altro la cifra “0”
La testina di lettura/scrittura è una barra di ferro
avvolto da una spira di filo conduttore
© F. Tura
SCRITTURA
La testina magnetizza il materiale in
un modo o nell’altro facendo passare
nel filo la corrente nell’una o nell’altra
direzione
LETTURA
La testina passa sopra la zona magnetizzata
e rileva se è magnetizzata in un modo o nell’altro a seconda del verso della corrente
16
che si induce nel filo che la avvolge
Memorie (di massa) magnetiche
Disco fisso (disco rigido, hard disk [HD])
Dischetti (floppy disk)
Zip disk
Nastri magnetici (data cartridge)
© F. Tura
17
Memorie (di massa) magnetiche
Disco rigido (hard disk)
Situato all’interno del case
Capacità molto elevata (fino a 2000 Gb)
Cancellabile e riscrivibile dall’utente
Costituito in realtà da più dischi magnetici sovrapposti che
ruotano a velocità elevata, tra i quali si inserisce la testina di
lettura/scrittura
Ciascuno dei dischi sovrapposti è suddiviso in settori e
ciascun settore in tracce
FORMATTAZIONE Suddivisione dei dischi magnetici in
tracce e settori
© F. Tura
18
19
Memorie (di massa) magnetiche
Dischetti (floppy disk)
Dischi magnetici rimovibili, ricoperti di custodia di plastica, da
inserire nella apposita unità (drive) presente sul case.
Suddivisione in tracce e settori (tramite
formattazione)
Capacità molto limitata (1,44
Mb)
Cancellabile e riscrivibile dall’utente
Possibilità di protezione dalla scrittura e/o
cancellazione
Utilizzati per il trasferimento dei dati
Oggi quasi scomparsi perché sostituiti da pen drive
© F. Tura
20
Memorie (di massa) magnetiche
Disco rigido esterno
Collegabile al case tramite connettore USB
Cancellabile e riscrivibile dall’utente
Capacità piuttosto elevata (fino a 500 Gb)
Utilizzato per il trasferimento o per la
copia (backup) dei dati
© F. Tura
21
Memorie (di massa) magnetiche
Nastri magnetici (data cartridge)
Nastri di materiale ferromagnetico riavvolgibili
Cancellabile e riscrivibile dall’utente
© F. Tura
Capacità elevata (circa 100 Gb)
Ricerca sequenziale dei dati
Utilizzato unicamente per le copie di
backup
22
Memorie (di massa) ottiche
Costituite da materiale fotosensibile
La scrittura avviene tramite un raggio laser che
incide la superficie fotosensibile del disco ottico
(compact disc), creando delle fossette (pit) di
lunghezza variabile a seconda che si voglia
scrivere la cifra “0” o la cifra “1”
La lettura avviene investendo la superficie del
disco con un raggio laser di intensità minore di
quella del raggio scrivente e misurando
l’intensità con cui viene riflesso, quest’ultima
dipendente dalla lunghezza del pit.
© F. Tura
23
Memorie (di massa) ottiche
Compact Disc (CD)
Dischi ottici rimovibili, che vanno inseriti nella apposita unità
(drive) presente sul case.
Capacità media (~600-700 Mb)
I CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) non sono
cancellabili né riscrivibili dall’utente
UTILIZZO es. installazione di software nel computer
I CD-R (Compact Disc Recordable) sono vergini e vi si
possono memorizzare dati o programmi UNA SOLA VOLTA
tramite il masterizzatore., Dopodiché non sono cancellabili né
riscrivibili
Esistono anche dei CD-RW (Compact Disc Rewritable) che sono
cancellabili e riscrivibili: essi utilizzano un materiale particolare che,
opportunamente scaldato, può tornare alla situazione iniziale.
© F. Tura
24
Memorie (di massa) ottiche
Digital Versatile Disc (DVD)
CD che utilizzano una particolare tecnologia di compressione
dati (Mpeg-2).
Capacità buona (diversi Gb)
I DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory) non
sono cancellabili né riscrivibili dall’utente
UTILIZZO lo stesso dei CD-ROM ma con maggiore
capacità, quindi utilizzati anche per applicazioni multimediali
I recenti HD (High Definition) DVD raggiungono una
capacità di 15 Gb
© F. Tura
25
Memorie (di massa) elettroniche
Sono costituite da circuiti elettronici, ovvero da una serie
di transistori opportunamente disposti
stesso principio delle memorie elettroniche che
costituiscono la memoria centrale
SCRITTURA
applicazione in ingresso di
determinata sequenza di
valori di tensione (alti o
bassi)
LETTURA
verifica dei valori di tensione (alti o bassi)
presenti in uscita
Si utilizza una particolare tecnologia elettronica (particolari transistori) tale che
• le informazioni memorizzate restano tali anche in assenza di alimentazione elettrica (a
differenza che nella RAM)
• le informazioni possono essere cancellate/riscritte dall’utente (a differenza che nella ROM)
© F. Tura
26
Memorie (di massa) elettroniche
Pen drive
© F. Tura
27
Memorie (di massa) elettroniche
Pen drive
Dimensioni tascabili e peso minimo, collegabile al case tramite
connettore USB (Universal Serial Bus)
Collegabile esternamente al case tramite connettore USB
Cancellabile e riscrivibile dall’utente
Capacità elevata (fino a oltre 200 Gb)
Prezzo direttamente proporzionale alla capacità
Utilizzato per trasferimento dei dati o archiviazione
© F. Tura
28
Unità Periferiche
Componenti hardware esterni al case collegate ad esso o
direttamente o tramite porte o connettori, ossia particolari
tipi di prese elettriche presenti sul case
Le porte (connettori) si possono distinguere in:
PORTE SERIALI Consentono il collegamento con mezzi di trasmissione seriali,
cioè che non consentono di mantenere la trasmissione contemporanea dei bit ma
solo quella sequenziale (un bit dopo l’altro) es: collegamento per mouse, modem,
ecc.
PORTE PARALLELE Consentono il collegamento con mezzi di trasmissione
in parallelo, cioè che consentono di mantenere la trasmissione contemporanea
dei bit. es: collegamento per tastiera
PORTE USB (Universal Serial Bus) Porte seriali universali, ossia non specifiche
per determinate periferiche ora quasi tutti i dispositivi le utilizzano
© F. Tura
29
Schede di interfacciamento
Sono schede di circuito stampato (in tutto simili alla scheda
madre) che espandono le funzionalità della scheda madre
materiale isolante su cui sono incastrati dispositivi elettronici
[processori, RAM, ROM] collegati tra loro per mezzo di piste
elettriche
Si trovano all’interno dal case e sono collegate alle porte delle
periferiche
Servono all’interfacciamento con alcune periferiche, ossia ad
elaborare le informazioni complesse (grafiche, suoni, ecc.) da
inviare/ricevere dalla periferica
© F. Tura
30
Esempi di schede di interfacciamento
• SCHEDA VIDEO
è indispensabile per il buon funzionamento del monitor per
quanto riguarda l’interfaccia grafica del software e le applicazioni
multimediali
• SCHEDA AUDIO
è indispensabile per la riproduzione dei suoni da parte degli
altoparlanti
• SCHEDA DI RETE
© F. Tura
è indispensabile per la messa in rete del calcolatore
31
Tipi di unità periferiche
Unità periferiche di input
FLUSSO DELLE INFORMAZIONI: PERIFERICA COMPUTER
Unità periferiche di output
FLUSSO DELLE INFORMAZIONI: COMPUTER PERIFERICA
Unità periferiche di input/output
FLUSSO DELLE INFORMAZIONI BIDIREZIONALE
© F. Tura
32
Unità periferiche di input
Tastiera
Mouse
Scanner
Trackball
Lettori di codici a barre
Touchpad
Microfono
Joystick
ecc.
© F. Tura
33
Unità periferiche di output
Video (monitor)
Stampanti
Altoparlanti
Masterizzatore di CD-R
Registratori di tessere magnetiche
Cuffie
© F. Tura
ecc.
34
Unità periferiche di input/output
Modem
Dispositivi di memorizzazione esterna
ecc.
© F. Tura
35
Unità periferiche di input
Tastiera
© F. Tura
Permette di inviare al calcolatore comandi o dati impostati
manualmente dall’utente (mediante stringhe alfanumeriche)
Premendo un tasto si generano i segnali elettrici che formano
il numero binario di otto cifre (byte) che corrisponde al
carattere visualizzato sul tasto (secondo la codifica adottata)
La disposizione dei tasti è simile a quella di una macchina
da scrivere
È dotata anche di alcuni tasti speciali per funzioni particolari
36
Unità periferiche di input
Mouse
Permette di inviare comandi o dati utilizzando
un puntatore alle entità grafiche presenti sul video
L’utente sposta il mouse su di un piano portando il puntatore
(freccia o altro simbolo) visibile sul video nella posizione
corrispondente al comando o al dato da inviare, dopodiché
conferma l’ordine schiacciando un tasto (clic, doppio clic) e
in alcuni casi spostando contemporaneamente il mouse stesso
(trascinamento) mentre si tiene premuto il tasto
© F. Tura
Generalmente ha due tasti più una rotellina per lo scorrimento
37
Unità periferiche di input
Scanner
Permette di acquisire immagini o testi su supporto cartaceo e
trasferirli su supporto informatico (byte), così da poterli
elaborare con il computer
Nel caso di riconoscimento testuale, lo scanner traduce i
singoli caratteri nei byte corrispondenti secondo la codifica
binaria del computer cui è collegato
Nel caso di acquisizione di immagini, lo scanner traduce
l’immagine stessa in codifica binaria
© F. Tura
38
Unità periferiche di output
Video (monitor)
Dispositivo simile allo schermo di un
televisore
Si basa piccoli punti luminosi (pixel) di 3 diversi colori
(rosso, verde, blu) che, accesi in particolari combinazioni,
formano un carattere od un’immagine
La tecnologia utilizzata può essere:
- a tubo catodico (CRT – Cathodic Ray Tube) ora quasi in disuso
- a cristalli liquidi (LCD – Liquid Cristal Display)
© F. Tura
La risoluzione di un video è data dal numero di pixel
visualizzati per unità di misura
39
Unità periferiche di output
Stampanti
Permettono di ottenere su carta il risultato delle elaborazioni
di dati effettuate dal computer
TIPI DI STAMPANTI
• Stampanti a getto d’inchiostro (ink jet)
• Stampanti laser
© F. Tura
40
Stampanti a getto d’inchiostro
- Vengono spruzzate sulla carta minuscole gocce di
inchiostro liquido che, a contatto con l’aria, si asciuga
formando i punti e, quindi, i caratteri
Stampanti laser
- Un raggio laser pilotato dal computer illumina un rullo sensibile
alla luce, sul quale si formano i caratteri
- Nelle parti sensibilizzate dal laser il rullo attira poi una
polvere nera (toner)
- Il rullo passa sulla carta imprimendovi il toner ad alta
temperatura
© F. Tura
41
Unità periferiche di input/output
MODEM (MOdulator/DEModulator)
È un dispositivo per il collegamento in rete di un computer
Serve a trasformare i segnali elettrici digitali [= tensione alta o
bassa (0 o 1) variazione a gradino] che codificano l’informazione
all’interno del computer computer in segnali elettrici analogici [=
ampio spettro di valori di tensione variazione continua] che
possano essere trasportati sulle linee telefoniche (progettate per la
trasmissione vocale e non per l’informatica)
Può essere incluso all’interno del case o collegato dall’esterno
© F. Tura
42
• Modulazione
trasformazione il segnale numerico
(successione di bit) in segnale analogico,
adatto per essere trasportato sulle linee
telefoniche
• Demodulazione trasformazione del segnale analogico
in segnale numerico per essere elaborato
dal computer
© F. Tura
43
Parametri che influiscono sulle
prestazioni di un calcolatore
Frequenza del clock che pilota la CPU
in MHz o GHz
CISC-Complex Instruction Set Computer
Architettura della CPU
Prestazioni della ALU
(FLOPS)
in FLOPS
Capacità della RAM
in Mbyte o Gbyte
Velocità di accesso alle memorie di
massa
© F. Tura
(es. Pentium, AMD)
RISC-Reduced Instruction Set Computer
(es. PowerPC).
44