Il Calcolatore ElettronicoIl Calcolatore Elettronico

Prof. Eugenio Chiriaco

eugenio.chiriaco@istruzione.it

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)