HARDWARE E SOFTWARE - Concetti Base, Dispense di Informatica

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HARDWARE E

SOFTWARE

Concetti di base

COMPONENTI HARDWARE

L’hardware di un computer consiste di:!

processore(i)!

memoria principale!

dispositivi di input/output

L’INTERNO DI UN PC

SCHEDA MADRE

Printed Circuit Board!

Componente hardware che fornisce connessioni elettriche

tra dispositivi!

La scheda madre è il PCB centrale di un sistema!

Dispositivi quali i processori e la memoria principale vi

sono connessi!

Include chips per eseguire operazioni di basso livello

(es. BIOS)

PROCESSORI

Un processore è la componente hardware che esegue linguaggio macchina! La CPU esegue le istruzioni di un programma! Il Coprocessore esegue istruzioni per scopi specifici! Es., coprocessori grafici o matematici! I registri sono aree di memoria ad alta velocità localizzate sul processore! I dati devono trovarsi nei registri prima che il processore possa operare su di essi! La lunghezza dell’istruzione è la dimensione di una istruzione in linguaggio macchina! Alcuni processori supportano lunghezze multiple

CPU

La CPU è la parte del sistema contenente i dispositivi elettronici necessari al funzionamento della macchina! E’ costituita da! una unità logico-aritmetica (ALU)! diversi registri! una unità di controllo (UC)! un clock.! La ALU è la parte che specificamente ha il compito di eseguire operazioni logico-matematiche sui dati presenti sotto forma di bit, mentre l’unità di controllo si occupa della comunicazione con la memoria per la lettura di istruzioni e dati e la scrittura dei risultati delle operazioni.! La CPU quindi è in grado di eseguire i programmi che risiedono nella memoria centrale prelevando, decodificando ed eseguendo le istruzioni in essa contenute e coordinando il trasferimento dei dati tra le varie unità funzionali.

ALU

E’ un insieme di circuiti combinatori che materialmente esegue le operazioni richieste, che sono operazioni matematiche e logiche elementari che la CPU è in grado d eseguire.! L’ALU si interfaccia ai registri generali per prelevare gli operandi e scrivere i risultati delle operazioni eseguite! Esempio: per effettuare una somma si dovrà:! prelevare i due addendi in due registri! effettuare la somma! scrivere il totale in un registro! Eventualmente valorizzare il Registro di Stato per segnalare informazioni relative all’esecuzione (trami uno o più flag)

REGISTRI

I registri sono locazioni di memoria formati da n elementi circuitali ciascuno dei quali memorizza un singolo bit.! Oltre ai registri di uso generale, esistono alcuni speciali:! il registro Program Counter, o più brevemente PC, nel quale è presente l’informazione dell’indirizzo della cella di memoria contenente la successiva istruzione da eseguire! l’Instruction Register, o IR, memorizza l’istruzione da eseguire ed è il registro che viene letto dall’unità di controllo della CPU per l’esecuzione delle operazioni! il Memory Address Register, o MAR, e il Memory Data Register, o MDR, contengono l’indirizzo della cella di memoria nel quale la CPU andrà a leggere o scrivere il prossimo dato e il dato stesso (letto o da scrivere)! il Registro Interruzioni, o INTR, contenente informazioni sullo stato delle periferiche;! il Registro di stato, o PSW (Program Status Word), memorizza lo stato corrente dell’esecuzione ed in particolare segnala eventuali errori come l’overflow, il riporto di un’operazione, il segno del risultato, ecc.

CLOCK

Il tempo nel computer è misurato in cicli!

Una oscillazione completa di un segnale elettrico!

Fornito da un generatore di clock del sistema!

Le velocità dei processor sono misurate in GHz (miliardi

di cicli per secondo)!

I moderni desktop eseguono centinaia di MHz o diversi

GHz

GERARCHIA DELLA MEMORIA La gerarchia della memoria è uno schema per categorizzare la memoria! Più veloce e costa in alto, più lenta ed economica in basso! Registri! Cache L1 (di primo livello)! Cache L2 (di secondo livello)! Memoria principale! Memoria secondaria e terziaria (CD, DVD, floppy disk)! La memoria principale è la più lenta tra le memoria direttamente indirizzabili dal processore! Memoria volatile – perde il contenuto quando il sistema perde energia

MEMORIA PRINCIPALE

La memoria principale consiste di memoria volatile ad accesso causale

(RAM)!

I processi possono accedere alle locazioni di dati in qualunque

ordine!

Formati comuni di RAM includono:!

dynamic RAM (DRAM) – richiede l’aggiornamento del circuito!

static RAM (SRAM) – non richiede l’aggiornamento del circuito!

L’ampiezza di banda è la quantità di dati che possono essere

trasferiti per unità di tempo

DIFFERENZE TRA SRAM E DRAM

Le differenze tra SRAM e DRAM si possono riassumere come segue:!

maggiore velocità per le SRAM, con tempi di accesso dell’ordine dei

nanosecondi, per le DRAM i tempi di accesso sono in genere 10 volte maggiori;!

maggiore capacità e maggiore densità (bit per chip) per le DRAM, grazie al

fatto che richiedono, per ogni bit da memorizzare, solo un transistor e un

condensatore a fronte di almeno sei transistor per bit nelle SRAM;!

minor costo (circa 100 volte di meno) delle DRAM rispetto alle SRAM, in

conseguenza di quanto affermato nel punto precedente;!

necessità per le DRAM della presenza della circuiteria di refresh;!

maggiore immunità ai disturbi nelle SRAM rispetto alle DRAM.

SDRAM

L’evoluzione della tecnologia ha portato a varie tipologie di DRAM e in particolare ha consentito in tempi recenti di realizzare memorie con migliori prestazioni combinando le caratteristiche delle RAM statiche e dinamiche.! Sono così nate le SDRAM (Synchronous DRAM)! memorie DRAM controllate dal fronte attivo di un clock e che consentono il pipelining dei comandi! ossia possono ricevere un nuovo comando prima del termine dell’esecuzione del precedente.! Un ulteriore miglioramento si è avuto con le DDR SDRAM (Double Data-Rate Synchronous DRAM)! utilizzano sia il fronte di salita che quello di discesa del clock raddoppiando così la frequenza di funzionamento.

PREZZO AL MEGABYTE DELLE DRAM DAL 1981 AL 2004