Title: Il Personal Computer: funzioni, struttura, componenti,
1Il Personal Computer funzioni, struttura,
componenti,
2Sommario
- I componenti di un PC
- La scheda madre
- I tipi di bus
- Il chipset
- La memoria principale
- Hard disk ATA e SCSI
3Il case
- Contenitore passivo dei componenti di un PC
- Funzione
- protezione meccanica
- organizzazione
- dissipazione del calore
- Dimensioni tower/desktop
4Lalimentatore
- 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.
5La scheda madre
- Scheda destinata a contenere i principali
componenti di un PC (CPU, RAM, porte di I/O,
BIOS, slots) - Funzione principale comunicazione.
6CPU, RAM, memoria di massa
- CPU acquisisce e esegue istruzioni.
- RAM
- memoria ad accesso casuale,
- 60-10ns,
- semiconduttore.
- Memoria di massa
- meccanica
- ferromagnetici,
- 10-3ms.
7La scheda video
- Funzione inviare al monitor le informazioni da
visualizzare. - DAC (Digital to Analogue Converter).
- Contiene RAM.
8La 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)
9La 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
10Dispositivi periferici
11Funzioni 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.
12Tipi 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.
13Formati delle motherboard
- Form Factor indica le dimensioni e le
caratteristiche elettriche della scheda. - AT,
- ATX,
- LPX,
- NLX,
- Formati proprietari.
14Formati 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.
15Formati 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
16Formati 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.
17Formati delle motherboard confronto
ATX
AT
18(No Transcript)
19Bus 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.
20Bus 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.
21Bus 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
PIC
22Bus 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
23Bus 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)
24Bus 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.
25Bus 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.
26Bus 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.
27Slot PCI e AGP
28Accelerated 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
29Bus di I/O confronto
30Universal 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.
31Chipset 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.
32Chipset 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).
33Chipset 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.
34Chipset 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.
35Chipset 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.
36Chipset 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)
38Chipset 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
39Chipset Intel 440 GX
40Chipset Intel 440 confronto
41La 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.
42La 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.
43La 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.
44Memorie DRAM confronto
45Caratteristiche
- 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.
46Memorie 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
47Dimensione della memoria di sistema
- Impatto significativo sulle performance
- Dipendente dal tipo di applicazione
48Moduli 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
49Moduli di memoria DIMM
- Dual Inline Memory Module (DIMM)
- 168 o 192 pins
- 64 bits, un solo modulo
- 3.3 o 5V
50Interfacce 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.
51AT 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.
52IDE/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.
53IDE/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.
54ATA 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.
55ATA 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.
56IDE/EIDE/ATA confronto
57ATAPI (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.
58SCSI(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.
59SCSI 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
60SCSI tipi di connettore
- Decine di differenti tipi di connettore!
61EIDE 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
62Redundant 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
63Firewire
- 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
64Confronto 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)
65Riferimenti
- 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.