source/hw_dispensa.rst

   1 ====================
   2 Hardware
   3 ====================
   4 ---------------------------------------------
   5 Appunti sulle architetture dei computers
   6 ---------------------------------------------
   7
   8  :Author: Andrea Manni
   9  :Copyright: GFDL
  10  :Version: 0.2
  11
  12 .. contents:: Indice degli argomenti
  13
  14 Generato con: http://docutils.sourceforge.net/rst.html
  15
  16
  17 Appunti e argomenti trattati durante il corso di Reti 2009.
  18
  19 Argomenti propedeutici::
  20
  21         Analogico e Digitale
  22         Sistema Binario
  23         Unita’ di misura
  24         Multipli del Bit (TABELLE DI CONVERSIONE):
  25         Trasmissione dati su reti
  26         Velocita’ di clock
  27
  28
  29 Architettura HW
  30 =======================
  31
  32 Cenni introduttivi alla architettura dei personal computers.
  33
  34
  35 Flussi di dati
  36 ---------------------
  37
  38 Analisi dei flussi di dati tra **CPU, RAM, HD** (supporti di storaggio). Introduzione ai concetti di banda (intesa come banda disponibile per un tipo di canale, ad es *PCI | PCIX*, cache ad esempio cache di un processore o di un HD.
  39
  40 Componenti di base cpu / ram / storaggio
  41
  42 Memorie
  43 -------------------
  44
  45 Memorie fisiche e virtuali: distinzioni.
  46
  47 - Supporti di storaggio: http://en.wikipedia.org/wiki/Memory_(computers)
  48
  49 - http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_memory
  50
  51
  52 RAM
  53 ~~~~~~~~~~~~~~~
  54
  55 - RAM: http://en.wikipedia.org/wiki/Random_access_memory
  56
  57 La memoria ad accesso casuale, acronimo RAM (del corrispondente termine inglese Random-Access Memory), è una tipologia di memoria informatica caratterizzata dal permettere l'accesso diretto a qualunque indirizzo di memoria con lo stesso tempo di accesso.
  58
  59 La memoria ad accesso casuale si contrappone alla memoria ad accesso sequenziale e alla memoria ad accesso diretto rispetto alle quali presenta tempi di accesso sensibilmente inferiori motivo per cui è utilizzata come memoria primaria.
  60
  61 La tipologia di memoria ad accesso casuale più comune attualmente è a stato solido, a lettura-scrittura e volatile, ma rientrano nella tipologia di memoria ad accesso casuale la maggior parte delle tipologie di ROM (inteso nell'accezione più comune e non come memoria a sola lettura), la NOR Flash (una tipologia di memoria flash), oltre a varie tipologie di memorie informatiche utilizzate ai primordi dell'informatica e oggi non più utilizzate come ad esempio la memoria a nucleo magnetico.
  62
  63 Esclusivamente l'acronimo RAM (non il termine "memoria ad accesso casuale") ha anche una seconda accezione più ristretta ma attualmente più diffusa secondo cui la RAM è una memoria ad accesso casuale della tipologia più comune cioè a stato solido, a lettura-scrittura e volatile.
  64
  65 ROM:
  66 ~~~~~~~~~~~
  67
  68 Read only memory
  69
  70 La memoria a sola lettura, acronimo ROM (del corrispondente termine inglese Read-Only Memory), è una tipologia di memoria informatica, in particolare una tipologia di memoria non volatile (memoria informatica in grado di mantenere memorizzati i dati anche se non è alimentata elettricamente) in cui i dati sono memorizzati nella sua fase di costruzione e non possono essere più modificati per l'intera durata della sua vita.
  71
  72 Inerentemente la tecnologia costruttiva la memoria a sola lettura può essere memoria a stato solido (utilizzata per firmware), alcune tipologie di disco ottico (utilizzate per la distribuzione di software agli utenti), oltre a varie tipologie di memorie informatiche utilizzate ai primordi dell'informatica e oggi non più utilizzate.
  73
  74 Esclusivamente l'acronimo ROM (non il termine "memoria a sola lettura") ha anche una seconda accezione cioè è anche memorizzati e modificati più volte successivamente la sua costruzione ma tale modifica è richiesta infrequentemente. Questa tipologia di memoria informatica è utilizzata per firmware.
  75
  76 In questa seconda accezione dell'acronimo ROM il termine inglese Read-Only Memory da cui nasce l'acronimo non ha più attinenza in quanto rientrano in tale accezione non solo memorie a sola lettura (come ad esempio la ROM a maschera) ma anche varie tipologie di memorie scrivibili una sola volta (PROM e OTPROM) e di memorie a lettura-scrittura (EPROM, EEPROM, EAROM e flash ROM).
  77
  78
  79
  80
  81
  82
  83 Flussi di dati
  84 ====================
  85
  86 Dati: input / output / Bus
  87
  88 Bus di dati
  89
  90 http://en.wikipedia.org/wiki/Data_bus
  91
  92 Nei sistemi elettronici e nei computer in particolare, il bus è un canale che permette a periferiche e componenti del sistema di "dialogare" tra loro. Diversamente dalle connessioni punto-punto un solo bus può collegare tra loro più dispositivi.
  93
  94 Le connessioni elettriche del bus possono essere realizzate direttamente su circuito stampato oppure tramite un apposito cavo. Nel primo caso, se il bus è di tipo parallelo, spesso è riconoscibile a vista perché si nota sul circuito un nutrito gruppo di piste compatte e disposte in parallelo che vanno a toccare i vari componenti della scheda. Sono di questo tipo i bus ISA, PCI e AGP.
  95
  96 - Bus Paralleli: http://it.wikipedia.org/wiki/Trasmissione_parallela
  97 - Bus Seriali:  http://it.wikipedia.org/wiki/Trasmissione_seriale
  98
  99
 100 PCI (Peripheral Component Interconnect Bus)
 101 -------------------------------------------------------
 102
 103 Bus di sistema PC, (ma anche Apple, Sun). Sviluppato dalla Intel nel 1992 (in sostituzione del bus ISA). Diverse versioni: PCI, PCI 2.0, PCI 2.1, PCI 2.2, PCI-X, PCI-X DDR. 32 – 64, PCI-E linee dati-indirizzi (sovrapposte) (multiplexed) Clock a 33 – 66 – 133 – 266 MHz. Alimentazione 5 – 3,3 Volt. Il trasferimento che avviene attraverso un bus PCI è un "burst", composto da una fase di indirizzamento e da una o più fasi di dato. Bassa latenza ed elevato throughput.
 104
 105
 106 USB (Universal Serial Bus)
 107 ------------------------------
 108
 109 Bus per il collegamento di periferiche (lente). Sviluppato nel 1995 da un consorzio: (Compaq, HP, Intel, Lucent, Microsoft, Nec, Philips). Caratteristiche: flessibilità, semplicità; un unico bus per molte periferiche; non sono necessari dispositivi di controllo e porte dedicate; facilmente espandibile; economico; connessioni a caldo; supporto dispositivi tempo reale (audio - telefono).
 110
 111 Il cavo è composto da 4 fili: massa, alimentazione (5V), Dati+, Dati-.
 112
 113 Larghezza di banda:
 114 - USB 1.0: 1,5 Mbit/s;
 115 - USB 1.1: 12 Mbit/s;
 116 - USB 2.0: 480 Mbit/s;
 117 - USB 3.0: 4,8 Gbit/s.
 118
 119
 120 SCSI (Small Computer System Interface)
 121 --------------------------------------------
 122
 123
 124 Collegamento per dispositivi interni o esterni al computer: dischi rigidi (dischi SCSI), ma anche CD - DVD – unità nastro - stampanti - scanner.
 125
 126 - versioni: SASI (’79), SCSI-1, SCSI-2, Fast SCSI-2, Fast & wide SCSI-2, SCSI-3 Ultra.
 127 - frequenze: 5 – 10 – 20 – 40 – 80 – 160 MHz
 128 - linee di dati: 8 - 16 line
 129 - banda passante 5 - 320 MB/sec
 130
 131 Collega sino a 7- 15 controllori (unità) e massimo 2048 periferiche per controllore. Collegamento a cascata, con terminatore. Semplice ed economico. Parte della logica delegata ai controllori. 50 fili - 25 di massa per eliminare disturbi (8 dati — 1 parità — 9 controllo — 7 alimentazione e usi futuri). Asincrono: con protocollo di hand-shake. Arbitraggio decentralizzato: utilizzo linee dati, priorità prestabilita.
 132
 133
 134 FireWire (IEEE 1394)
 135 ---------------------------
 136
 137
 138 Molte similitudini con l’USB: bus seriale con alimentazione (60W), sviluppato da un consorzio di aziende (1984 - Apple, 1995 Standard, ma con Royalties), connessioni a caldo, meccanismi di identificazione, struttura ad albero.
 139
 140 Differenze fra FireWire ed USB:
 141 Maggiori prestazioni e costi: destinato a periferiche veloci.
 142 Differenze nei protocolli: le comunicazioni non iniziano necessariamente dal Root.
 143 Non necessita di un calcolatore (Root Hub) di riferimento.
 144 Alcuni protocolli simili al bus SCSI.
 145
 146
 147 PCI-X
 148 ------------
 149
 150
 151 Il PCI-X è un'evoluzione del PCI. È stata sviluppata dallo stesso consorzio che sviluppò il PCI e fornisce una larghezza di banda fino a 4 GByte. Pur avendo prestazioni molto più elevate del PCI è retrocompatibile con le periferiche PCI e quindi permette il riutilizzo delle schede PCI.
 152
 153
 154 PCI Express
 155 ----------------
 156
 157 Il PCI Express è il successore (seriale) del bus di espansione PCI (parallelo) e ha sostituito il bus AGP precedentemente in uso per le schede grafiche.
 158
 159 Chiamato PCI-Express è in genere abbreviato in PCIe o PCIx (da non confondere con PCI-X che si trova in molte schede madri attualmente in commercio). L'architettura è completamente differente dal bus PCI classico.
 160
 161 La sua caratteristica seriale aiuta a semplificare il layout del PCB delle schede madri ed è costituito da una serie di canali. Tali canali possono essere aggregati secondo le esigenze rendendo di fatto il sistema molto flessibile. La banda a disposizione di ciascun canale (FULL DUPLEX) è dedicata e quindi non condivisa con gli altri.
 162
 163 Un canale PCIe (detto x1) ha una banda disponibile di 266 MByte/sec. Pertanto, nelle moderne schede video che utilizzano 16 canali PCIe la banda a disposizione è di circa 4 GByte/sec (il doppio del bus AGP 8x).
 164
 165
 166 Caratteristiche ed evoluzione del settore informatico
 167 =========================================================
 168
 169 Legge di Moore: http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Moore
 170          Le prestazioni dei processori, e il numero di transistor ad esso relativo, raddoppiano ogni 18 mesi.
 171
 172 Evoluzione dei supporti di storaggio: aumento della capacita' pari alla legge di Moore ma minore aumento della velocita' di accesso ai dati. Cenni ai supporti di storaggio dati NAND.
 173
 174 Altro: http://en.wikipedia.org/wiki/Moore's_law#Other_formulations_and_similar_laws
 175
 176 References:
 177 - http://www.littletechshoppe.com/ns1625/winchest.html
 178
 179 Hardware
 180 =====================
 181
 182 Hardware / software
 183 Peso / discreto / atomi / possesso
 184
 185
 186 Vedere classi di elaboratori da dispensa su sistemi di elaborazione: http://doc.piffa.net/informatica_base.html#classi-di-elaboratori
 187
 188 Hardware:
 189         http://it.wikipedia.org/wiki/Hardware
 190
 191 http://it.wikipedia.org/wiki/Personal_computer
 192 Diversi tipi : desktop / tower (vari tipi) - / all in one (eeepc) - Portatili
 193
 194
 195 Componenti:
 196 http://it.wikipedia.org/wiki/Personal_computer#Componenti
 197
 198 CPU
 199 =============
 200
 201
 202         CPU http://en.wikipedia.org/wiki/Central_processing_unit
 203             Clock rate: http://en.wikipedia.org/wiki/Clock_rate
 204             Non sempre determinante, dipende dall'architettura della CPU,
 205             termine di paragone solo tra cpu della stessa famiglia,
 206             http://en.wikipedia.org/wiki/Clock_rate#Comparing
 207             Differenza tra portatili e fissi
 208
 209 Set di Istruzioni: Cosa servono, devono essere supportate da OS e dagli applicativi
 210 -  http://it.wikipedia.org/wiki/MMX
 211 -         http://it.wikipedia.org/wiki/SSE4
 212 -         http://it.wikipedia.org/wiki/3DNow!
 213
 214 Bit:    8 / 16 / 32 bit e prestazioni
 215
 216 - 32 http://it.wikipedia.org/wiki/32_bit
 217 -               64 http://it.wikipedia.org/wiki/64_bit
 218 -               Vantaggi e svantaggi, compatibilita tra architetture (AMD64),
 219 -               server , workstation,
 220 -               Tipi di applicazioni: database, grafica
 221
 222 Cache: L1 L2 L3
 223 -       http://it.wikipedia.org/wiki/CPU_cache  Prestazioni / costo / Failure / famigle di cpu con cache castrata
 224
 225 Processori:
 226 ----------------------
 227
 228 http://it.wikipedia.org/wiki/CPU
 229
 230 Elkementi caraterizzanti:
 231
 232 - Multi core, Hyperthreading
 233         http://it.wikipedia.org/wiki/Hyper-Threading
 234
 235 - Virtualizzazione
 236
 237 - Cache
 238
 239 - Set di instruzione
 240
 241 - 32 / 64 Bit
 242
 243 - Consumi, TDP, scaling
 244
 245 - Ram / accesso ai dati
 246
 247 - Secket: http://en.wikipedia.org/wiki/CPU_socket
 248
 249 Architetture di CPU: sparc, i386, i686
 250 --------------------------------------------
 251         http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor#Architectures
 252
 253
 254 http://it.wikipedia.org/wiki/Microprocessore
 255
 256 Link: http://en.wikipedia.org/wiki/X86
 257
 258 Tipi di processori:
 259 --------------------------
 260
 261 Elenco dei processori AMD:
 262         - http://it.wikipedia.org/wiki/Microprocessori_AMD
 263
 264 Elenco dei processori Intel:
 265         - http://it.wikipedia.org/wiki/Microprocessori_Intel
 266
 267         - http://processorfinder.intel.com/details.aspx?sSpec=SLAPB
 268
 269
 270 Elenco dei processori Intel:
 271         - http://www.via.com.tw/en/products/processors/c7-m/
 272
 273 Elenco dei processori ARM:
 274         * http://it.wikipedia.org/wiki/Architettura_ARM
 275           - Es: Router, NAT, network appliance (fortigate...)
 276
 277           - http://www.cyrius.com/debian/nslu2/
 278
 279 Arm e simili (geode, Xscale, alcuni PPC) sono utilizzati per i sistemi embedded.
 280
 281
 282 Schede madri
 283 ==================
 284
 285 Tipi / Dimensioni schede madri
 286         http://it.wikipedia.org/wiki/Scheda_madre
 287
 288
 289 Ram
 290 ======================
 291
 292