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.