il calcolatore elettronico prof. eugenio chiriaco [email protected] lezione 2 i.t.i.s....
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Il Calcolatore ElettronicoIl Calcolatore Elettronico
Prof. Eugenio Chiriaco
Lezione 2
I.T.I.S. I.T.I.S. A. VoltaA. Volta di Lodi di Lodi
AS 2010-2011AS 2010-2011
ContenutiContenuti La macchina di Von NeumannLa macchina di Von Neumann Il Clock di un calcolatoreIl Clock di un calcolatore Il processore (CPU)Il processore (CPU) La memoria di lavoro (RAM)La memoria di lavoro (RAM) La gerarchia delle memorieLa gerarchia delle memorie Il BUSIl BUS La scheda madre di un calcolatoreLa scheda madre di un calcolatore
John Von NeumannJohn Von Neumann
MatematicaMatematica
concetto di classeconcetto di classe
FisicaFisicaAssiomatizzazione della meccanicaAssiomatizzazione della meccanica
quantisticaquantistica
EconomiaEconomiaTeoria dei giochiTeoria dei giochi
InformaticaInformaticaStruttura del calcolatoreStruttura del calcolatore
(1903-1957)
Macchina di Von NeumannMacchina di Von Neumann
PROCESSORE MEMORIA
BUS
(cpu) (ram)
Interfacciamento con l’esternoInterfacciamento con l’esterno
Mondo EsternoCPU RAM
Struttura del CalcolatoreStruttura del Calcolatore
PROCESSORE
MEMORIA
BUS
I/O I/O
I/O I/O
DiscoStampante
tastiera Video
Struttura del CalcolatoreStruttura del Calcolatore
PROCESSORE
MEMORIA
BUS
PS/2 Scheda Video
USB EIDE
DiscoStampante
tastiera Video
MotherboardMotherboard
Tutta l’elettronica del calcolatore è contenuta nella scheda madre Tutta l’elettronica del calcolatore è contenuta nella scheda madre (motherboard)(motherboard)
RAM
CPU
BUS
EIDEEIDE
ROM
USBCOM LPTPS/2
CHIPSET
CACHE
clock
SA
TA
AGP
Il Segnale di SincronismoIl Segnale di Sincronismo
Tutte le attività del calcolatore sono eseguite sullaTutte le attività del calcolatore sono eseguite sulla
base di un segnale elettrico detto di sincronismobase di un segnale elettrico detto di sincronismo
(Clock o temporizzatore) caratterizzato da una(Clock o temporizzatore) caratterizzato da una
frequenza ben precisa (es. 2GHz)frequenza ben precisa (es. 2GHz)
t
CPUCPU
CPUCPU
Principali funzioni del processorePrincipali funzioni del processore
• Esegue le istruzioni contenute nella memoria centrale (ciclo Esegue le istruzioni contenute nella memoria centrale (ciclo macchina) sulla base di un segnale di sincronismo (clock)macchina) sulla base di un segnale di sincronismo (clock)
• Consente di fare le operazioni aritmetiche e logiche fraConsente di fare le operazioni aritmetiche e logiche fra
gli operandi contenuti nei registrigli operandi contenuti nei registri
• Consente di dialogare con tutte le periferiche connesse al Consente di dialogare con tutte le periferiche connesse al bus (per leggere o scrivere dati)bus (per leggere o scrivere dati)
Unità di Controllo
Unità Aritmetico
logica
Registri
Memoria Principale
Disco Video
CPU
Periferiche
bus
CPUCPU
RAMRAM
Principali caratteristiche di una RAMPrincipali caratteristiche di una RAM
• Logicamente è una successione di celle elementari Logicamente è una successione di celle elementari denominate bytedenominate byte
• Il numero complessivo di byte ne determina la capacitàIl numero complessivo di byte ne determina la capacità• Ogni cella di memoria possiede un indirizzo unicoOgni cella di memoria possiede un indirizzo unico• Ogni cella di memoria può essere letta o scrittaOgni cella di memoria può essere letta o scritta• La velocità di lettura/scrittura è imposta da un segnale di La velocità di lettura/scrittura è imposta da un segnale di
sincronismosincronismo• Contiene il programma che deve essere eseguito dalla cpuContiene il programma che deve essere eseguito dalla cpu• Contiene tutti i dati che devono essere usati dal programmaContiene tutti i dati che devono essere usati dal programma (in arrivo da una periferica di input)(in arrivo da una periferica di input)• Contiene tutti i dati ottenuti come risultato del programmaContiene tutti i dati ottenuti come risultato del programma (da inviare ad una periferica di output)(da inviare ad una periferica di output)
RAMRAM
RAMINDIRIZZI DATI
CONTROLLI
Registri
Cache
Memoria principale
Dischi magnetici
Nastri Dischi ottici
+lente+capacita`di memorizzazione
Da 32KB a alcuni MB
Da 512MB a decine di GB
Da alcuni GB a decine di TB
Unità rimovibileUnità di Backup
La Gerarchia delle MemorieLa Gerarchia delle Memorie
RamRam
EsercizioEsercizio
Calcolare i bit di indirizzamento necessariCalcolare i bit di indirizzamento necessari
per indirizzare le seguenti RAM:per indirizzare le seguenti RAM:
1. 1024 KB1. 1024 KB
2. 64 MB2. 64 MB
3. 512 MB3. 512 MB
4. 2 GB4. 2 GB
5. 128 GB5. 128 GB
(NOTA: bit = log(NOTA: bit = log2 Capacità)
BUSBUS
BUS-dati (scambio dati cpu BUS-dati (scambio dati cpu ram e cpu ram e cpu dispositivo I/O) dispositivo I/O)
BUS-indirizzi (locazione di memoria o dispositivo di ingresso/uscita)BUS-indirizzi (locazione di memoria o dispositivo di ingresso/uscita)
BUS-controlli (segnali di controllo).BUS-controlli (segnali di controllo).
I dispositivi di ingresso/uscita vengono collegati al BUS di sistemaI dispositivi di ingresso/uscita vengono collegati al BUS di sistema
attraverso opportuni SLOT (PCI, ISA, EISA, AGP).attraverso opportuni SLOT (PCI, ISA, EISA, AGP).
IL BUS lavora con una frequenza propriaIL BUS lavora con una frequenza propria
BUS BUS
ISA (Industry Standard Architecture)ISA (Industry Standard Architecture) Bus (dati) a 8 bit con frequenza di 8.33 MHzBus (dati) a 8 bit con frequenza di 8.33 MHz
EISA (Enhanced ISA)EISA (Enhanced ISA) Bus (dati) a 16 bit con frequenza di 8.33 MHzBus (dati) a 16 bit con frequenza di 8.33 MHz
Le schede ISA sono compatibili con le schede EISALe schede ISA sono compatibili con le schede EISA
BUS EISA BUS EISA
Bit RateBit RateLa velocità di trasmissione delle informazioniLa velocità di trasmissione delle informazionibinarie su un canale di comunicazione sibinarie su un canale di comunicazione siesprime mediante la esprime mediante la bit ratebit rate (tasso di bit). (tasso di bit).
La La bit ratebit rate di un canale esprime la quantità di un canale esprime la quantitàdi bit al secondo che possono essere di bit al secondo che possono essere trasmessi.trasmessi.
La La bit ratebit rate di un canale si esprime in bps o di un canale si esprime in bps oB/sec (dove B denota il Byte = 8 bit)B/sec (dove B denota il Byte = 8 bit)
BUSBUS
Bit Rate (esempi)Bit Rate (esempi)
Calcolare la Calcolare la bit ratebit rate di un bus ISA di un bus ISA
8(bit) x 8,33(MHz) = 66,6 Mbps8(bit) x 8,33(MHz) = 66,6 Mbps
1(Byte) x 8,33(MHz) = 8,33 MB/sec1(Byte) x 8,33(MHz) = 8,33 MB/sec
66,6 Mbps = 8,33 MB/sec66,6 Mbps = 8,33 MB/sec
BUSBUS
Bit Rate (esempi)Bit Rate (esempi)
Calcolare la Calcolare la bit ratebit rate di un bus EISA di un bus EISA
16(bit) x 8,33(MHz) = 133,2 Mbps16(bit) x 8,33(MHz) = 133,2 Mbps
2(Byte) x 8,33(MHz) = 16,6 MB/sec2(Byte) x 8,33(MHz) = 16,6 MB/sec
133,2 Mbps = 16,6 MB/sec133,2 Mbps = 16,6 MB/sec
BUSBUS
BUSBUS
PCI (Peripheral Component Interconnect)PCI (Peripheral Component Interconnect) Bus (dati) a 32 bit con frequenza di 33 MHzBus (dati) a 32 bit con frequenza di 33 MHz
Bus (dati) a 64 bit con frequenza di 66 MHzBus (dati) a 64 bit con frequenza di 66 MHz
PCI-X 133 (PCI eXtended)PCI-X 133 (PCI eXtended) Bus (dati) a 64 bit con frequenza di 133 MHz (circa 1GB/sec)Bus (dati) a 64 bit con frequenza di 133 MHz (circa 1GB/sec)
PCI-X 266PCI-X 266 Bus (dati) a 64 bit con frequenza di 266 MHzBus (dati) a 64 bit con frequenza di 266 MHz
PCI-X 533PCI-X 533 Bus (dati) a 64 bit con frequenza di 533 MHzBus (dati) a 64 bit con frequenza di 533 MHz
EsercizioEsercizio
Calcolare la bit rate (Mbps e MB/sec)Calcolare la bit rate (Mbps e MB/sec)
dei seguenti bus:dei seguenti bus:
PCI 32 bitPCI 32 bit
PCI-X 133PCI-X 133
PCI-X 266PCI-X 266
PCI-X 533PCI-X 533
BUS PCIBUS PCI
BUS PCI ExpressBUS PCI Express
PCI Express 4x, 16x, 1x, 16x sotto uno slot PCI tradizionale a 32 bit
BUS AGPBUS AGP
Accelerated Graphics PortAccelerated Graphics Port
Canale di comunicazione ad alta velocità per collegare la scheda Canale di comunicazione ad alta velocità per collegare la scheda video.video.
RAM
CPU
SchedaVideo
AGP
BUS AGPBUS AGP
AGPAGP
AGP 1x velocità 266 MB/secAGP 1x velocità 266 MB/sec
AGP 2x velocità 533 MB/secAGP 2x velocità 533 MB/sec
AGP 4x velocità 1064 MB/secAGP 4x velocità 1064 MB/sec
AGP 8x velocità 2.1 GB/secAGP 8x velocità 2.1 GB/sec
CHIPSETCHIPSET
Insieme di circuiti presenti sulla scheda madre che svolgono dueInsieme di circuiti presenti sulla scheda madre che svolgono due
funzioni fondamentali:funzioni fondamentali:
1. Memory Controller Hub (MCH)1. Memory Controller Hub (MCH)
controlla la comunicazione fra CPU e RAM e fra CPU e AGPcontrolla la comunicazione fra CPU e RAM e fra CPU e AGP
2. I/O Controller Hub (ICH)2. I/O Controller Hub (ICH)
controlla la comunicazione fra CPU e le Periferiche connesse alcontrolla la comunicazione fra CPU e le Periferiche connesse al
sistema attraverso PCI, EIDE, USB, COM, LPT, PS/2, SCSI. sistema attraverso PCI, EIDE, USB, COM, LPT, PS/2, SCSI.
MotherboardMotherboard
esercitazioneesercitazione
Alimentare la motherboardAlimentare la motherboard Inserire i moduli della RAMInserire i moduli della RAM Inserire la CPU nella relativa socketInserire la CPU nella relativa socket Collegare il circuito di ventilazione alla CPUCollegare il circuito di ventilazione alla CPU Collegare lo speaker alla motherboardCollegare lo speaker alla motherboard Collegare la scheda video nello slot AGP o PCICollegare la scheda video nello slot AGP o PCI Collegare monitor e tastiera alla motherboardCollegare monitor e tastiera alla motherboard Alimentare il computer ed entrare nel BIOSAlimentare il computer ed entrare nel BIOS Controllare la memoria riconosciuta e provvedere ad un Controllare la memoria riconosciuta e provvedere ad un
aggiornamentoaggiornamento Collegare un drive per FLOPPY-DISK (A)Collegare un drive per FLOPPY-DISK (A) Eseguire il Eseguire il bootboot da dischetto usando il sistema operativo MS-DOS da dischetto usando il sistema operativo MS-DOS Collegare un secondo drive per FLOPPY-DISK (B)Collegare un secondo drive per FLOPPY-DISK (B)