laboratorio di informatica - inaf - oa-breraandreon/teach/lez06-bus-e-perif.pdfaaaaa 2 aa 2002/2003...

aaaaa 1

AA 2002/2003©Morpurgo, Zanaboni

Laboratorio di InformaticaLezione 6. Le periferiche e il bus

1

Laboratorio di Informaticaper chimica industriale e

chimica applicata e ambientale

LEZIONE 6

Le periferiche e il bus



2

IL BUS

aaaaa 2



3

Il bus

• E’ composto da un insieme di fili.• In ogni istante, su ogni filo, viaggia un bit.• Se il bus è formato da n fili, può trasferire n bit

contemporaneamente• Pertanto l’ampiezza del bus influenza la velocità del

computer

Il bus è il canale fisico che mette in comunicazione le variecomponenti del calcolatore.



4

Tipi di bus• Periferiche diverse possono usare tipi di bus

diversi, a seconda della velocità ditrasmissione dati richiesta.

• Inoltre, la memoria centrale ha bisogno diun canale molto più veloce rispetto alleperiferiche

• Quindi, oltre al bus di sistema, i PC di oggisono forniti anche di un insieme di buslocali che collegano le periferiche alla CPU.

aaaaa 3



5

Il bus di sistema

Il bus di sistema dei PC di oggi ha 64 bit.

32 bit 16 bit



6

Il bus

• un dato in trasferimento tra CPU e memoria o tra CPU euna periferica

• un indirizzo che identifica una posizione nella memoriaalla quale la CPU deve leggere o scrivere

• un segnale di controllo, come la selezione dell’unitàcoinvolta nel trasferimento dati (sorgente e destinatario) ola definizione della direzione dello scambio (lettura oscrittura)

In un dato istante sul bus può viaggiare:

aaaaa 4



7

LE PERIFERICHE



8

Periferiche

• Il dispositivo fisico (device)• Una componente elettronica di controllo (il

controller)• Una componente software detta device

driver che deve essere installata in memoriaper il corretto funzionamento del dispositivo

Ogni periferica è costituita da tre componenti:

aaaaa 5



9

Il controller

• Il controller è realizzato su un circuitostampato.

• Riceve gli ordini dal processore e liimpartisce al dispositivo fisico.



10

Il driver

• Il driver è il programma che gestisce laperiferica

• Viene consegnato insieme alla periferica (disolito memorizzato su un CD-ROM) e deveessere installato in memoria.

aaaaa 6



11

Porte• Le periferiche sono collegate fisicamente al computer

attraverso opportune prese (porte).• La modalità di collegamento può essere seriale (trasferito

un bit ala volta) oppure parallela(trasferito più di un bitalla volta).



12

Porte - tipi

• Seriale: serve per il modem o alcuni tipi distampante che non richiedono una elevatavelocità di trasmissione. I cavi possonoavere lunghezza anche di 300 m.

• Parallela: per stampanti e alcuni dispositividi memoria di massa. La lunghezzamassima consentita ai cavi è di 30 m.

Tipi di porte:

aaaaa 7



13

Porte - tipi

• Permettono di collegare più componenti allastessa porta

• Garantiscono una elevata velocità ditrasmissione.

• Utilizzate per disco fisso, lettore CD-ROM,scanner.

SCSI (Small Computer Standard Interface)



14

Porte - tipi

• Trasmissione molto più veloce rispetto alla seriale• Utilizzano cavi sottili facilitando così i

collegamenti.• Permettono il collegamento in serie di dispositivi

diversi (fino a 127 dispositivi)• Distribuiscono la corrente (dispositivi a basso

consumo non necessitano di fili di alimentazione)• Permettono di aggiungere e rimuovere dispositivi

a computer acceso (hot plugging)

USB (Universal Serial Bus, a modalità di trasmissioneseriale)

aaaaa 8



15

Porte - tipi

• Hanno le stesse caratteristiche di base delleUSB

• Sono però più veloci delle USB, ma anchepiù costose

Firewire:



16

Porte - tipi

• Lo scambio di dati avviene in assenza di fili• E una tecnologia in via di sviluppo, che si imporrà

sempre più nei prossimi anni.

Collegamenti wireless:

aaaaa 9



17

Porte - tipi

• Lo scambio di dati avviene in assenza di fili (wireless) maattraverso un raggio infrarosso emesso dall’unità

• La traiettoria del raggio è una retta e quindi le porte deidispositivi devono essere perfettamente allineate.

• Il raggio infrarosso non può essere interrotto, quindi non cidevono essere ostacoli tra le due porte.

Collegamento a raggi infrarossi.



18

Porte - tipi

• Lo scambio di dati avviene in assenza di fili (wireless) maattraverso onde radio emesse dall’unità

• La traiettoria delle onde è a 360°, quindi le porte wirelessdei dispositivi non devono necessariamente essereallineate.

Collegamento bluetooth.

aaaaa 10



19

Dispositivi di memoria di massa

A differenza della memoria RAM che èvolatile (in mancanza di alimentazioneelettrica perde tutti i contenuti), le memorie dimassa sono memorie permenenti.



20

Dispositivi di memoria di massa -il disco fisso

• Il disco fisso (disco rigido, hard disk)• Supporto di tipo magnetico con capienza (oggi) di

decine di Gigabyte.• Posizionato all’interno dello chassis.• Consiste di un insieme di dischi magnetici (di tipo

Winchester) fissati su un perno rotante.• Le informazioni vengono memorizzate sui due lati

di ciascun disco

aaaaa 11



21

Dispositivi di memoria - il disco fisso

• Suddiviso in tracce e settori.• Ruota a velocità costante



22

• Un insieme di testine (una per ogni disco) leggonoe scrivono le informazioni. Si possono muovere inavanti e indietro.

• Per permettere una alta densità di memorizzazione,la testina è molto vicina alla superficie del disco.Poiché il disco ruota ad alta velocità, la presenzadi particelle anche molto piccole può causare larottura della testina il disco. Per questo il disco èprotetto da un contenitore a tenuta d’aria.


aaaaa 12



23

• riceve l’indirizzo al quale leggere (numero ditraccia e di settore) e la quantità i byte datrasferire.

• si muove posizionandosi sulla traccia specificatanell’indirizzo.

• aspetta che arrivi il settore specificato (il disco è inrotazione)

• esegue l’operazione di lettura o scrittura

Per eseguire una operazione di lettura o scrittura la testina:




24

• Quando il computer è acceso il disco fisso è semprein rotazione, per evitare perdita di tempo perraggiungere la velocità di regime. (viene chiamatofisso perché non è estraibile)

• Alcuni sistemi permettono all’utente di richiederedi “spegnere” automaticamente il disco (cioè difarlo fermare) quando non viene utilizzato.

• Questa possibilità di risparmio energetico è utilesoprattutto nei portatili quando sono utilizzati senzail filo di alimentazione.


aaaaa 13



25

• L’organizzazione dei file sul disco fisso ècomplessa:

• I file sono gestiti in blocchi di piccole dimensioni,e i singoli blocchi vengono memorizzati dove c’èspazio libero, anche non contiguo

• Il sistema operativo mantiene in un’area del discofisso le informazioni relative allo spazio libero ealla “ricostruzione” di ciascun file, sparpagliato inzone diverse del disco

• Sistemi operativi diversi hanno criteri diversi digestione del disco fisso.




26

• Se si fa un uso “intensivo” del disco, puòsuccedere quindi che la memoriadisponibile sia ancora molta, ma moltoframmentata.

• In questi casi è bene utilizzare unprogramma di compattazione della memoria,che sposta tutti i file in aree contiguerendendo così disponibile un’area di blocchitutti contigui


aaaaa 14



27

Dispositivi di memoria - i floppy disk

• Sono piccoli dischi magnetici estraibili, di limitatecapacità (meno di 2 Megabyte in genere).

• sono organizzati in tracce e settori su entrambe i laticome i dischi fissi.

• Il dispositivo di lettura e scrittura è una testina, comenel caso del disco fisso.

• Sono protetti da una custodia di plastica (che per iprimi dischetti era flessibile, da cui l’aggettivo floppy)per proteggere il supporto magnetico.

I dischetti



28

• Per permetterne l’estrazione, il dischetto èfermo e viene messo in rotazione soloquando c’è una richiesta di accesso.

• I dischetti sono dispositivi di memoria invia di estinzione, perché soppiantati da altridispositivi molto più capienti e ugualmentepoco costosi.

Dispositivi di memoria - i floppy disk

aaaaa 15



29

Dispositivi di memoria - I nastri magnetici

• Costo basso• Grande capienza (ordine dei GigaByte)• Accesso sequenziale lento• Necessaria una unità di lettura/scrittura diversa a

seconda del tipo di nastro• Alcuni esempi:

• QIC (Quarter Inch Committee)• DAT (Digital Audio Tape)• DLT (Digital Linear Tape)

I nastri magnetici



30

Dispositivi di memoria - i CD

• Dispositivi a lettura ottica di grandi capacità(centinaia di Megabye)

• I primi CD erano di sola lettura, e venivanodunque chiamati CD-ROM.

• Le informazioni organizzate a spirale dalbordo esterno verso il centro

I compact disk

aaaaa 16



31

Dispositivi di memoria - i CD• La memorizzazione dei dati avviene incidendo dei

solchi sulla superficie del disco (presenza delsolco=1, assenza=0).

• La lettura avviene attraverso un raggio laser• La velocità di trasferimento delle informazioni

dipende dalla velocità di rotazione del disco, che asua volta dipende soltanto dal dispositivo di lettura.(i dispositivi in commercio contrassegnati dallasigla 2x, 4x, …, 16x per indicare la velocità deldispositivo rispetto ai primi messi in commercio)



32


• I CD-R sono riscrivibili una sola volta (utiliper archiviare dati con la garanzia che quelleinformazioni non possono essere cancellate)

• I CD-RW sono memorie di lettura e scrittura

La tecnologia dei compact disk è in continuaevoluzione, sia sul versante della capacità dimemoria, sia sul versante dell’accesso inscrittura.

aaaaa 17



33


• DVD (Digital Versatile Disk):• capacità di memorizzazione molto aumentata

(ordine dei GigaByte) grazie alla densità discrittura più elevata

• Data la differente densità di memorizzazione, ildispositivo di lettura di DVD è diverso daquello di CD.

• Il lettore di DVD è capace di leggere anche iCD



34

Dispositivi di ingresso• I dispositivi di input ricevono dati dall’esterno• Traducono i dati in un formato consono al calcolatore

• Esempi:• Dispositivi di puntamento• Tastiera• Microfono• Scanner

aaaaa 18



35

La tastiera

• La tastiera è il dispositivo che permetteall’utente di digitare i comandi.

• La pressione del dito su ogni tasto generaun segnale elettrico corrispondente al tastoselezionato, che viene inviato al processore.



36

Dispositivi di puntamento

• Permettono all’utente di selezionare leentità grafiche presentate sullo schermoalle quali sono associati dei comandi.

aaaaa 19



37


• Il mouse• Meccanico: viene mosso su una superficie rigida. Lo

spostamento del cursore sullo schermo è basato sulmovimento di una sfera di gomma posta alla base deldispositivo, e solidale con due rotelle che rilevano lospostamento in direzioni ortogonali.

• Ottico: viene mosso su una superficie riflettente su cui ètracciata una griglia; alla base del dispositivo sonopresenti una sorgente luminosa (LED, light emittingdiode) e un fotorivelatore che trasforma in indicazioni dimovimento le interruzioni del fascio dovute almovimento del dispositivo attraverso la griglia

I dispositivi di puntamento più diffusi sono:



38

• Il touchpad• È una piccola superficie sulla quale una matrice

di sensori identifica il movimento delpolpastrello

• Il trackball• Il meccanismo di funzionamento è lo stesso del

mouse, ma la mano dell’operatore muovedirettamente la sfera che indica il movimento


aaaaa 20



39

Dispositivi di uscita• I dispositivi di output acquisiscono dati dal

computer in un formato di rappresentazioneinterno e li traducono in un formato opportuno pertrasferirli all’esterno

• Esempi:• Schermo• Stampante• Casse audio



40

Lo schermo

• È costituito da una griglia di piccole celle,dette pixel (picture element).

• Ogni pixel è caratterizzato da un indirizzo,ed ha associate informazioni riguardo alcolore (dell’immagine di cui fa parte).

Lo schermo è il dispositivo sul qualevengono visualizzati i risultati delleelaborazioni

aaaaa 21



41

Lo schermo

• Risoluzione, data dal numero di pixel(colonne x righe) che formano lo schermo.

• Dimensione, misurata in pollici (inch).• 1 pollice=2,54 cm• Dimensioni più diffuse:

15 pollici, 17 pollici, 19 pollici

Uno schermo è caratterizzato da:



42

Lo schermo• Data la grande mole di dati da elaborare dovuta al

numero di pixel e alla presenza del colore, ormaitutti i PC sono forniti di una scheda grafica chegestisce lo schermo. Ogni scheda è in grado digestire una risoluzione massima e quelle inferioriad essa

• Risoluzioni più diffuse: 640x480 (VGA, videographics array), 800x600 (super VGA), 1024x768

aaaaa 22



43

Lo schermo - HW

• La tecnologia è la stessa degli schermi televisivi:l’immagine da visualizare è una matrice di bit, e ilvalore corrispondente ad ogni bit viene convertito in uncomando al tubo a raggi catodici che solleciterà inmodo opportuno il pixel corrispondente. (Nel caso diimmagini a colori si tratta di matrici multiple)

• Sono i più diffusi per PC da tavolo

Schermi con tubo a raggi catodici (CRT:Cathode Ray Tube)



44

Lo schermo - HW• Ogni pixel è suddiviso in tre strisce (o punti)

di fosforo (una verde, una rossa, una blu). Ilcolore del pixel dipende dalla luminosità diciascuno dei tre elementi che locompongono.

• Il dot pitch è la dimensione delle strisce (odei punti), e determina la nitidezzadell’immagine.

aaaaa 23



45

Lo schermo - HW



46

Lo schermo - HWSchermi piatti, in cui l’immagine vienecreata da un insieme di dispositivi diversi.Esempi:

Display a cristalli liquidi (Liquid Crystal Display)

lo schermo è costituito da un pannello di cristalli e unsottile strato di fosfori rossi, verdi e blu genera icolori colpito dalla luce. Caratterizzati da un costobasso, consumo energetico ridotto, ristrettezza delcampo visivo. Diffusi per i portatili

aaaaa 24



47

Lo schermo - HW

• Costituiti da due pannelli di vetro tra i quali sitrovano dei gas. Quando vengono colpiti daun raggio di elettroni inducono i gas agenerare raggi ultravioletti che a loro voltastimolano i fosfori verdi rossi e blu.

• Per ora sono molto costosi, ma più leggeri epiatti rispetto ai CRT, e sono destinati asoppiantare questi ultimi.

Schermi a plasma a colori (PlasmaDisplay Panel)



48

Le stampanti

• Risoluzione, misurata in punti per pollice(dpi=dots per inch)

• Velocità di stampa, misurata in pagine al minuto.Questo è un parametro indicativo, perché iltempo di stampa dipende dal tipo di documento(es: solo testo piuttosto che con immagini)

Le stampanti sono i dispositivi che trasferisconosu carta i risultati delle elaborazioni.Sono caratterizzate da:

aaaaa 25



49

Le stampanti - HW

• Stampanti a getto di inchiostro• le immagini sono costituite da punti di

inchiostro spruzzati dagli ugelli della testina.• Basso costo• Buona qualità di stampa• Possibilità di stampa a colori

Le tecnologie adottate nella stampa sono varie.



50

Le stampanti - HW• Stampanti laser

• La modalità di stampa è simile a quella dellefotocopiatrici: l’inchiostro viene attirato da unasuperficie che è stata caricata elettricamente daun raggio laser nelle zone contenentil’immagine, e viene poi trasferito sulla carta efissato mediante riscaldamento

• Il fascio laser può essere anche molto sottile,permettendo una ottima qualità di stampa

• Richiedono manutenzione costante

aaaaa 26



51

Altri dispositivi I/O di usogenerale: il modem

• Il modem (Modulatore/Demodulatore) è laperiferica che permette di trasferire dati daun computer ad un altro utilizzando laconnessione telefonica (che prevede unsegnale di tipo analogico)



52


• Prima di inviare un segnale sulla lineatelefonica il modem converte in un segnaleanalogico le informazioni di tipo digitalecontenute nella memoria del calcolatore(operazione di modulazione)

• Quando riceve un segnale dalla lineatelefonica, il modem lo converte in formatodigitale per poterlo trasferire al computer(operazione di demodulazione)

aaaaa 27



53


• Il parametro principale per valutare leprestazioni di un modem è la velocità ditrasmissione, misurata in Kbit al secondo.

• La velocità dei modem di oggi è di 33.6Kbit o 56 Kbit



54


• Con un opportuno software applicativo èpossibile utilizzare il modem anche comesegreteria telefonica e fax.

• I PC di oggi sono dotati di un modeminterno. E’ possibile utilizzare il modemesterno connettendolo alla porta seriale

aaaaa 28



55

Altri dispositivi I/O specialpurpose

• Esistono molti altri dispositivi di I/O specializzatiper operazioni particolari. Eccone alcuni esempi:

• Lettore codice a barre• Strumenti per la misurazione di fenomeni fisici (es:

termometri, rilevatori della composizionedell’aria)

• Telecamere

laboratorio di informatica - inaf - oa-breraandreon/teach/lez06-bus-e-perif.pdfaaaaa 2 aa 2002/2003...

Documents