UNITA' 1 - Architettura Hardware di un computer Risposte sistemi informatici
di Pietro Stinco III B
1.Logica cablata e programmata (esempio fig. 1.9, pag. 173)
2.Definizione di sistema di elaborazione.
3.La macchina analitica di Babbage.
E' fondata su principi molto vicini a quelli utilizzati dai moderni calcolatori. Nella macchina, in grado di eseguire calcoli ricorrenti, erano introdotte delle schede perforate, unite una all'altra a forma di nastro. Ogni scheda con un certo numero di fori, forniva al sistema un codice univoco. Un secondo nastro di schede, introdotto da un altro lato della macchina, conteneva i dati costanti e variabili su cui si dovevano eseguire le operazion, l'EDSAC.
Il programma era predisposto da un tecnico programmatore che scriveva le istruzioni, non in binario, ma usando delle parole specifiche; i tecnici traducevano poi le istruzioni da passare alla macchina in biinario; fu così che venne creato il primo programma, il quale traduceva automaticamente i mnemonici in codici binari.
La macchina era formata da due unità:
-La prima, unità di calcolo, conteneva il programma costituito dai codici introdotti con il primo nastro;
-La seconda doveva memorizzare i dati variabili, le costanti e i risultati dei calcoli effettuati.
4.Macchina di Touring.
5.Il contributo di Von Neumann
Fu un matematico, i cui principi furono alla base della creazione del primo elaboratore elettronico con programma completamente memorizzato all'interno della macchina
6.Struttura dell'ENIAC
Era costituito da tubi a vuoto per sostituire i relè e si aumenta così enormemente la velocità di calcolo. La macchina, di notevoli dimensioni, pur essendo di tipo digitale, lavorava con numeri in rappresentazione decimale e non binaria.
7.Struttura dell'EDSAC
L'EDSAC era costituito da tubi a raggi catodici, utilizzato come un altro tipo di memoria, all'epoca. Inoltre, vi era presente un'unità di controllo (utilizzata per la supervisione di tutte le operazioni che si svolgevano nel sistema), una memoria centrale (incui risiedevano programma e dati; inoltre la memoria centrale dell'elabotatore era realizzata con linee di ritardo a mercurio); infine un'unità di ingresso, cioè quei dispositivi con i quali l'operatore poteva immettere nella memoria, dati e programmi, e l'unità di uscita, tutti quei dispositivi atti a presentare all'operatore i risultati delle elaborazioni svolte.
8.Invenzione del transistor: vantaggi
L'invenzione del transistor permise di costruire sistemi più compatti, meno ingombranti, con un consumo energetico molto inferiore e con maggiore potenza di calcolo.
9.CI 74181
10.Faggin e il 4004
11.Microprocessore: definizione, ALU, registri.
Il termine microprocessore indica un circuito integrato progettato per funzionare come unità di calcolo e di controllo, in grado di eseguire operazioni aritmetiche e logiche, di assumere "decisioni" in base ai risultati delle operazioni eseguite, seguendo una sequenza ordinata di istruzioni contenute in una memoria esterna a esso collegata;
al suo interno troviamo un'unità in grado di eseguire le operazioni aritmetiche e logiche sui dati (ALU), locazioni di memoria di tipo RAM (registri) per depositarvi momentaneamente i dati su cui operare o i risultati delle operazioni svolte.
12.Definizione di Microcontrollore.
Un microcontrollore, o microcontroller, sono dei microprocessori adibiti ai sistemi di controllo; sono utiizzati in una vastissima gamma di applicazioni che vanno dai sistemi di controllo alla strumentazione di misura, dalle apparecchiature domestiche quai lavastoviglie e televisori a quelle elettromedicali. Può ritenersi fondamentale un dispositivo programmabile in grado di svolgere autonomamente diverse funzioni in relazione al programma che risiede in una memoria posta al suo interno.
13.Differenze principali tra microprocessori e microcontrollori.
-La prima differenza, è che nel microcontrollore il programma di gestione risiede al suo interno, in un'apposita area di memoria non volatile, mentre un microprocessore esegue un programma che risiede nella memoria esterna e viene modificato in base all'applicazione che la CPU deve svolgere;
-All'interno del microcontrollore è presente una zona di memoria di tipo RAM utilizzata per i registri e una parte per la memorizzazione di dati da parte dell'utente. Il microprocessore ha al suo interno un numero ridotto di locazioni di memoria volatile che vengono utilizzate come registri;
-Nel microcontrollore sono direttamente implementate al suo interno le decodifiche per le porte di input e output, rendendo così disponibili in uscita un certo numero di segnali per pilotare le periferiche con segnali digitali. In ingresso invece possono essere acquisiti livelli logici provenienti da dispositivi esterni;
-All'interno dei microcontrollori sono integrati dispositivi periferici come i convertitori analogico-digitali, i comparatori, i generatori di segnali;
-In un microcontrollore è sempre presente almeno un timer con funzioni specifiche di temporizzazione;
-I microcontrollori hanno un ridotto set di istruzioni di tipo RISC (Reduced Instruction Set Computing). I modelli più vecchi erano di tipo CISC (Complex Instruction Set Computing), mentre quelli nuovi, di tipo RISC, molte volte hanno implementati al loro interno sistemi per decodificare un set di istruzioni esteso.
14.Struttura di elaboratore elettronico.
Un elaboratore elettronico può essere definito un sistema in grado di elaborare i dati immessi seguendo opportunamente una serie d'istruzioni e di dare in uscita i risultati dell'elaborazione.
L'insieme delle istruzioni che elaborarono i dati e che sono organizzate in modo organico, è definito programma.
La struttura di un elaboratore si suddivide in:
-CPU o microprocessore, dispositivo elettronico che coordina tutte le funzioni che si svolgono all'interno del computer;
-Memoria centrale, in cui risiedono i programmi che il processore deve eseguire e i dati. Presente all'interno del sistema, è di tipo elettronico, cioè costituita da dispositivi elettronici, inoltre tale memoria si suddivisa in: RAM (solo letta e scritta) e ROM (solo letta);
-Memoria di massa, costituite da supporti magnetici e dispositivi ottici. E' di grosse capacità, contengono inizialmente i dati da elaborare e i programmi, di dimensioni ragguardevoli. Quando devono essere elaborati, i programmi sono trasferiti nella memoria centrale;
-Unità di ingresso, quei dispositivi attraverso i quali l'operatore può immettere dati e programmi nella memoria;
-Unità di uscita, quei dispositivi atti a presentare all'operatore i risultati delle elaborazioni svolte.
15.Definizione PC
Il Personal Computer (PC) è un tipo di sistema di elaborazione, un computer utilizzato in ambito domestico, ma anche in aziende e uffici con caratteristiche molto variabili che a volte possiedono grandi risorse e tecnologie avanzate.
16.CPU
E' denominata anche Microprocessore o processore; presiede al controllo e allo svolgimento di tutte le operazioni che avvengono all'interno del computer sotto la supervisione di opportuni programmi. Ha il compito principale di eseguire i processi.
17.Memoria centrale: RAM, ROM, BIOS.
-In essa sono memorizzati i programmi, i dati intermedi delle elaborazioni, e i dati finali. E' costituita dalla RAM omemorie ad accesso casuale a lettura e scrittura, dalla ROM, che possono essere solamente lette (attualmente sono state sostituite dalle memorie di tipo FLASH EEPROM che possono essere riprogrammate direttamente senza toglierle dal circuito in cui sono inserite); al suo interno è memorizzato il BIOS, ovvero una serie di programmi, scritti nel linguaggio base del processore, che interagiscono direttamente con l'hardware dei sistema e che permettono l'avvio del computer in fase di accensione. E' scritto sulla memoria FLASH EEPROM perchè deve rimanere memorizzato anche quando il computer è spento.
18.Memoria di massa
Sono costituite da unità con dischi magnetici detti hard disk (disco fisso o disco rigido), dischi flessibili (floppy disk), dischi ottici (CD-ROM, DVD) di diverso formato e con diverse capacità di memorizzazione, memorie Flash (pen drive USB).
19.Dispositivi di ingresso e uscita
Sono costituiti nei casi più semplici da tastiera e mouse (Input) e da video e stampante (Output). Essi trasferiscono i dati dal mondo esterno verso la CPU e dalla CPU verso il mondo esterno. Vengono anch detti dispositivi di I/O, o periferiche di I/O.
20.Circuiti di interfaccia
Servono per selezionare la periferica interessata al colloquio con la CPU, per lo scambio di dati con essa, collegandola al BUS DATI del sistema.
21.Sistema operativo
22.BUS DATI
Il bus dati, bidirezionale, permette di inviare le informazioni da elaborare dai dispositivi d'ingresso e dala memoria, alla CPU, e viceversa. Sulle linee del BUS DATI viaggiano anche i codici delle istruzioni, provenienti dalla memoria, che la CPU deve di volta in volta eseguire.
23.BUS INDIRIZZI
Viene utilizzato dalla CPU per indicare quale locazione di memoria o con quale dispositivo di I/O debbono essere scambiati in un determinato istante.
24.BUS di CONTROLLO
Su di esso transitano invece dei segnali, che la CPU utilizza per trasmettere particolari comandi ai vari dispositivi presenti nel sistema, o che la permettono di conoscere il loro stato.
25.Interrupt
L'interrupt è un'apposita linea sulla quale viene avvertita la CPU che è disponibile un dato; la richiesta di interrupt è svolta dai dispositivi di I/O collegati alla CPU che, attraverso linee dedicate inviano a essa un segnale, interrompendo le normali funzioni che sta in quel momento svolgendo, per richiedere uno scambio di dati.
26.DMA
E' denominata DMA la tecnica con cui alcuni dispositivi (come l'hard disk), scambiano direttamente i dati con la memoria senza farli transitari attraverso la CPU, bensì sotto il controllo di un dispositivo denominato Controllore del DMA.
27.SDRAM e DDR
SDRAM è una memoria RAM dinamica sincrona o, nei dispositivi più vecchi, DRAM;
DDR sono le memorie SDRAM attualmente utilizzate (Double Data Rate) del tipo DDR2 o DDR3.
28.chipset, north bridge e south bridge
Un chipset è l'insieme dei circuiti integrati che sono di asuilio al processore per la gestione dei dispositivi presenti nella piastra madre; ogni serie di chipset è strettamente legata a tipi specifici di CPU. Questo significa che le piastre madri attuali, anche se prodotte da costruttori diverse, purchè realizzate con gli stessi chipset, presentano funzionalità e prestazioni simili e di differenziano solo per alcuni particolari come eventuali funzioni aggiuntive, numero di porte, slot di espansione implementati, sistemi di raffreddamento utilizzati, qualità di realizzazione della scheda.
L'architettura dei sistemi è orientata all'utilizzazione di due chipset denominati North Bridge e South Bridge:
-Il North Bridge è interfacciato direttamente con la CPU e fa da ponte tra questa, la memoria centrale di sistema, il connettore per la scheda grafica e il South Bridge;
-Il South Bridge fornisce in genere le seguenti funzioni, come interfaccia per il BUS di esoansione PCI o PCI express o ambedue, contoller delle porte USB, controller per dispositivi di memorizzazione di massa Serial ATA (SATA) e Parallel ATA (PATA), controller di rete Ethernet, funzioni Audio HD, controller di Interrupt e DMA, Timer e real Time Clock, power management, controllo delle funzioni hardware della scheda madre, interfaccia della memoria FLASH del BIOS, interfaccia al chip Super I/O.
29.BUS XT, ISA, PCI e AGP.
-Il BUS XT è un genere di BUS di espansione; fu realizzato per operare in sistemi in cui era presente il processore 8088, per cui in questo BUS sono presenti solo 8 linee dedicate ai dati e 20 per gli indirizzi.
-Il BUS ISA è un genere di BUS di Espansione; è stato introdotto per i processori di seconda generazione che lavorano con frequenze più elevate rispetto alla CPU 8088/86; è costituito da due sezioni separate, di cui una fa capo a un connettore a 31 + 31 pin che implementa un BUS di ESPANSIONE tipo XT, e l'altra un connettore a 18 + 18 pin con segnali propri del BUS ISA;
-Il BUS PCI è un genere di BUS di Espansione; viene utilizzato in quanto nei due BUS precedenti si verifica un rallentamento delle periferiche collegate al BUS in quanto il clock con cui esse lavorano ha una frequenza inferiore a quella del processore stesso. Le loro caratteristiche variano in base al clock (33-66 MHz), alla larghezza del BUS (32-64 bit) e larghezza di banda (133-4266 MByte/s);
-Il BUS AGP è un BUS specifico per il collegamento al sistema di una scheda grafica. Essendo direttamente collegato con il chipset che contiene il controllore della memoria di sistema (North Bridge), permette un più rapido scambio di dati tra il controllore grafico, presente sulla scheda grafica, e la memoria, rendendo possibile l'utilizzazione di applicazioni 3D in tempo reale.
30.Connettori IDE.
Sulla scheda madre sono presenti anche connettori per i dischi fissi, per lettori DVD-CD-ROM o per i masterizzatori CD e per i floppy disk. Questi connettori sono denominati IDE (Integrated Device Electronics) o, con i computer più recenti, EIDE (Enhanced IDE ovvero IDE avanzato).
Nelle schede più vecchie sono installati due connettori a 40 pin denominati primary IDE e secondary IDE e uno a 34 pin riservato ai drive floppy. Il connettore primary IDE e secondary IDE e uno a 34 pin riservato ai drive per floppy; il primo connettore corrisponde a un primario a cui si connette il cavo del disco fisso principale, contraddistinto con la lettera C: configurato come MASTER. Allo stesso cavo può connettersi anche un secondo disco fisso o un lettore di CD-DVD configurati come SLAVE. Al secondary IDE corrisponde un canale secondario a cui possono essere connessi altri dischi fissi o lettori CD rispettando sempre la configurazione dei dispositivi l'uno come master e l'altro come slave.
Le modalità master o slave viene impostata con dei ponticelli presenti sul dispositivo o grazie alla modalità CS in base ai dispositivi collegati al cavo.