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Il Personal Computer: funzioni, struttura, componenti,

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Il Personal Computer: funzioni, struttura, componenti, Sommario I componenti di un PC La scheda madre I tipi di bus Il chipset La memoria principale Hard disk: ATA e ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Il Personal Computer: funzioni, struttura, componenti,


1
Il Personal Computer funzioni, struttura,
componenti,
2
Sommario
  • I componenti di un PC
  • La scheda madre
  • I tipi di bus
  • Il chipset
  • La memoria principale
  • Hard disk ATA e SCSI

3
Il case
  • Contenitore passivo dei componenti di un PC
  • Funzione
  • protezione meccanica
  • organizzazione
  • dissipazione del calore
  • Dimensioni tower/desktop

4
Lalimentatore
  • Compito conversione di tensione dalla rete (AC)
    a DC.
  • Tipi di segnali
  • external power
  • power supply
  • Tensioni richieste
  • AT 5, 12, -5, -12
  • ATX anche 3.3v
  • UPS (Uniterruptable Power Supply)
  • stand-by,
  • on-line.

5
La scheda madre
  • Scheda destinata a contenere i principali
    componenti di un PC (CPU, RAM, porte di I/O,
    BIOS, slots)
  • Funzione principale comunicazione.

6
CPU, RAM, memoria di massa
  • CPU acquisisce e esegue istruzioni.
  • RAM
  • memoria ad accesso casuale,
  • 60-10ns,
  • semiconduttore.
  • Memoria di massa
  • meccanica
  • ferromagnetici,
  • 10-3ms.

7
La scheda video
  • Funzione inviare al monitor le informazioni da
    visualizzare.
  • DAC (Digital to Analogue Converter).
  • Contiene RAM.

8
La scheda videoevoluzione
  • MDA (Monochrome Display Adapter) solo testo, uso
    professionale(caratteri 914, 4 kbyte, 1 pagina)
  • CGA (Colour Graphics Adapter) capacità grafiche
    e di colore (risoluzione 640200, 16 kbyte,
    caratteri 88, 1-8 pagine, 4 colori)
  • HGC (Hercules Graphics Card) de facto standard,
    emulazione della MDA, possibilità di lavorare
    come seconda scheda (64 kbyte, risoluzione
    720350, driver software)

9
La scheda videoevoluzione
  • EGA (Extended Graphics Adapter) proprio BIOS
    (set di caratteri definibile, risoluzione
    640350, 16 colori su 64)
  • VGA (Video Graphics Array) 218262144 colori,
    analogica (256 kbyte, risoluzione 640480, 256
    colori, emulazione CGA, EGA e MDA)
  • SVGA
  • SVGA accelerate 2D o 3D potenza computazionale
    propria, texture mapping, correzione prospettica,
    filtraggi

10
Dispositivi periferici
11
Funzioni della motherboard
  • Importanza della scheda madre
  • Organizzazione direttamente o indirettamente
    tutti i componenti sono connessi alla
    motherboard.
  • Controllo su tutti i dati trasmessi.
  • Comunicazione attraverso gerarchie di bus.
  • Supporto al processore tramite socket o slot.
  • Supporto alle periferiche con slots di diversi
    standard.
  • Performance per i componenti che puo ospitare e
    per le comunicazioni svolte.
  • Espandibilità per processore, memoria,
    periferiche.

12
Tipi di motherboard
  • Motherboard standard.
  • Mainboard all-in-one integrate scheda video,
    audio, di rete espandibilita limitata.
  • Motherboard a backplane passivo contengono solo
    slots di espansione per tutti i componenti, CPU
    compresa.
  • Motherboard senza CPU simili alle precedenti.

13
Formati delle motherboard
  • Form Factor indica le dimensioni e le
    caratteristiche elettriche della scheda.
  • AT,
  • ATX,
  • LPX,
  • NLX,
  • Formati proprietari.

14
Formati delle motherboard AT
  • Formato originale, piu grande (13.8x12).
  • Progressivamente ridotto
  • Baby (8.5x13)
  • Reduced (8.3x11)
  • Half (8.3x8)
  • Connettore per tastiera a 5 poli,
  • Seriali e parallele non integrate.
  • Processore sul fronte della scheda.

15
Formati delle motherboard ATX
  • Standard Intel 1995.
  • Connettori di I/O integrati,
  • Connettore PS/2, USB,
  • Processore nella parte superiore destra
  • Diversa alimentazione
  • raffreddamento
  • upgrade
  • tensione 3.3V
  • software power-on
  • Limiti
  • non piu di 7 slots

16
Formati delle motherboard LPX e NPX
  • LPX
  • dimensioni ridotte, per case slim,
  • schede di espansione parallele alla scheda madre,
  • integrati scheda video, di rete, audio.
  • NLX
  • successore LPX,
  • supporto Pentium II, DIMM, AGP.

17
Formati delle motherboard confronto
ATX
AT
18
(No Transcript)
19
Bus caratteristiche e tipi
  • Bus dati e bus indirizzi.
  • Caratteristiche ampiezza, velocita, throughput.
  • Tipi di bus
  • System bus
  • Memory bus
  • Local I/O bus
  • Standard I/O bus
  • Cache bus
  • AGP.

20
Bus di I/O ISA, MCA, EISA
  • XT processore 8088, 8 bits, 4.77 MHz.
  • ISA 1984, 80286, 16 bits, 8.33 MHz.
  • MCA (Micro Channel Architecture) IBM 87, 32
    bits, bus mastering, PnP, incompatibile con ISA,
    proprietario IBM, 8 MHz.
  • EISA 32 bits,8.33, PnP, compatibile ISA, bus
    mastering, 10 MHz, insuccesso.

21
Bus di I/O monobus
  • Bus comune
  • nessuna distinzione tra differenti tipi di I/O
  • serializzazione accesso
  • parziale sovrapposizione indirizzo/dato

RAM
BUS Unico
CPU
I/O
FPU
  • Dati
  • Indirizzo
  • Controllo

PIC
22
Bus di I/O Local bus
  • Concetto di bus locale
  • grande traffico sul bus di I/O (grafica)
  • distinzione tra I/O con alte e basse prestazioni

23
Bus di I/O Local bus
  • VESA Local Bus
  • primo local bus (1992),
  • estensione del bus di sistema dei 486, 32 bits,
    33 MHz,
  • compatibilità con ISA
  • limiti
  • legato al 486 (bus di sistema Pentium 64 bits)
  • problemi elettrici (max 2 schede)
  • no Plug and Play

Local bus (PCI VLB)
24
Bus locale Peripherals Components Interface (PCI)
  • PCI
  • Introdotto da Intel (1993) per Pentium.
  • Vantaggi rispetto al VLB chip che controlla il
    bus (System Controller).
  • 32bits, 33MHz, sincrono o asincrono.
  • Previsto standard a 66MHz (specifiche PCI 2.1).
  • Burst mode dopo un iniziale indirizzo vengono
    inviati alcuni blocchi di dati adiacenti.
  • Bus mastering
  • capacita di una periferica di prendere il
    possesso del bus per comunicare con minimo
    intervento della CPU
  • concurrent PCI Bus mastering.

25
Bus locale Peripherals Components Interface (PCI)
  • PCI internal Interrupts consentono piu
    flessibilita.
  • PCI IDE bus mastering
  • possibilita per hard disk di diventare bus
    master
  • richiesti
  • system hardware (BIOS, bus, motherboard, chipset)
  • bus mastering hard disk (DMA)
  • 32-bit multitasking OS
  • bus mastering drivers
  • non serve
  • per singole applicazioni,
  • per applicazioni DOS,
  • per trasferire piu velocemente 100MB di dati !
  • Utile per sistemi multitasking con con
    applicazioni disk-intensive multiple.

26
Bus PCI Plug and Play (PnP)
  • Plug and Play
  • richiesti BIOS, ESCD (Extended System
    Configuration Data), CM (Configuration Manager),
    ICU (ISA Configuration Utility).
  • Allinserimento di una nuova periferica al boot
    il BIOS cerca una risorsa (IRQ) libera se la
    trova aggiorna ESCD
  • se non la trova interviene il CM del SO cerca di
    creare una situazione priva di conflitti e
    aggiorna ESCD.
  • ICU serve ad aiutare lutente nella
    configurazione di schede ISA, facendo lupdate di
    ESCD.

27
Slot PCI e AGP
28
Accelerated Graphics Port (AGP)
  • AGP
  • Utilizzo esclusivo per schede grafiche è una
    porta più che un bus.
  • 32bits, 66MHz.
  • Standard 2x(528MB/s), 4x.
  • Accesso diretto alla memoria tramite canale DMA
    dedicato.
  • Indipendenza dal bus PCI.
  • AGP video pipelining.
  • Richiesti
  • Scheda video AGP
  • AGP chipset
  • OS support

29
Bus di I/O confronto
30
Universal Serial Bus (USB)
  • Progetto di standard per il collegamento di
    periferiche lente.
  • Fino a 127 dispositivi (catena o cascata o hub).
  • Banda 12 Mbits/s (1.5 Mbit/s)
  • Hot swapping.
  • Fornisce alimentazione a dispositivi.
  • USB2.0 fino a 480 Mbit/s.

31
Chipset funzioni
  • Chipset in generale insieme di circuiti
    integrati specifici per una determinata funzione
    meglio ASIC.
  • Marchio depositato da Chips and Technologies Inc.
    1985.
  • Funzioni del chipset
  • Supporto al processore ogni chipset e disegnato
    per uno specifico processore.
  • Supporto alla cache dimensione, tipo, politica
    di scrittura, cacheable area.
  • Supporto alla memoria principale dimensione,
    tipo, package.
  • Temporizzazione e controllo del flusso dati
  • Supporto allI/O
  • Power management controllo e risparmio
    energetico.

32
Chipset struttura
  • Struttura attuale di un chipset
  • System Controller si occupa dellhost bus e
    della gestione della memoria.
  • PCI-ISA bridge gestisce i dispositivi connessi
    al bus di I/O ISA e altri affacciandosi sul bus
    PCI come fosse una periferica (bridge).

33
Chipset Intel 430
  • LX (Mercury) Pentium 60-66.
  • NX (Neptune) Pentium 90-133.
  • FX 128MB RAM, PCI 2.0, no DRAM a meno di 60ns.
  • VX PCI 2.1, Concurrent PCI, SDRAM.
  • HX Server, cacheable area 512MB, ECC, 2 chips,
    no SDRAM.
  • TX passo indietro rispetto HX UltraDMA, MMX.

34
Chipset Intel 440FX e LX
  • FX
  • nato per Pentium Pro,
  • simile a HX,
  • usato anche per i primi Pentium II,
  • no AGP e Ultra DMA.
  • LX
  • Primo ottimizzato per Pentium II.
  • Supporto AGP.
  • QPA (Quad Port Acceleration).
  • EDO fino a 1GB,SDRAM fino a 512MB.
  • ACPI (Advanced Configuration and Power
    Interface).
  • USB.
  • SMBus.
  • Ultra DMA 33.

35
Chipset Intel 440 EX
  • EX
  • Ottimizzato per Celeron, basso costo.
  • Supporto AGPx2.
  • QPA (Quad Port Acceleration).
  • EDO/SDRAM fino a 256MB.
  • ACPI (Advanced Configuration and Power
    Interface).
  • USB.
  • SMBus.
  • Ultra DMA 33.
  • Non supporta SMP.

36
Chipset Intel 440 BX
  • BX
  • Novità bus di sistema 100MHz.
  • Supporto AGPx2.
  • QPA (Quad Port Acceleration).
  • EDO/FP/SDRAM fino a 1GB.
  • ACPI (Advanced Configuration and Power
    Interface).
  • USB.
  • SMBus.
  • Ultra DMA 33.
  • Supporta SMP.
  • Mobile 440BX

37
(No Transcript)
38
Chipset Intel 440 GX
  • GX
  • Basato sul 440BX.
  • Novità supporto fino a 2GB SDRAM.
  • Evoluzione Pentium II a Pentium II Xeon.
  • Supporto AGPx2.
  • QPA (Quad Port Acceleration).
  • ACPI (Advanced Configuration and Power
    Interface).
  • USB.
  • SMBus.
  • Ultra DMA 33.
  • Supporta SMP

39
Chipset Intel 440 GX
40
Chipset Intel 440 confronto
41
La memoria di sistema
  • Importanza
  • Performance dipende dal tipo e dalla quantita
    di RAM
  • Supporto al software nuovi programmi richiedono
    sempre piu memoria
  • Affidabilita e stabilita RAM difettosa puo
    causare malfunzionamenti imprevedibili e
    difficili da scoprire
  • Espandibilita.
  • RAM statica (SRAM)
  • non ha bisogno di refresh
  • veloce, spazio occupato, costo
  • RAM dinamica (DRAM) necessita di refresh.

42
La memoria di sistema parametri
  • Memory timing
  • la cache e composta da linee di 32 byte
  • il bus di memoria ha una ampiezza di 64 bit
  • occorrono 4 letture da RAM per riempire una linea
    di cache F-S-S-S F leadoff timing in cui si
    specificano gli indirizzi di riga e di colonna S
    letture dei dati adicenti piu veloce perche
    non devo specificare ancora gli indirizzi.
  • Memory speed tempo di accesso in ns o clock in
    MHz.

43
La memoria di sistema tipi di DRAM
  • FP (Fast Page)
  • con indirizzo di riga si leggono più colonne.
  • 5-3-3-3
  • EDO (Extended Data Out)
  • con buffer ausiliari si può iniziare una nuova
    lettura prima della fine della precedente.
  • 5-2-2-2
  • BEDO 5-1-1-1
  • SDRAM
  • sincrono con il bus di sistema tempo di accesso
    e velocità.
  • 5-1-1-1
  • PC100 specifiche per SDRAM a 100MHz.
  • SPD (Serial Presence Detector) con EEPROM.
  • Doratura, EMI, 6 o 8 strati, terminatori,tempo di
    accesso lt 10ns.

44
Memorie DRAM confronto
45
Caratteristiche
  • Parità permette di rilevare un errore in lettura
    ma NON di correggerlo
  • ECC (Error Correction Code) presente nelle nuove
    DIMM (x72) permette la correzione di un bit senza
    penalità di velocità in caso di errore
  • SPD (Serial Presence Detect) permette
    l'interazione tra RAM e cache L2 per
    sincronizzare il funzionamento.

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Memorie DRAM futuro
  • Direct Rambus DRAM (DRDRAM) o Rambus
  • sostenuto da Intel, tecnologia proprietaria
  • architettura completamente nuova
  • opera tramite un bus interno a 16 bits e 400MHz,
  • 2 trasmissioni per ogni segnale di clock, 1.6GB/s
  • RIMM.
  • Synchronuos-Link DRAM (SLDRAM)
  • SLDRAM consortium, open standard
  • bus a 64 bits 200MHz, 2 trasmissioni per ogni
    segnale di clock, 3.2GB/s

47
Dimensione della memoria di sistema
  • Impatto significativo sulle performance
  • Dipendente dal tipo di applicazione

48
Moduli di memoria DIP e SIMM
  • Dual Inline Package (DIP)
  • Single Inline Memory Module (SIMM)
  • 30 pins, 8bits , 4moduli
  • 72 pins, 32 (36)bits, 2 moduli
  • inserimento a angolo

49
Moduli di memoria DIMM
  • Dual Inline Memory Module (DIMM)
  • 168 o 192 pins
  • 64 bits, un solo modulo
  • 3.3 o 5V

50
Interfacce per hard disk
  • Interfaccia definisce le modalita con cui una
    periferica accede al bus di I/O.
  • Due standard principali IDE/EIDE (ATA) e SCSI.
  • Prima interfaccia usata
  • ST-506/ST-412 (5 e 10 Mbyte)
  • hard disk dumb, senza logica integrata.

51
AT Attachment (ATA)
  • Intelligent Drive Electronics (IDE) integra
    capacita (limitata!) di elaborazione negli hd.
  • ATA e uno standard ANSI.
  • Caratteristiche
  • singolo canale con due periferiche al massimo,
  • parallelismo di 16 bits,
  • PIO modes 0, 1, 2
  • DMA word modes 0, 1, 2 , multiword mode 0.

52
IDE/ATA Programmable I/O
  • PIO protocollo ( set di comandi) standard per
    trasferire dati.
  • Operazioni PIO svolte dalla CPU, supportate dal
    BIOS.
  • Device sullo stesso canale usano PIO piu basso.

53
IDE/ATA DMA e IDE bus mastering
  • DMA una periferica effettua un trasferimento
    dati da o verso la memoria senza lintervento
    della CPU.
  • ISA DMA e un third-part DMA, in quanto e il
    chipset che si occupa del trasferimento.
  • IDE bus mastering e un first-part DMA, in cui
    e la periferica che svolge la comunicazione.

54
ATA ATA-2 e EIDE
  • ATA-2
  • PIO modes 3 e 4, DMA multiword 1 e 2,
  • LBA (Logical Block Address) sistema di
    indirizzamento alternativo a CHS (Cylinder, Head,
    Sectors).
  • Fast ATA e Fast ATA-2 termini commerciali usati
    da Quantum e Seagate per indicare circa ATA-2.
  • EIDE (Enanched IDE) termine usato da Western
    Digital per riferirsi a un ampio gruppo di
    caratteristiche che includono ATA-2, inoltre
  • include ATAPI
  • consente luso di due canali per quattro
    periferiche.

55
ATA ATA-3 e Ultra ATA
  • ATA-3
  • SMART (Self Monitoring Analisys and Reporting
    Technology) controllo fisico della periferica.
  • Ultra ATA (o Ultra DMA, ATA-33, DMA-33, DMA-66)
  • non sono standard ma termini usati per indicare
    nouve modalita di trasferimento di tipo DMA con
    transfer rate di 33 e 66 Mbyte/s.
  • includono CRC per sopportare alte velocita sui
    cavi tradizionali IDE.

56
IDE/EIDE/ATA confronto
57
ATAPI (ATA Packet Interface)
  • Estensione di ATA e IDE per altri tipi di
    periferica oltre a hard disk, come CD-ROM e
    nastri.
  • ATA Packet Interface i comandi sono raggruppati
    in pacchetti.
  • Necessari driver per periferiche ATAPI.
  • Usa PIO e DMA.

58
SCSI(Small Computer System Interface)
  • Nato per permettere accesso veloce a periferiche
    e sgravare la CPU i controller sono dotati di
    capacita elaborativa per effettuare i
    trasferimenti dei dati senza lintervento della
    CPU.
  • Struttura della connessione catena SCSI su cui
    si affacciano le periferiche e un controller.
  • Funzionamento
  • bus libero un initiator occupa il bus con
    segnale di controllo
  • il controller del bus verifica che non vi siano
    altre richieste arbitrazione in base allid
  • selezione della unita target
  • invio dei comandi
  • bus libero.

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SCSI standard e velocita
  • Ampiezza del bus Narrow (8 bits, 8 periferiche),
    Wide (16 bits, 16 periferiche).
  • Velocita del bus Regular, Fast, Ultra.
  • Standard
  • SCSI 1 ANSI 1986, prime specifiche bus solo
    Narrow Regular (5 MB/s).
  • SCSI 2 ANSI 1990 Fast Wide 10MB/s
    terminazioni attive.
  • SCSI 3 Ultra, Serial SCSI (Firewire) 400 e 600
    MHz.
  • Ultra2 SCSI diverso signalling (LVD) fino a
    80MB/s.
  • Ultra 3 SCSI (in sviluppo) fino a 160MB/s

60
SCSI tipi di connettore
  • Decine di differenti tipi di connettore!

61
EIDE o SCSI
  • Meccanicamente identici
  • In genere la soluzione SCSI è più costosa
  • Controller IDE attuali sempre più simili allo
    SCSI (differenti tipi di device, DMA)
  • IDE non permette dispositivi esterni
  • difficoltà collegamento in SCSI (bus)
  • fino a 15 device in SCSI a velocità differente
  • Adaptec SCSI Programming Interface
  • standard proposti per lo SCSI throughput fino a
    640 MB/s
  • possibilità RAID
  • alcuni controller SCSI ottimizzano accessi

62
Redundant Arrays of Inexpensive Disks
  • Può essere hardware o software
  • RAID0 striping su 2 o più unità, capacità CN
  • RAID1 mirroring su 2 o più unità, capacità C,
    protegge da N-1 fault
  • RAID01
  • RAID3/4/5 parità su 3 o più unità, capacità
    C(N-1) protegge da 1 fault

63
Firewire
  • Nuovo standard (IEEE 1394) per la connessione di
    periferiche veloci le caratteristiche sono del
    tutto analoghe a quelle dell'USB2.0
  • 400Mbps (sequenze 640480 24 bit a 30 fps
    richiede 221 Mbps)
  • 63 dispositivi
  • inserimento a caldo
  • topologia libera

64
Confronto SCSI-IDE/EIDE/ATA
  • La scelta dipende molto dal tipo di uso, dal
    numero di periferiche che si intendono
    installare.
  • Costo SCSI superiore (per volumi piuridotti e
    tecnologia)

65
Riferimenti
  • http//www.motherboards.org/
  • http//www2.wave.co.nz/pages/css/hohweb/mboard.htm
  • http//www.pcwebopaedia.com/
  • http//www.pctechguide.com/
  • http//www.pcguide.com/index.htm
  • http//www.venus.it/homes/spumador/infohw.htm
  • http//www.tomshardware.com/
  • http//www.anandtech.com/
  • H.P. Messmer, The Indispensable PC Hardware Book,
    Addison-Wesley, 1999.
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