Post on 14-Feb-2019
transcript
Prof. Andrea Borghesan
venus.unive.it/borg
borg@unive.it
Ricevimento:
martedì, 12.00-13.00. Dip. Di Matematica
Modalità esame: scritto + tesina facoltativa
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SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE
INFORMAZIONI
Visione d’insieme
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Foto disaggregata di un computer
Spiegazione ulteriore delle diverse parti
Riepilogando
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Scheda madre (Motherboard): CPU (central processing unit)
+ Memoria RAM + BIOS (Basic Input/Output System) +
Chipset + Slot di espansione
Microprocessore o CPU:
unità centrale di elaborazione unità di controllo (UC)
unità aritmetica (ALU)
Bus
Memoria: ROM (Read Only Memory)
RAM (Random Access Memory)
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Motherboard
E’ la scheda principale presente all’interno del case ed è collegata
a tutte le componenti del sistema
Per collegare i vari componenti alla scheda vengono utilizzati i
socket e gli slot:
- Socket serve a collegare il microprocessore alla mainboard
- Slot servono per connettere alla mainboard componenti come
schede di rete, RAM, scheda grafica, modem interno, ecc
All’interno della motherboard sono inoltre presenti i chipset:
circuiteria che gestisce il flusso di dati tra le varie componenti del
sistema
La memoria
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Serve come supporto alla cpu, deve fornire dati e istruzioni
il più rapidamente possibile.
Inoltre ha la funzione di archivio, garantendone la
reperibilità per un lungo periodo di tempo.
Vi sono vari tipi di memoria, comunemente si distingue tra:
memoria volatile (Ram)
memoria non volatile (Rom, Flash, chiavette usb…)
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La memoria
Le principali tipologie di accesso alle celle di
memoria sono:
- Sequenziale: le celle sono posizionate in successione,
perciò l’accesso ad un dato comporta la lettura di tutti i
dati che lo precedono (es. nastri magnetici)
- Casuale: l’accesso ad una cella non richiede la lettura delle
precedenti , perciò il tempo di accesso è indipendente
dalla posizione del dato nella memoria ed è quindi
costante per tutte le celle (es. RAM)
La “memoria centrale”:
Random Access Memory
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Memorizza:
Le istruzioni che costituiscono i programmi
I dati dei programmi in esecuzione
Viene cancellata ogni volta che si spegne il
computer
La “memoria centrale”:
Random Access Memory
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Struttura della memoria:
I bit di informazioni sono raggruppati in celle (o registri)
Tutte le celle sono formate dallo stesso numero di bit
Ogni cella ha un indirizzo che serve per accedere
all’informazione contenuta nella cella
La cella è l’unità indirizzabile più piccola
Nella memoria si possono eseguire operazioni di lettura
e scrittura
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La “memoria centrale”:
Random Access Memory
Le prestazioni della memoria vengono valutate sulla base
dei seguenti parametri:
Tempo di accesso: intervallo temporale tra il momento in
cui la CPU richiede di accedere alla memoria e l’istante in
cui quest’ultima mette a disposizione il dato
Ciclo di memoria: somma al tempo di accesso l’intervallo
temporale necessario per iniziare un successivo accesso
alla memoria
Velocità di trasferimento: quantità di dati trasferiti
nell’unità di tempo da/verso la memoria
La “memoria centrale” e il ciclo
macchina
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Il “ciclo macchina” (detto anche “ciclo di fetch-
decode-execute”) consiste nell’utilizzo dei dati della
memoria
La Cpu esegue le istruzioni di un programma una alla volta
in sequenza, estrae le istruzioni dalla memoria, le
interpreta e infine le esegue
Le fasi del ciclo sembrano contemporanee ma in realtà
vengono effettuate in sequenza, seppur ad alta velocità
E’ necessario il completamento di ciascuna fase e la
conclusione dell’intero ciclo; in caso contrario si ha un
crash di sistema
La sequenza di istruzioni per estrarre le informazioni è ben
definita ed è la seguente:
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La “memoria centrale” e il ciclo
macchina
Fetch Istruzione
Decode Istruzione
Fetch Dati
Execute Istruzione
Restituzione Risultato
La memoria CACHE 1/4
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Lo scambio dei dati tra memoria e processore rappresenta
un limite degli elaboratori. Il limite è duplice:
Limite architetturale, si accede ad una informazione
alla volta
Limite tecnologico, la velocità di elaborazione della
cpu è di gran lunga superiore alla velocità con cui la cpu
ottiene le informazioni
Soluzioni:
Allargamento del bus al fine di estrarre più
dati/istruzioni per volta
Introduzione della memoria cache
La memoria CACHE 2/4
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La memoria cache è una piccola RAM molto veloce, interposta
tra la Cpu e la memoria principale al fine di velocizzare le
prestazioni del sistema
In sostanza quando dei dati vengono richieste, i dati vicini a
quelli richiesti vengono trasferiti dalla memoria centrale alla
piccola e velocissima cache, così facendo anche i dati successivi
a quelli richiesti sono accessibili più velocemente
RAM
Bus
cache
La memoria CACHE 3/4
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Il principio della località.
Località spaziale: quando si accede all’indirizzo A, è
molto probabile che gli accessi successivi richiedano celle
vicine ad A
Località temporale: quando si accede all’indirizzo A, è
molto probabile che gli accessi richiedano di nuovo la
cella A
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La memoria CACHE 4/4
I computer attuali hanno tutti uno o più livelli di cache
Una miglioria è stata collegare la memoria cache
direttamente alla Cpu, così facendo i dati non passano
attraverso il bus
CPU cache
Bus
RAM
Altre memorie
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R. O. M. (Read Only Memory):
- Memoria di sola lettura
- I dati contenuti vengono memorizzati in modo
permanente (non volatile)
- Al suo interno si trovano una serie di funzioni
fondamentali per l’inizializzazione dell’elaboratore
BIOS
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Altre memorie
FLASH: utilizzata per memorizzare i dati nei dispositivi
portatili e per trasferire i dati fra sistemi diversi (usb, piccole
memorie per palmari e cellulari)
Caratteristiche principali:
- sono permanenti
- riscrivibili
- tempi di accesso superiori rispetto a altri tipi di memorie
Rispetto ad altre tipologie di memorie, si caratterizzano per:
maggiore affidabilità, maggiore portabilità, minor consumo
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Altri componenti
B.I.O.S. (Basic Input Output System): è il software presente
nella scheda madre, che agisce da interfaccia tra HW ed
il sistema operativo
Offre al sistema le caratteristiche operative di base: la
macchina controlla la memoria, le periferiche e rileva
eventuali errori
Esegue le fasi iniziali di caricamento in memoria del
sistema operativo attraverso la fase di Bootstrap
Memorie secondarie o di massa
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Le memorie secondarie o di massa sono utilizzate per
memorizzare grandi quantità di informazioni in modo
permanente.
Caratteristiche principali:
non sono volatili
Mantengono inalterati i dati per lunghi periodi di
tempo
Tali memorie si caratterizzano inoltre per 2 elementi:
Il supporto di memorizzazione (hd, cd, dvd)
Il drive (il dispositivo per funzionare/memorizzare)
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Memorie secondarie o di massa
ATTENZIONE!!!
Da non confondere i Drive con i Driver:
- Drive, sta ad indicare il dispositivo per leggere i dati
memorizzati su memorie di massa (lettore cd/dvd, lettore
floppy)
- Driver, programmi software finalizzati alla gestione delle
periferiche; appartengono al sistema operativo anche se
spesso sono realizzati e forniti dai produttori delle
periferiche; ogni periferica ha il proprio driver
(stampante, scanner, ecc)
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max
maxmin
Gerarchia di memorie
CPU Registri
Cache
Memoria centrale
Dischi magnetici / ottici
Nastri magnetici
Dimensioni Velocità
min
Costo/bit
max
min
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Legge di Moore (1965)
“Il numero di transistor per cm2
raddoppia ogni 18 mesi”
Ovvero aumenta circa il 60% ogni anno.