Hardware del PC - Prof Marco Abbiati

CASE
HW del PC
• E' la prima decisione da prendere nella
costruzione di un PC.
• E' costituito da un telaio (chassis) metallico, e
da una copertura sempre metallica o di plastica
dura.
• Serve ad ospitare i componenti interni
fondamentali del PC e a proteggerli dalla
sporcizia e da eventuali danni.
• Serve anche ad alimentare questi componenti
perchè spesso viene venduto con un
alimentatore incorporato.
CASE: PARTI tipiche
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TELAIO (Frame)
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PANNELLI di COPERTURA
–
–
–
vi si aggancia la motherboard e tutti gli altri componenti.
Si attaccano al telaio al fine di racchiudere tutti i componenti del PC.
Non è mai consigliabile far funzionare il PC senza questi pannelli, perchè oltre a proteggere,
instradano i flussi di aria per raffreddare i circuiti, ed contrastano le interferenze RFI/EMI
provenienti dall'alimentatore.
•
LED e CONNETTORI BOTTONE
•
ALTOPARLANTE (Speaker)
–
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si connettono alla motherboard
si deve connettere alla motherboard per avere le segnalazioni diagnostiche di base del
BIOS.
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FESSURE per SLOT di ESPANSIONE
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VENTOLA
–
–
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servono per installare le schede video, le schede di I/O e le schede sonore
i case più moderni affrono una seconda ventola di raffreddamento che si connette alla
motherboard per alimentarsi.
ALLOGGIAMENTI 5.25" - utili per i drive CD-ROM
ALLOGGIAMENTI 3.5" - per floppy e hard disk
FORI di VENTILAZIONE
ALLOGGIAMENTO per ALIMENTATORE
CASE: modelli
• desktop
• tower
– mini-tower,
– mid-tower,
– full-tower.
CASE: la scelta
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TIPO di MODELLO - desktop, mini-tower, mid-tower, full-tower. Questa
scelta si lega al tipo di motherboard scelta.
DIMENSIONE - se il case deve contenere molti componenti, attenzione a
lasciare lo spazio per la circolazione dell'aria di raffreddamento.
SPAZIO OCCUPATO - i modelli desktop occupano meno spazio perchè i
monitor possono essere alloggiati al di sopra. Sono però meno espandibili
NUMERO di COMPONENTI - più componenti devono essere installati e
maggiore potenza di alimentazione deve essere disponibile.
ALIMENTATORE - dipende da tipo di motherboard scelta.
CONDIZIONI AMBIENTALI - se l'ambiente in cui è collocato il PC è molto
sporco è meglio prendere un case progettato per evitare che questo sporco
entri nel PC (Filtri rimpiazzabili).
ESTETICA.
DISPLAY dello STATO - visualizza cosa succede ai componenti interni
attraverso indicatori LED.
VENTOLE - tutti i case hanno ventole sull'alimentatore, altri ne hanno di
supplementari per dissipare calore in eccesso dovuto ai troppi componenti
installati e alla loro eccessiva vicinanza.
Alimentatori: tensione erogata
• +3.3 Volt
• +5 Volt
• +12 Volt
Chipset, DIMM, schede
PCI/AGP
Logica dei Disk Drive, SIMM,
schede PCI/AGP, schede
ISA
Motori, regolatori di tensione
Alimentatore
•
•
Un alimentatore è un apparato elettrico semplice o composto che serve a
trasformare ed eventualmente a raddrizzare la corrente elettrica in modo da
fornire energia ed adattarla all'uso di altre apparecchiature.
Un generico alimentatore è idealmente (e spesso anche praticamente)
scomponibile nelle sezioni:
– Trasformatore: provvede a ridurre (o in rari casi aumentare) la tensione
proveniente dalla rete elettrica o da batterie per avvicinarla al valore richiesto dal
carico da servire.
– Raddrizzatore: trasforma la corrente alternata fornita dalla rete elettrica in
corrente continua. Ciò è necessario in quanto quasi tutte le apparecchiature
elettroniche richiedono di essere alimentare in corrente continua.
– Filtro livellatore: livella la corrente unidirezionale pulsante uscente dal
raddrizzatore in una corrente più uniforme e costante.
– Stabilizzatore: assicura che la tensione generata dall'alimentatore si mantenga
costante nel tempo ed entro una stretta tolleranza rispetto al valore richiesto, al
variare della tensione della rete elettrica e del carico applicato.
Alimentatori: scelta
• Gli alimentatori differiscono ampiamente in
funzione della
– potenza gestita, così anche per le
– caratteristiche di qualità della corrente fornita
all'uscita.
• Un alimentatore con pari valori di tensione e
potenza è più complesso e costoso quanto più
la tensione fornita è precisa e stabile, e quanto
maggiore è la sua affidabilità.
Alimentatori: tipi per PC
La mainboard (scheda madre)
• AT - non più utilizzati nei nuovi PC
• ATX - è il tipo più comune e si distingue
dagli AT dai connettori
La mainboard (scheda madre)
•
•
•
è una parte fondamentale di un moderno Personal Computer: raccoglie in
sé tutta la circuiteria elettronica di interfaccia fra i vari componenti principali
e fra questi e i bus di espansione e le interfacce verso l'esterno.
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.
È’ composta di un circuito stampato estremamente complesso,
– ricavato da un sandwich di strati di vetronite e rame: generalmente una scheda
madre può avere da quattro a sei strati di rame.
– In questi sono ricavate le piste che collegano i componenti, che devono essere
calcolate con molta cura: alle frequenze normalmente adoperate dalle CPU e
dalle memorie RAM in uso oggi, infatti, la trasmissione dei segnali elettrici non si
può più considerare istantanea ma deve tenere conto dell'impedenza propria
della pista di rame e delle impedenze di ingresso e di uscita dei componenti
connessi, che influenzano il tempo di volo dei segnali da un punto all'altro del
circuito.
– Su questo circuito stampato vengono saldati una serie di circuiti integrati, di cui i
più importanti sono quelli del chipset che svolgono la gran parte del lavoro di
interfaccia fra i componenti principali e i Bus di espansione, il Socket per il
processore e i connettori necessari per il montaggio degli altri componenti del PC
e delle schede di espansione.
MainBoard: costituenti
•
I costituenti principali di una motherboard di oggi sono quindi:
– un integrato di memoria EPROM o Flash con il BIOS della
motherboard;
– il (o i) Socket, uno zoccolo ZIF (Zero Insertion Force) o di altro tipo che
accoglie il processore;
– un connettore AGP o PCI-EXPRESS che accoglie la scheda video;
– alcuni connettori (slot) del bus (solitamente PCI) di espansione;
– la RAM CMOS, alimentata in permanenza da una pila o una piccola
batteria che memorizza i parametri di configurazione del BIOS;
– gli zoccoli per l'installazione delle RAM;
– una serie di interfacce standard: seriali RS232, parallela Centronics,
PS/2 per mouse e tastiera, USB per altri dispositivi;
– interfacce Shugart, ATA, SATA e/o SCSI per la gestione delle unità a
disco (Hard Disk, CD e DVD).
– In molte Mainboard, specie se compatte, possono essere incluse la
scheda video, la scheda audio, interfacce di rete LAN o Ethernet e porte
Firewire.
Mainboard
Mainboard
Questa è una
motherboard Foxconn
basata su Socket 775,
compatibile con gli ultimi
processori Pentium 4 e
Pentium D. Fate però
attenzione all'ultime
generazione di
processori Core 2 Duo:
questi richiedono il
supporto della
motherboard, che non
potrebbe essere offerto
dai modelli di vecchia
generazione
Mainboard:
FORMATI COSTRUTTIVI
• Definiscono le dimensioni fisiche (misura e forma) il
numero e la posizione degli slot, la posizione dei fori di
fissaggio etc...
• Alcuni formati sono dei veri e propri standard altri invece
sono proprietari
• Vecchi formati:
– Baby AT, Full-size AT, LPX (semiproprietario)
• Nuovi formati:
– ATX: sistemi desktop e tower
– BTX: nuova generazione di sistemi desktop e tower
http://www.formfactors.org/formfactor.asp
Mainboard: ATX
•
Questo standard definisce anche le
posizioni dei vari componenti,
– difatti la CPU è sempre al centro
del computer (un po' in alto),
– le memorie RAM a destra della CPU,
– sotto gli slot PCI e la scheda video
– mentre Hard Disk e lettori ottici sono impilati tutti a destra.
•
•
L'unico vero problema di questo standard sono gli slot di espansione perché
questo standard è limitato a solo 7 slot disponibili ( che nella figura si riducono a
2 slot PCI-Express e 3 PCI a causa della compatibilità per il Crossfire), limite
ereditato dal precedente formato AT.
L'alimentatore viene sostituito dal precedente standard, potenziandolo:
– È presente un collegamento con la scheda madre che permette l'avvio e lo
spegnimento del computer tramite il sistema operativo
– C'è anche una tensione ausiliaria, presente anche a computer spento, che permette
di mantenere accese alcune parti del computer, a basso consumo (al massimo
5Watt).
– Questo permette così di non dover chiudere manualmente il pc dopo averlo chiuso
via software (come ancora succede nei computer molto vecchi) e la tensione ausiliare
permette di comandare il PC via LAN o via internet, o di accendere il PC col semplice
tocco della tastiera o tramite un operazione pianificata.
Derivati dell’ATX
•
•
I derivati dell'ATX condividono la stessa configurazione della
sezione CPU, in maniera tale che schede più piccole possono
essere inserite anche in case standard.
Gli standard che derivano dall'ATX sono: MicroATX e Flex ATX.
Molti mini-PC o SFF (Small Form Factor) PC, utilizzano una variante
a due slot del formato Flex ATX, con dimensioni ridotte di circa 8
cm, mentre VIA ha ridotto ancora di più le dimensioni, fino a 17 cm
totali, con il formato Mini ITX.
Derivati del BTX
BTX
• Rapidamente accettato dai
costruttori di sistemi OEM,
chi preferisce costruirsi da
solo il proprio PC troverà
questi formati nei Mini-PC
basati sui processori Pentium 4 di ultima generazione,
dove il Nano BTX sta rimpiazzando una versione ridotta
del Flex ATX.
• Intel ha cercato di spingere il formato BTX tre anni fa
circa, dato che offre un miglior passaggio dell'aria tra i
componenti verso la CPU. La scheda, rispetto un ATX, è
capovolta, in maniera tale da posizione il dissipatore
della scheda video nel flusso d'aria creato dalle ventole
del case.
Mainboard: socket
Scegliere il socket corretto
•
Alcuni socket per CPU vecchi sono rimasti sul mercato
per supportare i processori meno costosi. In ordine
cronologico, dal
–
–
–
–
Socket 370 e Socket 462 siamo passati al
Socket 478 e 754, seguiti dal
LGA775, Socket 939 e infine il
Socket AM2.
Socket 370 (Intel Pentium III, Celeron)
•
•
Inizialmente sviluppato negli anni '90 per i processori Intel Celeron e Pentium III, il
Socket 370 (nome che deriva dal numero dei pin) è stato soggetto a molte revisioni,
fino al supporto del Pentium III Tualatin a 1.40 GHz e bus a 133 MHz.
VIA supporta ancora ufficialmente questo processore con la sua serie C3, per sistemi
a basso consumo.
Socket 462 (AMD Athlon XP, Duron)
•
•
La risposta di AMD al Socket 370 è stata il Socket A, anche conosciuto come Socket
462. Questo supporta tutti i processori dal Duron a 600 MHz fino all'Athlon XP 3200+
a 2.2 GHz - questi processori sono ancora disponibili.
Come per il Socket 370, i cambiamenti nella velocità del bus e le specifiche elettriche
hanno ristretto la compatibilità tra alcune generazioni di motherboard e processori,
quindi, ancora una volta, prima dell'acquisto consultate il sito del produttore per
determinarne la compatibilità.
Mainboard: socket
Socket 478 (Intel Pentium 4, Celeron)
•
•
Il primo socket per Intel Pentium 4, il 423, è stato una soluzione
temporanea, ormai scomparsa dal mercato, ma il secondo socket, il
478, è ancora disponibile e supporta processori a partire da 1.6
GHz fino a 3.4 GHz. È stato rimpiazzato dal modello LGA775, ma
offre ancora supporto per i chipset a basso costo.
I problemi di compatibilità del Socket 478 sono iniziati con quelle
motherboard che non supportavano un bus per il processore
superiore a 133 MHz, ma solo per alcuni core a 90 nm, come il
Prescott e il Celeron D. Ancora una volta, è necessario controllare
la compatibilità della CPU sul sito del produttore.
Motherboard: socket
LGA 775 (Intel Pentium 4, Pentium D, Celeron, Core 2 Duo)
•
•
•
Intel ha cercato di riparare ai problemi sul consumo energetico dei modelli
Pentium 4 di fascia alta implementando nel processore più connessioni
elettriche anziché sistemarne la causa.
Il Land Grip Array utilizzato non ha solo incrementato il numero di pin, ma ha
spostato i pin dal processore al socket. Questi contatti sono molto fragili, e
installazioni ripetute possono causare rotture, rendendo le motherboard
inutilizzabili. Tuttavia, questo tipo di socket accomuna anche i processori
moderni Core 2 Duo, ma gli acquirenti devono accertarsi che la propria
motherboard sia compatibile.
Considerando il supporto per processori molto performanti, e la compatibilità
con processori futuri, il socket LGA 775 è una scelta eccellente per gli
appassionati. Supporterà anche i processori quad core Kentsfield, ma
l'incremento della velocità di bus a 333 MHz (FSB1333) necessiterà di una
nuova motherboard.
Socket 754 (AMD Athlon 64 e Sempron)
Socket 939 (AMD Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX)
•
•
•
•
Prima di supportare i processori AMD Athlon 64 moderni, il Socket
754 offriva il supporto a memoria single-channel DDR-SDRAM
tramite il suo controller di memoria integrato. Questo spropositato
incremento nel numero di pin è stato causato dalla doppia
connessione con il chipset e la memoria, senza passare dal
chipset. I socket 754 e 939 sono stati i primi a rimpiazzare il bus
parallelo a favore di un'interconnessione seriale (HyperTransport),
a 200 MHz.
Alcuni processori Sempron a basso costo sono ancora compatibili
con il Socket 754 e devono essere tenuti in considerazione per i
sistemi a basso costo.
Problemi di compatibilità non sono comuni e spesso limitati a una
versione di BIOS vecchia, facilmente risolvibili con un
aggiornamento.
•
•
Socket AM2 (AMD Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Sempron)
•
•
Mainboard: chipset
Scegliere il chipset giusto
• Il sistema di comunicazione tra il processore e le
altre parti di un computer è un controller
genericamente chiamato chipset.
– I chipset tradizionali sono il Northbridge, che include
il controller di memoria, quello dell'interfaccia PCI
Express e AGP, e
– il Southbridge, che contiene un controller PCI
standard e gestisce i collegamenti con i bus delle
periferiche e di comunicazione, come il controller di
rete, audio e altri componenti.
Come per il Socket 754, il Socket 939 ha visto un incremento dei pin a causa
della diretta connessione con la memoria. L'incremento del bandwidth permette
di utilizzare due moduli a 64 bit in una configurazione a 128 bit. Il Socket 939
può ospitare anche i primi processori dual-core AMD, gli Athlon 64 X2.
Il Socket 939 sta per essere rimpiazzato dal nuovo socket AM2, che supporta
memoria DDR2. Le motherboard 939 sono un investimento sicuro grazie alla
loro maturità. Inoltre, gli acquirenti che già possiedono moduli DDR1 ad alta
capacità troveranno nel Socket 939 un ottimo investimento per il proprio
aggiornamento di sistema.
Come per il Socket 754, problemi di compatibilità con il Socket 939 sono da
ricondurre solo a versioni BIOS non aggiornate.
Il cambiamento del controller di memoria AMD per il supporto alle DDR2 ha
richiesto alcune modifiche al socket della CPU. AMD ha migliorato anche il
sistema di ritenzione del dissipatore, ma molti dissipatori vecchi sono
ugualmente compatibili.
Anche se nell'immediato il passaggio alle DDR2 non porta un incremento
prestazionale, questo cambiamento è stato necessario per offrire ai futuri
processori tutto il bandwidth necessario. AM2 supporta gli ultimi processoi AMD
e i futuri core, ed è un'ottima scelta per gli appassionati.
MainBoard: chipset
• Smista e regola il traffico di
informazioni passante
attraverso il Bus di sistema, fra
CPU, RAM e controller delle
periferiche di input/output
(come Floppy disk, Hard disk
ecc.).
• Determina:
– Quanta RAM una motherboard
può utilizzare
– La tipologia di chip della RAM
– La velocità e la dimensione della
cache
– La velocità e il tipo di processore
– Tipi di slot di espansione che una
mainboard può installare.
Mainboard: chipset generale
• In generale, un Chipset è progettato per
– una famiglia di processori e
– per una tecnologia di RAM,
quindi supporta le velocità di frontside Bus (FSB) e le
velocità del Bus di memoria corrispondenti ai processori
e ai moduli di memoria che entrano in commercio
durante il periodo di vita del Chipset.
• La qualità di un Chipset dipende sia dalle funzionalità
che supporta sia dalla sua capacità di far scorrere i dati
tra la CPU e i sottosostemi alla massima velocità (Con la
maggior Larghezza di banda possibile) e con il minimo
ritardo (Latenza), naturalmente anche il Chipset avrà
una sua "velocità" che viene misurata in MHz come nel
caso dei processori e dipenderà dal tipo di Chipset e
dalla tecnologia implementata in esso.
Chipset: velocità dei bus
•
•
•
•
Un bus è semplicemente un circuito che connette una
parte della motherboard con un altra. La velocità di un
bus, misurata in MHz si riferisce a quanti dati possono
essere trasportati dal bus nel tempo.
Con velocità del bus di solito ci si riferisce a quella
dell'FSB (Front Side BUS), che è il bus che connette il
Northbridge alla CPU. Attualmente la velocità dell'FSB
varia da unminimo di 66 MHz a un massimo di
800MHz.
La CPU raggiunge il controllore della memoria
attraverso il Northbridge, di conseguenza la velocità
dell'FSB incide pesantemente sulle prestazioni del
computer.
Ecco di seguito un elenco di altri bus che si possono
trovare sulla motherboard:
–
–
–
–
–
Mainboard: chipset Intel
•
continua ad utilizzare la suddivisione
del Chipset in due chip principali.
– Northbridge (ponte Nord): un chip
dedicato alle interfacce ad alta velocità
(Memory controller RAM e controller
grafica AGP o PCI Express)
– Southbridge (ponte Sud): un altro chip
che supporta tutte le altre interfacce di
I/O.
•
•
Questa configurazione viene
schematizzata graficamente collocando
la CPU in cima, il chip di
comunicazione con grafica e memoria
sotto la CPU e il chip con le interfacce
di I/O più in basso.
Dal 2007 anno in cui è previsto l'arrivo
sul mercato del processore Itanium
basato sul core Tukwila, anche Intel
adotterà, come già fatto da Advanced
Micro Devices (e spiegato qui di
seguito), il controller della memoria
RAM integrato.
- il BSB (back side bus) connette la CPU con la cache di
secondo livello (L2). Il processore determina la velocità
del BSB.
- il memory bus connette il northbridge alla memoria.
- il bus IDE o ATA connettono il Southbridge ai drive dei
dischi.
- il bus AGP connette la scheda video alla memoria e alla
CPU. La velocità di questo bus è di solito di 66 MHz
- il bus PCI connette le prese PCI al southbridge. Su molti
sistemi, la velocità di questo bus è di 33 MHz. E'
compatibile con il più moderno bus PCI Express che in
pratica sostituisce sia il vecchio bus PCI che l'AGP.
Mainboard: chipset AMD
•
Advanced Micro Devices con l'ultima serie di CPU (quelli appartenenti alla
famiglia K8 ovvero gli Athlon_64 e gli Opteron) ha intrapreso la strada
dell'integrazione. Infatti le attuali schede madri per processori AMD non
presentano più il Northbridge le quali funzioni (principalmente il controller
della memoria RAM) sono state integrate all'interno della CPU stessa.
Questa comporta alcuni vantaggi e svantaggi:
– Vantaggi
• Minore complessità delle schede madri (meno piste di collegamento) e, quindi, minor
costo
• Velocità del Northbridge maggiore, infatti in questo caso questa velocità dipende
direttamente dalla velocità della CPU stessa, sicuramente maggiore rispetto alle
velocità dei Northbridge attuali
• Minore ritardo nella risposta (Latenza) visto che i dati elaborati non devono passare
attraverso il Bus per ritornare alla CPU
– Svantaggi
• Impossibilità di cambiare il Northbridge; essendo esso integrato nella CPU anche
cambiando Scheda madre questo rimane lo stesso, quindi non si ha la possibilità di
cambiare le tecnologie implementate
Northbridge e Southbridge
Chipset: Il Northbridge
•
Il Northbridge classico include un controller di memoria collegato
direttamente alla CPU attraverso il Front Side Bus. I chipset moderni
utilizzano la stessa frequenza di bus per CPU e memoria; il canale
di comunicazione è chiamato Front Side Bus. Chipset più datati
permettevano di separare le frequenze di bus per CPU e memoria,
limitando l'acronimo "FSB" al solo canale di comunicazione tra CPU
e Northbridge. AMD, rimuovendo il controller di memoria dal chipset
e implementandolo nel processore, ha rimpiazzato il Front Side Bus
con due canali di comunicazione separati per il Northbridge e per la
RAM.
•
Ciò che rimane comune a tutti i Northbridge sono i controller AGP o
PCI Express e l'interfaccia Southbridge. Alcuni Northbridge
incorporano anche un processore grafico, che utilizza interfaccia
AGP o PCI Express interna. Grafica AGP integrata viene disabilitata
quando viene connessa una scheda grafica AGP discreta, ma alcuni
controller PCI Express integrati permettono l'utilizzo simultaneo di
entrambe le soluzioni, offrendo l'abilità di utilizzare display multipli.
Chipset: Il Northbridge
Chipset: Il Northbridge
Quad Data Rate Northbridge Technologies (S478, S775)
Single Data Rate Northbridge Technologies (S370)
•
•
Il bus Intel quad-pumped (quad data rate) trasferisce dati quattro volte per clock, quindi, velocità di
100, 133, 200 e 266 MHz sono effettivamente chiamate 400, 533, 800 e 1066 MHz. Siccome il
data rate dell'FSB della CPU è doppio, le soluzioni performanti necessitano la duplicazione
dell'ampiezza del bus della memoria da 64 a 128 bit, ottenibile piazzando due moduli in parallelo,
implicando l'utilizzo della tecnologia chiamata dual-channel. Per esempio, due moduli di memoria
DDR400 (PC3200) in modalità dual channel offrono lo stesso bandwidth del bus CPU Intel
FSB800, ma entrambi operano a velocità di clock di 200 MHz. La stessa cosa vale quando si
utilizzando due moduli DDR2-533 in modalità dual-channel, equiparabili all'Intel FSB1066.
•
I Northbridge correnti supportano SDRAM-DDR in modalità single e dual-channel.
Raccomandiamo la scelta di un chipset dual-channel, soluzione semplice e poco costosa per
incrementare le prestazioni. Molti Norhtbridge moderni supportano SDRAM-DDR2 in modalità
dual-channel. Nel mezzo troviamo i chipset che supportano sia le DDR che le DDR2. Questi
chipset sono progettati per i prodotti a basso costo.
Il Socket 370 è ancora, seppur sporadicamente, supportato e utilizza un
single-data-rate (SDR) Front Side Bus, che si abbina a SDRAM SDR, dalla
velocità di 133 MHz (FSB e SDRAM PC133). Gli ultimi chipset utilizzano
SDRAM DDR (double data rate), siccome le nuove RAM offrono un
bandwidth doppio. Questi chipset sono compatibili con grafica AGP o PCI, e
spesso includono un chip grafico AGP integrato.
Double Data Rate Northbridge Technologies (S462)
•
Il Socket 426 (Socket A) utilizza un double-data-rate front side bus,
compatibile con SDRAM DDR. AMD spesso utilizza il data rate, anziché il
clock rate, per denotare la velocità di bus dei processori; clock di 100, 133,
166 e 200 MHz sono identificati come 200, 266, 333 e 400 MHz DDR.
Chipset Single Data Rate SDRAM (PC100/133) esistono ancora in alcune
motherboard, ma sono troppo vecchi per supportare i processore recenti.
HyperTransport Interconnect Technologies (S754, S939, AM2)
•
Con la rimozione del controller di memoria dal Northbridge, i chipset AMD sono in grado di mixare
vecchie e nuove tecnologie. I chipset AGP, originariamente destinati per l'utilizzo con il Socket
754, sono stati resi disponibili anche per il Socket 939, mentre i chipset PCI Express per Socket
939 sono ora utilizzati anche per le motherboard Socket 754; le motherboard AM2 utilizzano i
socket della generazione precedente 939.
•
Tra i chipset PCI Express per Athlon 64 troviamo l'ATI Crossfire Xpress 3200, l'Nvidia nForce4
SLI X16 e l'Nvidia nForce 590 SLI.
Il Southbridge
•
•
•
•
•
Il Southbridge controlla molte periferiche, bus per multimedia e comunicazione, tra cui il controller
PCI (Peripheral Components Interconnect), controller ATA (per hard disk e drive ottici), controller
USB (Universal Serial Bus per dispositivi esterni), interfacce di rete, interfaccia audio, e spesso
interfaccia modem.
Parlando di competizione tra i vari produttori, i controller ATA rappresentano un'opportunità per
differenziarsi, non necessariamente in termini di prestazioni ma più che altro in termini di
funzionalità. Tutti i produttori ormai offrono modalità RAID per i controller Serial ATA, che
permettono di utilizzare quattro driver in modalità sicura o ad elevate prestazioni. Nvidia ha fatto
un passo avanti, permettendo di creare array misti con drive UltraATA e Serial ATA. L'ultima
improvvisazione giunge da Intel, con il Matrix RAID, che permette di impostare
contemponearamente due RAID differenti utilizzando gli stessi hard disk.
Connessioni di rete Gigabit sono ormai mature e molti chipset includono una connessione diretta
al Gigabit PHY (un chip che offre questo tipo di connessione). Le ultime novità Nvidia in questo
campo includono il "packet sorting" e l'accelerazione TCP/IP, caratteristiche solitamente
disponibili solo in router high-end o schede di rete discrete.
Una funzionalità del Southbridge, non implementata da tutti, è l'hub PCI Express. Al suo posto,
alcuni progetti integrano tutte le piste PCI Express nel Northbridge, limitandone il numero di slot
supportati. La serie nForce 590 differisce da queste soluzioni per la presenza di un controller PCI
Express sia nel north che nel southbridge, collegati con il bus HyperTransport, cosicchè il
Norhtbridge è in grado di servire motherboard con un massimo di 48 piste.
Limitando la scelta della motherboard selezionando prima il Northbridge, limita la scelta anche del
Southbridge, dato che molti chipset supportano solo un ristretto numero di combinazioni
Northbridge/Southbridge dello stesso produttore. Eccezione va fatta quando viene utilizzato il
protocollo AMD HyperTransport per connettere i chipset.
Mainboard: la scelta
•
Quale Processore?
–
–
La prima cosa da considerare nell'acquisto di una motherboard è la CPU che si desidera
montare.
Per esempio se desideri montare una CPU Intel Pentium 4, la mb da acquistare deve essere
in grado di alloggiarla e deve pure supportare la sua frequenza d'uso.
•
Quale Chipset?
•
Quanti e quali slot di espansione e connettori?
–
–
–
•
CPU
Avere una scheda di rete Ethernet on-board, una scheda audio, un controller RAID ed
eventuali scheda graficha on-board.
Conclusione
–
•
Se si vuole eseguire l'overclock della CPU si deve acquistare una mb che sia in grado di
fornirci la possibilità di scegliere un'ampia gamma di settaggi CPU che includono la tensione
e la velocità del bus.
Altre caratteristiche
–
•
Se si intende collegare diverse perifieriche al nostro computer, il numero e il tipo di slot di
espansione è importante.
Ad esempio, molte mb ogigiorno montano porte USB 2.0 ma se si desidera effettuare la
cattura di filmati video e la loro elaborazione è opportuno avere ina porta Firewire (IEEE
1394) in dotazione.
Vuoi eseguire l'overclock?
–
•
Il chipset fissa le memoria che la mb è in grado di supportare e il quantitativo.
Prima dell'acquisto visitate il sito del produttore e scaricate il manuale.
Top 5 Intel Pentium 4 motherboards
Top 5 AMD Athlon motherboards
CPU
•
Qualunque CPU possiede almeno tre unità distinte:
– una ALU (Unità Aritmetico-Logica) che si occupa di eseguire le operazioni
logiche e aritmetiche;
– una Unità di Controllo che legge dalla memoria le istruzioni, se occorre legge
anche i dati per l'istruzione letta, esegue l'istruzione e memorizza il risultato se
c'è, scrivendolo in memoria o in un registro della CPU.
– dei registri, speciali locazioni di memoria interne alla CPU, molto veloci, a cui è
possibile accedere molto più rapidamente che alla memoria: il valore
complessivo di tutti i registri della CPU costituisce lo stato in cui essa si trova
attualmente. Due registri sempre presenti sono: il registro IP (Instruction Pointer)
o PC (Program Counter), che contiene l'indirizzo in memoria della prossima
istruzione da eseguire.
•
Oltre a queste possono esserne presenti altre, per esempio:
– una FPU (Floating Point Unit) che si occupa di eseguire calcoli in virgola mobile;
– una MMU (Memory Management Unit) che si occupa di tradurre gli indirizzi di
memoria logici in indirizzi fisici, supportando la protezione della memoria e/o uno
o più meccanismi di memoria virtuale.
CPU: clock
CPU: altro
• Una CPU è un circuito digitale sincrono:
vale a dire che il suo stato cambia ogni
volta che riceve un impulso da un segnale
di sincronismo detto CLOCK: quindi il
tempo di esecuzione di una istruzione
si misura in cicli di clock, cioè in quanti
impulsi di clock sono necessari perché la
CPU la completi.
• Una generica CPU deve gestire una serie di operazioni
sincronizzandole con il resto del sistema: perciò è
dotata, oltre a quanto sopra elencato, anche di uno o più
bus interni che si occupano di collegare registri, ALU,
unità di controllo e memoria.
• inoltre, all'unità di controllo interna della CPU fanno capo
una serie di segnali elettrici esterni che si occupano di
tenere la CPU al corrente dello stato del resto del
sistema e di agire su di esso. Il tipo e il numero di
segnali esterni gestiti possono variare ma alcuni, come il
RESET, le linee di IRQ e il CLOCK sono sempre
presenti.
• Nuove cpu Intel Socket 775 LGA - Hardware Upgrade - Il
sito italiano sulla tecnologia - www.hwupgrade.it
Bus
Moltip.
Core
Micron
Cache L2
Socket
Supporto HT
Pentium 4 560 (3,6 GHz)
Cpu
800 MHz
18x
Prescott
0.09
1 Mbyte
775 LGA
si
Pentium 4 550 (3,4 GHz)
800 MHz
17x
Prescott
0.09
1 Mbyte
775 LGA
si
Pentium 4 540 (3,2 GHz)
800 MHz
16x
Prescott
0.09
1 Mbyte
775 LGA
si
Pentium 4 530 (3 GHz)
800 MHz
15x
Prescott
0.09
1 Mbyte
775 LGA
si
Pentium 4 520 (2,8 GHz)
800 MHz
14x
Prescott
0.09
1 Mbyte
775 LGA
si
Pentium 4 3,4 GHz EE
800 MHz
17x
Gallatin
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 3,2 GHz EE
800 MHz
16x
Gallatin
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 3,4 GHz E
800 MHz
17x
Prescott
0.09
1 Mbyte
478
si
Pentium 4 3,4 GHz
800 MHz
17x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 3,2 GHz E
800 MHz
16x
Prescott
0.09
1 Mbyte
478
si
Pentium 4 3,2 GHz
800 MHz
16x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 3,06 GHz
533 MHz
23x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 3 GHz E
800 MHz
15x
Prescott
0.09
1 Mbyte
478
si
Pentium 4 3 GHz
800 MHz
15x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 2,8 GHz E
800 MHz
14x
Prescott
0.09
1 Mbyte
478
si
Pentium 4 2,8 GHz A
533 MHz
21x
Prescott
0.09
1 Mbyte
478
no
Pentium 4 2,8 GHz
800 MHz
14x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 2,8 GHz
533 MHz
21x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,667 GHz
533 MHz
20x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,6 GHz
800 MHz
13x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 2,533 GHz
533 MHz
19x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,5 GHz
400 MHz
25x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,4 GHz
800 MHz
12x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
si
Pentium 4 2,4 GHz
533 MHz
18x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,4 GHz
400 MHz
24x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,266 GHz
533 MHz
17x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,2 GHz
400 MHz
22x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,0A GHz
400 MHz
20x
Northwood
0.13
512 Kbytes
478
no
Pentium 4 2,0 GHz
400 MHz
20x
Willamette
0.18
256 Kbytes
423-478
no
Specifiche di una CPU
I processori possono essere classificati attraverso due
parametri fondamentali:
• 1) quanto sono veloci
– Concetto semplice.
– Si misura in megahertz (MHz) e gigahertz (GHz) di cicli di clock
al secondo.
– Più veloce è meglio.
• 2) quanto sono grandi
–
–
–
–
Concetto più difficile.
quanto è grande il bus dati (I/O)
quanto è grande il bus indirizzo
quanto sono grandi i registri interni
CPU Intel 8086
• 1978: l'inizio dell'era X86
• Nel 1978 Intel ha presentato il processore 8086,
che ancora oggi è la base per tutte le CPU
compatibili x86. Il PC "XT", successivamente
così chiamato, era cloccato a 4.77 MHz e più
tardi a 8 MHz e poteva contare su 1 MB di
memoria.
• A quei tempi, la RAM era ancora considerata in
termini di kilobyte. Un sistema ben equipaggiato
era dotato di chip da 256 KB e poteva far
funzionare Windows 1.0. D'altra parte, gli hard
disk erano prodotti costosi e rari.
CPU Intel 80486
1989: PC per il mercato di massa Socket 1, 2 e 3
• Nel 1989 Intel ha presentato il processore
486DX su Socket 1, che lavorava alla
frequenza di 25 MHz, incrementato negli
anni successivi fino a 133 MHz. Siamo
all'inizio del boom dei PC per uso
domestico, dei primi anni '90. Proprio in
questi anni, molti utenti decisero di
passare dal Commodore 64, Commodore
Amiga o Atati ST, al PC, non molto
semplice da utilizzare.
• I 486 erano equipaggiati anche di un
coprocessore matematico
CPU Intel 80286/386
• Nel 1982 Intel presentò il primo 286, che
includeva uno slot ISA da 16 bit. La
massima memoria installabile
raggiungeva 1 MB. Tre anni dopo seguì il
386 (1985), che teoricamente poteva
gestire fino a 4GB di RAM. Tuttavia, non
esistevano le motherboard per gestire
una tale quantità di memoria.
• Un sistema tipico era caratterizzato da 4
megabyte e, per la prima volta, MS
Windows poteva utilizzare una memoria
virtuale grazie all'hard disk. Mentre il
primo 386 era cloccato a 16 MHz, quattro
anni più tardi uscì un modello da 32
MHz.
CPU Intel Pentium
1993: Socket 4 per il primo Pentium
• Durante il 1993 e il 1994, non solo fu venduto il primo
sistema 486 (AMD/Intel), ma ci fu la presentazione del
primo computer Pentium. In questi anni molti piccoli
imprenditori iniziarono ad assemblare e vendere PC
con nuove etichette. I sistemi 486DX 100 erano offerti
allo stesso prezzo dei PC Pentium 60. Il prezzo era
compreso tra i 1000$ e i 1500$.
• Il Socket 4, presentato nel 1993, era stato sviluppato
per due processori: l'Intel Pentium 60 e Pentium 66. Le
versioni a bassa velocità lavoravano a 30 MHz e,
confrontati con le cpu 486, erano considerevolmente
lenti. D'altra parte, il Pentium 66 era più funzionale ma molti utenti preferivano più megahertz allo stesso
prezzo e optarono per il 486DX 100.
Dal 1996 al 1998: Socket 5 - CPU AMD e Intel
• Il successore del socket 4 fu il Socket 5 e arrivò sul
mercato assieme al Pentium 75. Come opzione,
poteva essere connessa alla motherboard una cache
L3, che incrementava considerevolmente le
prestazioni. Per molto denaro, potevate accaparrarvi
moduli da 256 KB o 512 KB. Asus fu praticamente la
prima a fornire motherboard con socket COAST
(COAST = cache on a stick).
CPU Intel Pentium
Intel da Pentium 75 a 200
Intel da Pentium 150 a 233 MMX
Dal Marzo 1994 al Giugno 1996
Dall'ottobre 1996 al Giugno 1997
Dal 1994 al 1997: Socket 7 - CPU Intel
•
Con il Pentium 166 MMX, Intel ha introdotto le multimedia expansion MMX, che richiede una
motherboard con voltaggi diversificati (2.8/3.3 volts). Per risolvere questo problema erano
disponibili degli adattatori.
Dal 1998 al 2000, continua
•
•
Dopo che Intel ha presentato il suo Pentium MMX, AMD ha fatto la sua mossa con il K6, che
lavorava a 166 MHz e offriva a sua volta le estensioni MMX. Per la prima volta, era supportata la
memoria SDRAM, che forniva un grande incremento prestazionale. C'erano moduli da 60 ns
(EDO) o 70 ns (FastPage). La velocità di trasferimento di memoria era di circa 90 MB al secondo
e la massima quantità installabile era di 384 MB. Praticamente nello stesso momento, fu
introdotto il form factor ATX. Delle nuove specifiche per gli alimentatori permettevano al
computer di entrare in modalità stand by o di spegnersi e accendersi tramite software.
L'introduzione dell'interfaccia AGP fornì più velocità rispetto quella PCI. Allo stesso tempo,
quando la memoria era molto costosa e lenta, Intel pensò di accedere direttamente alla memoria
RAM.
Intel diede fine all'era del Socket 7 con il Pentium 233 MMX, che raggiungeva una dissipazione
termica massima di 17 watt. Il produttore aveva pianificato anche un Pentium 266 MMX, ma poi lo
utilizzò solo come una variante mobile. Diversamente da Intel, che si stava concentrando sullo
Slot 1, AMD rimase fedele al Socket 7 ancora per due anni. Gli ultimi processori Socket 7 sono
stati l'AMD K6-III 500 e l'AMD K6-2+ 550. In termini di prestazioni, l'AMD K6-III 500 batteva molti
Pentium III. La ragione? La CPU integrava 256 KB di cache L2, che quando interagivano con i 2
MB di cache L3 sulla motherboard, portavano a prestazioni maggiori nonostante la soluzione
fosse meno costosa rispetto alla controparte Intel.
CPU Intel Pentium
Socket 370: da Aprile 1998 al Luglio 2001
Dall'Intel Celeron 233 al 533
Dal Pentium III/500 al 1133
Dal Celeron II/533 al 1100
Dal Celeron/Pentium III/1000 al 1400
•
•
Da Aprile 1998 a Gennaio 2000
Da Ottobre 1999 a Luglio 2001
Da Gennaio 2000 a Luglio 2001
Da Gennaio 2000 a Luglio 2001
Nel 1998 prese vita il Socket 370, disponibile in due versioni, la
PPGA e la FC-PGA. La PPGA era la predominante per i sistemi
OEM dato che era meno costosa da produrre. Solo i Celeron erano
prodotti nel package in plastica; le CPU Pentium III erano invece
prodotte nel pacchetto FC-PGA. Solo il Celeron Mendocino fu
prodotto in entrambe le versioni. Utilizzando una adattatore, le CPU
PPGA potevano essere utilizzate con lo Slot 1; per le versioni FCPGA non esisteva un adattatore.
L'ultimo core per Socket 370 fu il Tualatin, che vide il passaggio da
180 nm a 130 nm. Il Pentium III-S fu prodotto fino alla versione da
1.4 GHz e 512 KB L2. Questo core disponeva del "data prefetch
expansion", che ritroviamo ancora nei moderni Pentium 4.
CPU: Package
• È il contenitore che avvolge tutti i circuiti integrati
di cui è composto il processore e fornisce
l'interfaccia esterna (pin, ball o altri contatti) che
connette il processore alla motherboard (il
socket della motherboard).
• Sono stati inventati diversi package per i
processori e noi ne vedremo alcuni:
– PGA
– BGA
– LGA
PGA Pin Grid Array (PGA)
Ball Grid Array (BGA)
•
• BGA Succede a PGA dove però i pin sono
stati sostituiti da pallini. È stata la prima
soluzione trovata al problema legato alla
crescente esigenza di un maggior numero
di contatti (pin). Infatti la densità di pallini è
maggiore rispetto a quella ottenibile con i
pin.
•
•
•
•
I circuiti integrati di cui è composto il processore
vengono inseriti in un contenitore ceramico in cui una
faccia è ricoperta di una griglia di piedini di contatto
(pin).
Questi contenitori furono usati a cominciare con il
processore 286 nel 1980 e sono tuttora utilizzati sia
per i processori Pentium e Pentium Pro.
Questi piedini (pin) sono stati disegnati per potersi
inserire in una presa (socket) presente sulla scheda
madre, che di solito è del tipo ZIP (Zero Insertion
Force).
È stata poi creata una sua variante che dispone in
modo diverso i piedini l'SPGA (Staggered Pin Grid
Array) per poterne inserire di più in modo ravvicinato.
L'ultima variazione sul tema è FC-PGA(Flip-Chip Pin
Grid Array).
I processori con questo package si possono
connettere ai Socket370 e Socket478. Il Pentium III il
Celeron 533MHz hanno utilizzato qesto package. Una
revisione, FC-PGA2,è stata poi utilizzata per i Pentium
4, e i Celeron abbinati al Socket478. FC-PGA2 è stato
soppiantato dal package LGA775 usato per i nuovi
Pentium 4 e il Celeron D.
Land Grid Array (LGA)
•
•
•
•
PGA è il nuovo package dei processori della famiglia Intel
Pentium 4 e AMD Opteron.
Diversamente da PGA non ci sono pin da incastrare nel
socket. Al loro posto vi sono dei pad (cuscinetti) che toccano
dei pin presenti sulla motherboard.
Cambiano quindi i socket della motherboard SocketF
(Socket 1207) per AMD. P4 core Prescott e Xeon Socket T
(Socket 775) per i sistemi desktop Socket J (Socket 771) per
i sistemi server Intel ha deciso di passare a questo package
perchè garantisce contatti più larghi in grado di supportare
frequenze più alte. Nel contempo si può aumentare la
densità dei pin. Anche i nuovi processori di AMD hanno
bisogno di un maggior numero di pin senza occupare troppo
spazio della motherboard.
Non indifferente è il fatto che sia più economico di PGA e
BGA.
Lo strato di astrazione
dell'HARDWARE (HAL)
Insieme di istruzioni
(Instruction set)
• Un Hardware Abstraction Layer (HAL) è uno strato che
avvolge e nasconde la complessità dei circuiti fisici di cui
è costituito l'hardware.
• Viene implementato con del software è il suo obiettivo
principale è quello di nascondere le differenze hardware
presenti nelle diverse tipologie di microprocessori e
renderli a chi li usa più simili (così come per le automobili
di diverse marche).
• Ogni processore può dotarsi di diversi strati di astrazione
che si sovrappongono (ad esempio le API del kernel) ma
il primo che incontriamo è sicuramente l'HAL.
• I sistemi operativi adottano uno strato di astrazione
dell'hardware (HAL) che isoli il suo nocciolo (operating
system kernel) dai diversi tipi di hardware dei diversi
processori, rendendo il sistema operativo adattabile su
tutti questi processori.
• Un instruction set ("insieme d'istruzioni"), o Instruction
Set Architecture (ISA), descrive quegli aspetti
dell'architettura di un calcolatore che sono visibili al
programmatore, tra cui i tipi di dati nativi, le istruzioni, i
registri, le modalità di indirizzamento, l'architettura della
memoria, la gestione degli interrupt e delle eccezioni, e
l'eventuale I/O esterno.
• Un'ISA è una specificazione dell'insieme di tutti quei
codici binari (opcode) che rappresentano i comandi
implementati nativamente da un particolare design di
CPU. L'insieme degli opcode di una specifica ISA è detto
anche linguaggio macchina della ISA.
Insieme di istruzioni condiviso
•
•
•
A volte, il termine "instruction set architecture" è usato anche per
distinguere l'insieme suddetto di caratteristiche dalla
microarchitettura, che è l'insieme di tecniche di progettazione
utilizzate per implementare l'instruction set (tra cui microcodice,
pipeline, sistemi di cache e così via).
Computer con microarchitetture differenti possono condividere
l'instruction set. Ad esempio, l'Intel Pentium e l'AMD Athlon
implementano versioni quasi identiche dell'instruction set x86, pur
essendo al loro interno totalmente diversi.
Una ISA può anche essere emulata da un interprete software.
Poiché l'emulatore deve effettuare una traduzione da una ISA ad
una ISA differente, questa soluzione è in generale più lenta rispetto
ad una ISA implementata in hardware. Presso i produttori di nuove
ISA o microarchitetture, è pratica comune al giorno d'oggi quella di
rendere disponibili emulatori agli sviluppatori di software prima che
sia pronta l'implementazione hardware.
Elenco di ISA
•
Questa lista è tutt‘ altro che completa dato che le architetture nascono e muoiono continuamente. Inoltre
esiste un'enorme quantità di microprocessori e microcontrollori che implementano ISA di ogni genere.
Sono persino comuni per alcune applicazioni delle ISA personalizzate, ad esempio quelle di ARC
International, gli ASIC, le FPGA e le tecniche di reconfigurable computing.
ISA comunemente implementate in hardware
ISA comunemente implementate in software ma
con incarnazioni hardware
Alpha AXP (DEC Alpha)
p-Code (UCSD p-System Version III on Western Digital
Pascal Micro-Engine)
ARM (Acorn RISC Machine) (Advanced RISC Machine, oggi
ARM Ltd)
Java virtual machine (ARM Jazelle, PicoJava)
IA-64 (Itanium)
FORTH
MIPS
Motorola 68k
ISA mai implementate in hardware
PA-RISC (HP Precision Architecture)
SECD machine
POWER
ALGOL Object Code
PowerPC
SPARC
SuperH
System/360
Tricore (Infineon)
Transputer (STMicroelectronics)
VAX (Digital Equipment Corporation)
x86 (IA-32, Pentium, Athlon) (X86-64, EM64T)
x86
• E’ un set di istruzione corrispondente a una vecchia
architettura di microprocessore prodotta dalla Intel
(capostipite di tutte le architetture successive)
• Il maggior concorrente attualmente di Intel è AMD che
ha dotato tutti i propri processori con questo set.
• L'x86 ha un set di istruzioni CISC a lunghezza variabile.
Questa caratteristica era utile negli anni '70 e '80, perché
permetteva di risparmiare (costosa) memoria. In tempi
più recenti, la lunghezza variabile è diventata un tallone
d'achille che complica notevolmente il progetto dei nuovi
processori, i quali dedicano una parte consistente delle
loro risorse a "tradurre" il set di istruzioni x86 in uno più
razionale.
LA MEMORIA
•
•
In informatica, il termine memoria si
riferisce alle parti di un computer che
conservano informazioni per un certo
tempo.
Una memoria può essere considerata
astrattamente come una sequenza finita
di celle, in cui ogni cella contiene una
sequenza finita di bit. Normalmente i bit
sono gestiti a gruppi di otto, detti byte.
Pertanto lo spazio fisico della memoria
può essere pensato una sequenza di
locazioni, ognuna contenente un byte.
Ogni locazione è individuata da un
preciso indirizzo normalmente indicato
da un numero intero positivo.
Operazioni sulla memoria
•
•
•
•
Inizializzazione. È il trattamento che subisce la memoria prima
dell'uso normale. Alcuni tipi di memoria (per esempio la RAM
elettronica) non hanno bisogno di inizializzazione; per tali memorie,
il contenuto iniziale è impredicibile. Per le memorie a sola lettura,
l'inizializzazione consiste nella scrittura dei dati effettuata in fase di
produzione. Per i dischi magnetici, l'inizializzazione consiste nella
scrittura di dati che costituiscono un casellario in cui porre le
informazioni utili (la cosiddetta formattazione).
Scrittura. È l'operazione di memorizzazione delle informazioni. Un
esempio di scrittura è assegnare il byte 123 alla cella di indirizzo
1000.
Lettura. È l'operazione di recupero di informazioni memorizzate. Un
esempio di lettura è chiedere alla memoria il contenuto della cella di
indirizzo 1000.
Per parlare indifferentemente di lettura o di scrittura, si usa il termine
accesso. Per esempio, per indicare che una memoria è veloce sia in
lettura che in scrittura, si dice che ha un basso tempo di accesso.
Classificazione delle memorie
•
Le memorie per computer possono usare varie tecnologie, che forniscono
prestazioni e costi molto variabili. Spesso, per le memorie veloci ma dall'alto
costo unitario si usa l'espressione "memoria centrale" o "memoria
primaria", mentre per le memorie dal basso costo unitario ma lente si usa
l'espressione "memoria di massa" o "memoria secondaria".
•
Le memorie dei computer si possono classificare secondo i seguenti criteri:
– Ordine di accesso (memorie ad accesso diretto o memorie ad accesso
sequenziale).
– Possibilità di scrittura (memorie a lettura-scrittura, memorie scrivibili una sola
volta, memorie a sola lettura).
– Velocità di lettura.
– Velocità di scrittura.
– Costo unitario.
– Volatilità.
– Tecnologia (elettroniche, magnetiche, ottiche, magneto-ottiche).
Possibilità di scrittura
Ordine di accesso
• Le memorie ad accesso sequenziale possono essere
lette e scritte solamente all'indirizzo immediatamente
successivo all'indirizzo a cui è avvenuto l'accesso
precedente. I principali esempi di memorie ad accesso
sequenziale sono i nastri magnetici.
• Le memorie ad accesso diretto possono essere lette e
scritte a qualunque indirizzo, indipendentemente dalle
operazioni eseguite in passato. Sono dette anche
memorie ad accesso casuale, in quanto, dal punto di
vista del costruttore, la memoria non è in grado di
prevedere il prossimo indirizzo a cui l'utente della
memoria vorrà accedere.
Velocità di accesso e costo unitario
•
• Ecco gli esempi più diffusi per ognuno dei tre suddetti
tipi:
– Memorie a lettura-scrittura: carta con matita e gomma,
memorie elettroniche RAM, memorie elettroniche EEPROM,
dischi ottici CD-RW, dischi ottici DVD-RW, memorie elettroniche
flash, nuclei di ferrite, dischi magnetici rigidi (hard disk), dischi
magnetici flessibili (floppy disk), dischi magneto-ottici RW.
– Memorie scrivibili una sola volta: carta con penna, dischi
magneto-ottici WORM, dischi ottici CD-R, dischi ottici DVD-R,
memorie elettroniche PROM, memorie elettroniche EPROM.
– Memorie a sola lettura: carta stampata, memorie elettroniche
ROM, dischi ottici CD-ROM, dischi ottici DVD-ROM.
•
•
Per le memorie a lettura-scrittura, il tempo di lettura è normalmente vicino al
tempo di scrittura, per cui si parla genericamente di tempo di accesso. Per
le memorie scrivibili una sola volta, la scrittura può essere molto più lenta
della lettura; in tal caso, dato che la memoria verrà letta molte volte, si
considera come più significativo il tempo di lettura.
In generale, il costo unitario (cioè per byte) delle memorie cresce al
crescere della velocità di lettura. Pertanto, la classificazione per velocità di
lettura coincide sostanzialmente con la classificazione per costo unitario.
In base a tale criterio, si ha la seguente gerarchia:
– Registri della CPU, che forniscono la massima velocità di accesso, al massimo
costo unitario.
– Cache interna alla CPU, detta anche cache di primo livello.
– Cache esterna alla CPU, detta anche cache di secondo livello.
– Memoria centrale, detta anche memoria principale, e detta spesso
semplicemente (ma impropriamente) RAM.
– Tamburi magnetici, oggi in disuso.
– Dischi fissi (magnetici).
– Dispositivi inseribili e rimovibili "a caldo", cioè senza spegnere il computer,
come floppy disk, nastri, memorie flash, dischi ottici. Questi ultimi forniscono la
minima velocità di accesso, al minimo costo unitario.
Volatilità
•
In base alla volatilità, si hanno due categorie:
– Memorie che perdono le informazioni se non alimentate
elettricamente: lo sono la maggior parte delle memorie elettroniche
RAM.
– Memorie che mantengono le informazioni anche se non alimentate
elettricamente: lo sono tutti gli altri tipi di memoria.
•
I difetti e pregi delle memorie volatili
– Consumo di energia per conservare le informazioni.
– La necessità di una fonte di energia rende meno portabile e
maneggevole la memoria. I CD-ROM, per esempio, se dovessero avere
un'alimentazione a batteria per mantenere le informazioni, sarebbero
molto più costosi e scomodi.
– Persistenza delle informazioni in caso di malfunzionamento o
manutenzione del computer.
– Nonostante i loro difetti, le memorie volatili sono molto utilizzate, in
quanto hanno tempi di accesso molto inferiori a quelli di altre memorie.
CACHE
RAM
•
•
•
•
•
•
(nascondiglio, deposito segreto, in inglese) è un insieme di dati che viene raccolto in una
locazione temporanea, dove possa essere recuperato velocemente su richiesta. Le parole chiave
sono "temporanea" e "velocemente": in pratica, questo significa che non c'è nessuna certezza che
i dati si trovino nella cache, ma che convenga comunque fare un tentativo per verificarne
l'eventuale esistenza .
•
CACHE L1 e L2
è un particolare chip di memoria che è stato progettato per migliorare la perfomance
della memoria RAM.
Memorizzano le informazioni di uso frequente e le trasferisce nella CPU più
velocemente che la RAM.
Molti computer hanno due livelli di memoria cache separati:
•
•
–
–
•
•
•
cache L1 inserita nella CPU
cache L2 collocata tra la CPU e la RAM
La cache L1 è più veloce della L2 perchè collocata all'interno della CPU e quindi
viaggia alla stessa velocità.
E' il primo luogo che la CPU visita per recuperare dati. Se non trova ciò che cerca
prosegue guardando all'interno della cache L2 e solo alla fine guarda in RAM.
Sia la cache L1 che L2 è costituita da chip SRAM
•
•
•
RAM, acronimo usato nell'informatica per Random Access
Memory,
è il supporto di memoria su cui è possibile leggere e scrivere
informazioni con un accesso "casuale", ovvero senza dover
rispettare un determinato ordine sequenziale, come ad esempio
avviene per un nastro magnetico.
costituisce la memoria primaria dell'elaboratore.
A seconda dall'architettura usata, la CPU può accedere
direttamente alla memoria oppure accedervi tramite appositi
controller.
Nel caso di sistemi multiprocessore, la memoria primaria può essere
condivisa da più processori oppure può essere partizionata, nel qual
caso ogni processore dispone di una sua memoria privata.
Il processore carica dalla RAM, quando non presenti nella sua
cache interna, le istruzioni da eseguire e i dati da elaborare per poi
riscriverli nuovamente in RAM.
Poiché generalmente è più lenta del processore, la sua velocità è un
fattore determinante per le prestazioni dell'intero calcolatore.
RAM: tipo SRAM
• Static Random Access Memory, ovvero RAM
statica. In questo tipo di RAM ogni cella è
costituita da un "flip flop" realizzato da due porte
logiche.
• Consentono di mantenere le informazioni per un
tempo infinito, sono molto veloci, consumano
poco e quindi dissipano poco calore. La
necessità di usare molti componenti, però, le
rende molto costose e difficili da impacchettare.
• Sono solitamente usate per le memorie cache,
dove elevate velocità e ridotti consumi sono
caratteristiche fondamentali
RAM: tipo DRAM
•
•
•
•
•
Dinamic Random Access Memory, ovvero RAM dinamica.
Questo tipo di RAM è costituito, a livello concettuale, da un transistor che
separa un condensatore, il quale mantiene l'informazione, dai fili di dati. A
livello pratico non viene usato un vero condensatore ma si sfruttano le
proprietà elettriche dei semiconduttori usati. È così possibile usare un solo
componente per ogni cella di memoria, con costi molto ridotti e la possibilità
di aumentare notevolmente la densità di memoria.
A causa del non perfetto isolamento il condensatore si scarica, quindi dopo
un breve lasso di tempo il suo contenuto diventa inaffidabile. Si rende
necessario perciò ricaricarlo provvedendo ad eseguire un'operazione di
lettura e riscrittura entro il tempo massimo in cui il contenuto può essere
considerato ancora valido. Queste operazioni sono eseguite da un circuito
interno alle memorie stesse. Oltre a comportare un certo dispendio di
energia rendono più lenta la memoria in quanto, mentre si sta eseguendo il
rinfresco, non è possibile accedere alla memoria.
Le DRAM sono asincrone, ovvero l'accesso in scrittura ed in lettura è
comandato direttamente dai segnali in ingresso al contrario delle memorie
sincrone in cui il passaggio da uno stato all'altro è sincronizzato ad un
segnale di clock.
Sono generalmente usate per la memoria principale del sistema perché
consentono di ottenere un grande capienza e sono economiche
RAM: tipo SDRAM
RAM: tipo DDR SDRAM
• Sincronous Dinamic Random Access Memory,
ovvero DRAM sincrone. Si differenziano dalle
DRAM normali per il fatto che l'accesso è
sincrono, ovvero governato dal clock.
• E' un tipo di RAM utilizzata nelle DIMM per la
memoria principale dei personal di tipo
Pentium e successivi. Un segnale di clock
temporizza e sincronizza le operazioni di
scambio di dati con il processore, raggiungendo
una velocità almeno tre volte maggiore delle
SIMM con EDO RAM.
• Sincronous Dinamic Random Access Memory Double
Data Rate, ovvero SDRAM con Data Rate doppio.
• Si differenziano dalle SDRAM per il fatto che consentono
il trasferimento dei dati sia sul fronte positivo del clock
sia su quello negativo, consentendo così di raddoppiare
la banda teorica (in pratica, l'overhead dell'accesso
iniziale alla memoria rende minore l'incremento di
prestazioni).
• Sono ottenute organizzando la memoria in due banchi
separati, uno contiene le posizioni pari, a cui si accede
sul fronte positivo del clock, e l'altro le posizioni dispari,
alle quali si accede sul fronte negativo del clock.
RAM: package
•
RAM: tipici MODULI
Le RAM a semiconduttore vengono
prodotte come circuiti integrati (IC).
Questi IC RAM vengono a loro volta
assemblati in moduli plug-in standard
come:
– Single in-line memory module (SIMM)
– Dual in-line memory module (DIMM)
– Rambus modules are actually DIMMs,
but are often referred to (by Rambus
themselves and others) as RIMMs due
to their proprietary slot.
– Small outline DIMM (SO-DIMM).
Smaller version of the DIMM, used in
laptops. Comes in versions with 72 (32
bit), 144 (64 bit), 200 (72 bit) pins
– Small outline RIMM (SO-RIMM)
SIMM-30pin
SIMM-72pin
DIMM
•
•
•
•
DIP 16-pin (RAM chip, usually pre-FPRAM)
SIPP (usually FPRAM)
SIMM 30-pin (usually FPRAM)
SIMM 72-pin (so-called "PS/2 SIMM", usually
EDO RAM)
• DIMM 168-pin (SDRAM)
• DIMM 184-pin (DDR SDRAM)
• DIMM 240-pin (DDR2 SDRAM)
DDR-DIMM
BUS
• Tutti i componenti di base del computer
sono collegati attraverso un assieme di
linee di comunicazione che vengono
chiamate bus.
• Il bus è un canale sincrono attraverso cui
diversi componenti elettronici (quali ad
esempio le varie parti di un computer)
dialogano fra loro.
Bus di SISTEMA
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•
•
•
Il bus di sistema, presente in tutti i microcalcolatori, è composto da
50 a 100 fili in rame incisi sulla scheda madre ed è dotato di
connettori separati ad intervalli regolari per l’innesto dei moduli di
memoria e di I/O.
Si tratta di una serie di connessioni elettriche ognuna delle quali può
trasmettere cifre binarie (0 o 1) in successione, l'insieme delle quali
(che può essere o meno interpretato come un valore numerico) è
interpretato dai vari componenti del sistema secondo protocolli
prestabiliti.
Un bus che collega 2 componenti appartenenti alla stessa scheda
integrata è detto bus interno (internal bus) (di solito proprietario), se
collega due componenti generici è detto bus esterno (external bus).
Se c’è un solo bus esterno è detto bus di sistema (system bus).
Il bus di sistema si divide in tre bus minori:
Bus di SISTEMA
•
– È il bus sul quale transitano le informazioni.
– È usufruibile da tutti i componenti del sistema, sia in scrittura sia in lettura.
•
•
•
ISA (Industry Standard Architecture Bus)
– Evoluzione dei bus PC bus e PC/AT bus utilizzati nei primi PC (8086,
80286). Sviluppato da un consorzio in contrapposizione all’IBM
Microchannel. Contiene 64 + 36 linee:
– 20 + 4 linee indirizzi
– 8 + 8 linee dati
– Sincrono con clock a 8.33 MHz. Estensione a 32 bit: EISA
PCI (Peripheral Component Interconnect Bus)
– Bus di sistema PC, (ma anche Apple, Sun). Sviluppato dalla Intel nel 1992 (in
sostituzione del bus ISA). Diverse versioni: PCI, PCI 2.0, PCI 2.1, PCI 2.2, PCIX, PCI-X DDR. 32 – 64 linee dati-indirizzi (sovrapposte) (multiplexed) Clock a 33
– 66 – 133 – 266 MHz. Alimentazione 5 – 3,3 volts. Il trasferimento che avviene
attraverso un bus PCI è un "burst", composto da una fase di indirizzamento e da
una o più fasi di dato. Bassa latenza ed elevato throughput.]
•
PCI X
– Il PCI X è un 'evoluzione del PCI. É stata sviluppata dallo stesso consorzio che
sviluppo il PCI e fornisce una larghezza di banda fino a 4 Gbyte. Pur avendo
prestazioni molto più elevate del PCI è retrocompatibile con le periferiche PCI e
quindi permette il riutilizzo delle schede PCI.
•
PCI Express
Bus indirizzi
– È il bus attraverso il quale la CPU decide in quale indirizzo andare a scrivere o a
leggere informazioni; sia le celle di memoria (RAM) sia le preriferiche di I/O
(Input/Output) sono infatti divise in zone, ognuna delle quali ha un dato indirizzo.
Dopo aver comunicato l'indirizzo tramite questo bus, la scrittura o lettura avviene
normalmente tramite il bus dati.
– Naturalmente questo bus è fruibile in scrittura solo dalla CPU ed in lettura dagli
altri componenti, in quanto tramite questo bus viene dato solo l'indirizzo della
cella, che è deciso dalla CPU.
•
Bus controlli
– Il bus controlli è un insieme di collegamenti il cui scopo è coordinare le attività del
sistema; tramite esso, la CPU può decidere quale componente deve scrivere sul
bus dati in un determinato momento, quale deve leggere l'indirizzo sul bus
indirizzi, quali celle di memoria devono scrivere e quali invece leggere, etc. Infatti
la memoria e tutti gli altri componenti comunicano con la CPU attraverso un
unico bus condiviso; questo significa che senza un controllo da parte dalla CPU
si verrebbero a creare dei conflitti e delle collisioni.
– bus dati
– bus indirizzi
– bus controlli
TIPI di BUS e
SLOT di ESPANSIONE
Bus dati
BUS Periferici
•
•
•
USB (Universal Serial Bus)
– Bus per il collegamento di periferiche (lente). Sviluppato nel 95 da un consorzio: (Compact, HP, Intel,
Lucent, Microsoft, Nec, Philips). Carateristiche: flessibilità, semplicità; un unico bus per molte periferiche;
non sono necessari dispositivi di controllo e porte dedicate; facilmente espandibile; economico; connessioni
a caldo; supporto dispositivi tempo reale (audio - telefono).
– Il cavo è composto da 4 fili: massa, alimentazione (5V), Dati+, Dati-.
– Larghezza di banda:
– USB 1.0: 1.5 Mb/s;
– USB 1.1: 12 Mb/s;
– USB 2.0: 480 Mb/s.
SCSI (Small Computer System Interface)
– Collegamento per dispositivi interni o esterni al computer: dischi rigidi (dischi SCSI), ma anche CD - DVD –
unità nastro - stampanti.
– versioni: SASI (’79), SCSI-1, SCSI-2, Fast SCSI-2, Fast & wide SCSI-2, SCSI-3 Ultra.
– frequenze: 5 – 10 – 20 – 40 – 80 – 160 MHz
– linee di dati: 8 - 16 line
– banda passante 5 - 320 MB/sec
– Collega sino a 7- 15 controllori (unità) e massimo 2048 periferiche per controllore. Collegamento a cascata,
con terminatore. Semplice ed economico. Parte della logica delegata ai controllori. 50 fili - 25 di massa per
eliminare disturbi (8 dati — 1 parità — 9 controllo — 7 alimentazione e usi futuri). Asincrono: con protocollo
di hand-shake. Arbitraggio decentralizzato: utilizzo linee dati, priorità prestabilita.
FireWire (IEEE 1394)
– Molte similitudini con l’USB: bus seriale con alimentazione (60W), sviluppato da un consorzio di aziende
(1984 - Apple, 1995 Standard, ma con Royalties), connessioni a caldo, meccanismi di identificazione,
struttura ad albero. Differenze FireWire – USB
– maggiori prestazioni e costi: destinato a periferiche veloci;
– differenze nei protocolli: le comunicazioni non iniziano necessariamente dal Root
– non necessita di un calcolatore (Root Hub) di riferimento.
– alcuni protocolli simili al bus SCSI.