Hardware

Caratteristiche

 TEMPO DI ACCESSO (access time) indica il tempo richiesto affinché il

Computer possa ritrovare i dati registrati per poterli elaborare poi in memoria

Centrale (è espresso con i sottomultipli del secondo)

 CAPACITA’ indica la quantità di informazioni che il supporto può contenere

(è espresso in numero di byte )

 VELOCITA’ DI TRASFERIMENTO DEI DATI indica la rapidità con la quale i

dati vengono trasferiti dal supporto dal supporto alla memoria centrale

(si misura in Kbyte per secondo (KBps) o Mbyte per secondo (MBps))

I supporti per le memorie di massa si dividono in 4 grandi

categorie, vediamo per ognuna di esse i principali rappresentanti:



dischi magnetici :



dischi ottici



dischi magneto-ottici



nastri magnetici  Dischi magnetici

Sono dischi sui quali la memorizzazione dei dati avviene

magnetizzando la superficie, tramite un’apposita testina di

lettura/scrittura. Sullo stesso disco i dati possono essere scritti,

cancellati e riscritti per un numero indefinito di volte senza

logorare il supporto. I dischi magnetici sono volatili per natura, un

forte campo magnetico è sufficiente a cancellarne l'intero

contenuto in pochi istanti, per questo motivo vanno tenuti distanti

dalle fonti di campo, come trasformatori di potenza o grosse

calamite.

Floppy: Sono i comuni dischetti, possono contenere fino a 1,44 MByte (dei

vecchi modelli, ormai fuori commercio, potevano contenere solo 720 KB).

Sono caratterizzati da una velocità di lettura/scrittura molto bassa rispetto

a quella degli altri dischi.

Il foro in basso a sinistra serve per proteggere il disco da scrittura nel caso

si volessero preservare dei dati importanti da cancellazioni accidentali;

quando il foro è scoperchiato il disco è protetto da scrittura, quando il foro

è coperto il disco è nuovamente scrivibile. Tutti i supporti magnetici

estraibili possiedono un meccanismo di protezione simile a questo.

Hard disk: sono dischi contenuti all’interno del computer e non sono

normalmente estraibili né visibili dall’esterno. I primi modelli avevano

una capacità di pochi MByte, i modelli oggi in commercio arrivano fino

ad alcune decine di GByte, ma escono continuamente modelli nuovi di

capacità sempre maggiore.

Zip: Somigliano ai dischetti floppy ma sono un po' più grandi e la forma

è un po’ diversa. Esistono da 100 e 250 MByte e necessitano di un

drive apposito, diverso da quello dei floppy. Sono piuttosto costosi (da

circa 10 Euro a circa 25 Euro l'uno, a seconda della capacità).

 dischi ottici

sono dischi su cui la memorizzazione dei dati avviene “bruciando”

con un laser la superficie, che da lucida diviene così opaca.

Normalmente i dati scritti su un disco ottico non possono più

essere cancellati, esistono tuttavia dei dischi particolari (CD

riscrivibili) che consentono la cancellazione e la riscrittura per un

numero comunque limitato di volte (ad ogni cancellazione la

superficie tende a deteriorarsi sempre di più finché non diventa

inutilizzabile).

CD-ROM (Compact Disk): sono esattamente gli stessi CD usati per la

musica, la sigla ROM (Read Only Memory) indica il fatto che i dati, una volta

scritti su CD, sono indelebili e potranno essere soltanto letti.

La capacità tipica è di 650 MByte (che nei CD audio corrisponde a 74 minuti

di registrazione), ma esistono anche modelli leggermente più capienti.

Un CD vergine (scrivibile con un masterizzatore) costa da 50 centesimi a 2

Euro, a seconda della marca e della qualità. I più economici sono

ovviamente più soggetti a difetti di fabbricazione. Esistono anche modelli

che presentano un lato stampabile (usando stampanti particolari).

La scrittura su CD è sempre un'operazione piuttosto complessa e delicata

in quanto deve avvenire seguendo un ritmo costante e senza interruzioni.

Se, per qualunque motivo, il flusso di dati durante la scrittura rimane bloccato,

il CD è da buttare e bisogna ricominciare tutto da capo con uno nuovo.

DVD (Digital Versatile Disk): Esteriormente sono in tutto simili

ai CD-ROM, ma di norma contengono 4,7 GByte. Sono usati

da alcuni anni soprattutto per i film digitali, tuttavia possono

benissimo contenere anche i normali dati come i CD-ROM; il

problema è che lo standard dei DVD ancora non è stato definito

del tutto, comunque a partire dall'estate 2001 si trovano in

commercio i primi masterizzatori per DVD ad un prezzo

abbordabile

Per leggere i DVD occorre un lettore CD appropriato (i normali

drive per CD non sono in grado di farlo). Il lettore DVD è invece

sempre in grado di leggere anche i normali CD-ROM.

(Per maggiori dettagli andate su www.wikipedia.it)



dischi magneto-ottici

sono dischi a supporto magnetico, su cui però la scrittura dei dati

può avvenire solo dopo un forte riscaldamento della superficie con

un fascio laser. A temperatura ambiente i dischi magneto-ottici

non sono sensibili ai campi magnetici e questo li mette al riparo

dalle cancellazioni accidentali. I dischi magneto-ottici esistono in

numerosi modelli, con capacità che arriva fino ad alcuni GByte, e

richiedono la presenza di un apposito drive. Furono messi in

commercio nella seconda metà degli anni '80, prima dell'avvento

dei CD-ROM, ma non hanno mai preso campo, sia per il costo

eccessivo (soprattutto del drive), sia per la contemporanea

affermazione degli hard disk e dei CD. Rimangono in uso solo in

alcuni sistemi dove è richiesto il frequente salvataggio di una

grande quantità di dati in condizioni di sicurezza (per es. nelle

banche). 

nastri magnetici

Vengono usati dagli amministratori di grandi sistemi di

computer per creare periodicamente copie (Backup) del

contenuto degli hard disk, in modo da salvare i dati qualora se

ne guastasse uno. La lettura/scrittura è però molto lenta (può

richiedere alcune ore), per questo l'operazione di backup viene

lanciata tipicamente durante la notte.

Una quinta categoria di supporti di memoria era costituita da schede perforate e nastri

perforati, che però sono caduti completamente in disuso già da alcuni decenni. Si

trattava di cartoncini o nastri di carta sui quali i bit venivano rappresentati con fori

presenti/assenti. Erano estremamente scomodi da usare, lenti e ingombranti. Sparirono

del tutto con l'avvento dei primi floppy e ormai sono considerati articoli da museo della

scienza. Memoria Cache

PROBLEMA: Sebbene la RAM sia veloce, non è abbastanza

veloce da “star dietro” ai moderni processori.

CONSEGUENZA: il processore perde tempo ad aspettare l’arrivo

dei dati dalla RAM.

SOLUZIONE: Inserire tra processore e RAM una memoria

particolarmente veloce dove tenere i dati usati più spesso

(memoria cache) In questo modo, la prima volta che il

microprocessore carica dei dati dalla memoria centrale, tali dati

vengono caricati anche sulla cache le volte successive, i dati

possono essere letti dalla cache (veloce) invece che dalla

memoria centrale (più lenta)

Ma se abbiamo memorie così veloci,perché non le usiamo per

costruire tutta la RAM?

Semplice...perché costano molto!!

Lo schema di Von Neumann

Unità di elaborazione

Unità di

input Memoria C.P.U.

centrale Unità di

output

Memorie di

massa

L’unità centrale (CPU)

Tre tipologie di istruzioni



Istruzioni aritmetico-logiche



Controllo del flusso delle istruzioni



Trasferimento di informazioni

è composta da:

 Unità aritmetico-logica (ALU)

 Unità di controllo (CU)

 Registri Legge le istruzioni dalla memoria e

ne determina il tipo (quindi gestisce il

Funzionamento delle varie parti)

Esegue le operazioni necessarie per

Eseguire le istruzioni

Sono memorie ad alte velocità usate

Per risultati temporanei e informazioni

di controllo

Esistono diversi tipi di registri

–

PC (Program Counter): contiene l’indirizzo di M.C. in cui

è memorizzata l’istruzione da eseguire

–

IR (Registro dell’Istruzione): contiene l’istruzione in

fase di esecuzione

–

Registri Accumulatori: contengono i dati su cui

l’istruzione deve agire e i risultati ottenuti da tale azione

–

SR (Registro di Stato): contiene caratteri di controllo

relativi al funzionamento della CPU

Il ciclo macchina

FETCH-DECODE-EXECUTE

(leggi-decodifica-esegui)

INIZIO

Reperimento nella M.centrale

Fetch dell’istruzione da eseguire

Trasferimento dell’istruzione nel

registro istruzioni (I.R.)

macchina Decodifica dell’istruzione

e aggiornamento del P.C.

Decode Trasferimento dei dati da elaborare dalla M.C. ai

Ciclo registri accumulatori

Attivazione della A.L.U.

Execute SI

Esecuzione dell’istruzione e memorizzazione

dei risultati nei registri accumulatori Altre NO FINE

Trasferimento dei risultati nella M.C. istruzioni

Il “ciclo macchina”

Il “ciclo macchina”

M.C. C.P.U.

7 Registri Accumulatori

Dati 4 6

I.R.

2 A.L.U.

3

P.C.

Istruzioni 1 5 S.R.

Unità di controllo

4-

6-

5-

L’Unità

3-

L’ALU

L’Unità

L’Unità

di

esegue

di

controllo

di

controllo

controllo

l’istruzione

comanda

attiva

interpreta

e

i circuiti

pone

il trasferimento

l’istruzione

i risultati

della ALU

nei

e

dei

2-

7-

L’istruzione

1- L’Unità

individuata

di controllo

viene

comanda

trasferita

la lettura

nel Registro

dati

aggiorna

da elaborare

il P.C.

necessari

Registri

inserendovi

(operandi

per

Accumulatori

dell’istruzione)

l’esecuzione

l’indirizzo dell’istruzione

nei Registri

(prelevamento)

risultati dai Registri

dell’Istruzione

dell’istruzione

Accumulatori

(I.R.)

da eseguire,

alla Memoria

cioè di

successiva

Accumulatori

da eseguire

quella memorizzata all’indirizzo

Centrale contenuto nel P.C.

Esempio: vogliamo sommare due numeri

Esprimiamo in esadecimale l’indirizzo della memoria dove si trovano

il primo numero (7A3) ed il secondo numero (8A7) e l’indirizzo dove

andare a memorizzare il risultato (B92). R2 R3 R7

7A3 4 Registri accumulatori 6

8A7 7 I.R.

B92 2 ALU

3

P.C. 5

1

istruzioni Unità di controllo S.R.

4-

6-

5-

L’Unità

3-

L’ALU

L’Unità

L’Unità

di

esegue

di

controllo

di

controllo

controllo

l’istruzione

comanda

attiva

interpreta

e

i circuiti

pone

il trasferimento

l’istruzione

i risultati

della ALU

nei

e

dei

2-

7-

L’istruzione

1- L’Unità

individuata

di controllo

viene

comanda

trasferita

la lettura

nel Registro

dati

aggiorna

da elaborare

il P.C.

necessari

Registri

inserendovi

(operandi

per

Accumulatori

dell’istruzione)

l’esecuzione

l’indirizzo dell’istruzione

nei Registri

(prelevamento)

risultati dai Registri

dell’Istruzione

dell’istruzione

Accumulatori

(I.R.)

da eseguire,

alla Memoria

cioè di

successiva

Accumulatori

da eseguire

quella memorizzata all’indirizzo

Centrale contenuto nel P.C.

Il clock

È un orologio interno alla macchina che da la base dei tempi

necessaria per mantenere il sincronismo fra le operazioni.

Ad ogni colpo di clock viene inviato un segnale e quindi eseguita una

microistruzione.

La Cpu è il cervello del computer, il clock è il suo cuore!!

La frequenza con cui il clock scatta fornisce un’importante indicazione

della velocità a cui opera l’unità centrale: dire che un computer lavora

a 800 Mhz significa che vengono eseguite 800 milioni di istruzioni

elementari in un secondo.

Poiché alcune operazioni richiedono più cicli di clock per essere eseguite

utilizziamo come unità di misura il MIPS(milioni di operazioni al secondo

n.b: la velocità espressa in mips è inferiore a quella espressa in Mhz

Celle di memoria

Ogni cella è formata da un certo numero di bit (in genere 8)

E ogni cella ha un unico indirizzo di memoria L’indirizzo è

100 101

Decodifica delle colonne

0 1 2 3 4 5 6 7 Infatti i primi

4 bit da

0 sinistra

1

righe rappresentano

2 l’indice di

delle 3 Colonna

Decodifica (4=100)

4 Mentre i

5 rimanenti

6 l’indice di riga

(5=101)

7

Generalmente gli indirizzi sono espressi in esadecimale

Se dobbiamo gestire 64 celle (come nell’esempio 8X8 ) ci servono 6

bit di indirizzamento, se utilizzo 16 bit (2 byte) allora posso gestire

2^16=65536 celle; in generale con n bit di indirizzamento posso gestire

2^n celle.

Contenuto della cella:

•Un carattere (numero, lettera, simbolo ecc..) ci servono 8bit=1byte

•Una parola (uno o più byte)

Periferiche di Input e Output

Tutti i dispositivi che mettono in comunicazione (nel senso

più ampio) il computer con l’esterno sono detti

genericamente Periferiche oppure Dispositivi periferici di

Input/Output (o di I/O, o di Ingresso/Uscita).