Microprocessore, CPU, Memorie e Bus

Materie:Appunti
Categoria:Sistemi

Voto:

2.5 (2)
Download:156
Data:24.10.2005
Numero di pagine:8
Formato di file:.doc (Microsoft Word)
Download   Anteprima
microprocessore-cpu-memorie-bus_1.zip (Dimensione: 20.39 Kb)
trucheck.it_microprocessore,-cpu,-memorie-e-bus.doc     55.5 Kb
readme.txt     59 Bytes



Testo

Il MICROPROCESSORE è un insieme di circuiti logici racchiusi all’interno dello stesso cip in grado di eseguire molte istruzioni ,che potremo chiamare “elementari”. 4bit=2^4istruzioni=16istr.
MOV =istruzione che mi permette di prendere un dato in una cella x di memoria e di spostarlo in una cella y di memoria.
SUN,SHIFT,STO =istruzioni varie.
Figura. 1 Schema di un microprocessore

4bit Intel4004;8bit 8080 Z80;16bit 8086;32bit 486;64bit Pentium IV
Sincrona → esegue f(x) Asincrona → non dipende da t
Il CLOCK è la frequenza alla quale avvengono le commutazioni all’interno dei processori.
Il PROGRAM COUNTER contiene in qualsiasi istante l’indirizzo di memoria relativa all’istruzione successiva da eseguire e non quella attuale.
I REGISTRI sono delle memorie temporanee che contengono un dato su cui occorrono fare operazioni oppure il risultato di un operazione oppure un istruzione.
MEMORIE
Non volatili:
- ROM (memorie a sola lettura, è possibile leggerne il contenuto durante la loro utilizzazione, ma non è possibile intervenire per modificarlo).
- PROM (possono essere programmate dall’utente una sola volta).
- EPROM o E^2PROM (possono essere programmate e poi cancellate e riprogrammate più volte. La cancellazione delle EPROM viene effettuata esponendo il chip di semiconduttore all’azione dei raggi UV).
- EEPROM (presentano i seguenti vantaggi rispetto alle EPROM:1)è possibile effettuare la cancellazione e la programmazione cella a cella, mentre nelle EPROM per cancellare una sola cella è necessario cancellare tutta la memoria;2)i tempi di programmazione sono molto brevi;3)possono essere programmate on board, cioè senza smontarle dal circuito).
- FLASH EPROM (EPROM seriali_categoria).
- RAM TAMPONE (conservano il contenuto scritto finché sono alimentate, ma lo perdono appena viene tolta l’alimentazione. Il loro contenuto può essere conservato anche a macchina spenta utilizzando una batteria tampone).
Volatili:
- RAM (hanno una organizzazione a matrice,per evidenziare la possibilità di accesso diretto o casuale a qualunque cella di memoria).
Le MEMORIE STATICHE sono memorie che mantengono nelle celle di memorizzazione il dato che noi abbiamo scritto,finché c’è alimentazione.
Le MEMORIE DINAMICHE sono memorie che tendono con il passare del tempo a passare il dato nella cella.

UNITA’ D’USCITA =è quell’unità che trasforma il risultato di un operazione da segnale elettrico in una forma non elettrica che può essere interpretato dall’operatore o eseguita da un attuatore.
UNITA’ D’INGRESSO =sono quelle apparecchiature che trasformano in impulsi elettrici una richiesta dell’operatore(tastiere,unità disco,scanner,…).
MEMORIA =è l’unità generica in cui vengono memorizzati i dati utilizzati per l’elaborazione o il processo o il risultato di essi.
Di massa:
- Hard –Disk
- Cd –Rom
- Dvd –Rom
- Penne USB
La velocità di un microprocessore è legata al tempo necessario per portare a compimento un istruzione e poiché si tratta di una macchina sincrona??????????????????????????????????

CPU

ALU (Aritmetic Logic Unit): è l’insieme di circuiti logici in grado di compiere le operazioni aritmetiche di somma,sottrazione,incremento,…,Tratta dati a 8bit a 2ingressi che abitualmente trattano 2operandi ed un uscita corrispondente al risultato dell’operazione selezionata.
I REGISTRI sono delle memorie temporanee in cui vengono memorizzati dati necessari al processo di elaborazione. Questi possono essere divisi in due categorie:
• Registri accessibili all’utente
• Registri non accessibili all’utente ( registri dedicati)
Il BUS è una serie di collegamenti che possono essere interni o esterni che servono per il collegamento delle unità elementari che compongono il microprocessore o per collegare quest’ultimo al mondo esterno.
L’ UCC è costituita da un gruppo di circuiti necessari per interpretare codici operativi dell’istruzione e per attivare in base a questa decodifica,tutti quei segnali atti a permettere l’esecuzione dell’istruzione stessa. Tali codici non sono espressi in forma binaria ma in codice alfabetico.
Questa rappresentazione,che è il mezzo più conveniente per noi per esprimere le direttive al microprocessore,prende il nome di linguaggio ASSEMBLY,e viene tradotto in linguaggio macchina binario da un software che prende il nome di ASSEMBLATORE.
Definiamo registro una memoria statica le cui dimensioni sono uguali alla lunghezza del dato gestito dalla CPU o multiple di questa;così in una CPU a 8bit ci saranno un certo n° di registri a 8bit necessari per la gestione dei dati detti REGISTRI DI USO GENERALE(r. accessibili),saranno in genere presenti anche registri di lunghezza pari a 16bit necessari per la gestione degli indirizzi di memoria.
Uno dei registri di usi generale prende il nome di ACCUMULATORE(A) ed ha la particolarità di contenere nelle operazioni aritmetiche e logiche uno degli operandi ed il risultato dell’operazione.

BUS
Il BUS è un gruppo di linee dedicate alla trasmissione di informazioni alle quali sono collegati in parallelo i dispositivi interessati allo scambio delle informazioni stesse. In termini generali distinguiamo tra bus interni ed esterni alla CPU.
I BUS INTERNI si occupano del trasferimento delle informazioni tra i vari componenti della CPU.
I BUS ESTERNI si occupano invece del trasferimento delle informazioni tra la CPU e il mondo esterno.
• BUS DATI (in cui vengono posti i dati)
• BUS INDIRIZZI (viene posto il codice del dispositivo col quale la CPU intende scambiare il dato)
• BUS CONTROLLO (trasporta l’insieme dei segnali di sincronismo e controllo,necessari per determinare l’intervallo di validità del dato non ché la direzione del loro flusso.
In un microprocessore tutte le operazioni sono scandite da un clock,tale clock è sempre generato da un dispositivo esterno alla CPU;la forma d’onda sarà in prima approssimazione un onda quadra. Ma tenendo conto dei tempi di salita e di discesa,potremo parlare più correttamente di un onda trapezoidale. Le frequenze di clock tipiche sono da 4 a 100 MHZ.

TIPI DI BUS
• PC bus (utilizzato sugli 8086 e 80286)
• PC/AT bus (utilizzato sugli 8086 e 80286)
1) ISA (Industry Standard Architecture);questo bus è caratterizzato nell’avere 20+4 linee indirizzi e 8+8 linee dati. Bus sincrono con clock a 8.33 MHZ (50-51 Mbit/sec). Ne esiste una versione a 32 bit. Lo slot di questo bus ha 60 pin. Molto utilizzato per schede audio/rete.
2) EISA (Extended Industry Standard Architecture);è la versione a 32 bit della ISA.
3) VEISA (Very Extended Industry Standard Architecture);il VEISA local bus fu usato prevalentemente su computer basati su 486. Fu studiato per aumentare la larghezza di banda della slot ISA. Il bus VEISA lavorava fondamentalmente su bus ISA,ma aveva accesso diretto alla memoria che lo rendeva più veloce. Però aveva alcune limitazioni:la compatibilità,il bus VIESA venne studiare per funzionare con il 486 e sul tipo di memoria collegato ad esso,quando nel ’95 uscì il primo Pentium vi erano molte differenze fra il bus di questo nuovo micro e il bus VEISA. Il VEISA era limitato nel numero di slot. Come diretta conseguenza del collegamento diretto alla memoria questo bus non aveva la capacità elettrica di reggere più di 2 o 3 schede per sistema.
4) PCI ;è un interfaccia sviluppata da Intel intorno agli anni 90 per collegare al computer le più svariate periferiche. La sua larghezza di banda è rimasta ancora a una frequenza di 133 MB/sec,questo deriva dal fatto che il canale trasmissivo è 32 bit e la frequenza di clock è 33 MHZ. Sebbene l’interfaccia PCI,abbia fatto segnare un notevole passo avanti nell’evoluzione dei PC sia per il costo contenuto,sia per la buona(inizialmente suff.)banda passante che ne hanno decretato la diffusione di massa. I primi limiti si sono fatti sentire poco dopo in sistemi come server e work-station dove è necessaria un enorme grandezza di banda per la trasmissione dati. Si iniziò così la progettazione di sostituti di quest’interfaccia. I più fortunati sono stati il PCIX e il PCI Express. Il primo è la diretta conseguenza del classico PCI,si caratterizza per un aumento della frequenza da 33 a 66 MHZ e con una larghezza di canale che può essere interfacciata a 32 o 64 bit(528 MB/sec). Il secondo è un evoluzione del bus PCI ed è un bus fondamentalmente diverso:utilizza un bus seriale,due linee di input-output con banda da 2.5 a 10 Gbit/sec.

*Un BUS trasmette sequenze di dati. La rapidità con cui si passa da un dato al successivo è detta Frequenza o ciclo di bus. Ovviamente più alta è la frequenza e maggiori saranno le prestazioni,cioè la banda passante. La massima banda passante teorica è ricavabile da FREQUENZA*N° DI LINEE, questa viene data in bit/sec. Le fasi di inattività e di scambio comandi riducono la banda passante reale. I limiti che si presentano all’aumento della frequenza sono:
• le alte frequenze generano disturbi
• ritardi sul segnale
• bus skew
5)USB Universal Serial Bus:è uno standard di comunicazione seriale che consente di collegare molte periferiche a un pc. Il sistema usb è asimmetrico, consiste di un singolo gestore e molte periferiche collegate da una struttura ad albero attraverso dei dispositivi chiamati HUB. Lo standard supporta fino a un max di 127 periferiche per gestore. Lo standard prevede che il connettore porti anche un segnale di alimentazione per le periferiche a basso consumo. Le periferiche che hanno richieste energetiche elevate vanno alimentate a parte, i limiti energetici vanno seguiti correttamente, pena il danneggiamento del gestore poiché lo standard usb nelle specifiche minime non prevede la sconnessione per sovraccarico. Il progetto usb è stato pensato per consentire un semplice inserimento e rimozione. Le porte usb sono dotate di supporto PLUG & PLAY e anche di HOT SWAP. L’hot swat consente la rimozione a caldo e il reinserimento delle periferiche nel pc senza dover riavviarlo. L’usb può collegare periferiche quali: mouse, tastiere, scanner, stampanti, macchine fotografiche etc…
L’usb non ha ancora rimpiazzato lo standard ATA o SCSI. Il nuovo standard ATA seriale consente trasferimenti dell’ordine di 150 Mby/s; una velocità molto più elevata dell’usb che nella versione 2.0 raggiunge i 60 Mby/s. L’usb viene molto usato negli hard-disk esterni e ultimamente nelle penne usb dove si preferisce privilegiare la praticità di poter collegare e scollegare a caldo il componente rispetto ad una connessione tipo ATA.
Lo standard 1.0 usb supporta collegamenti sino a 1,5 Mbit/s che può andare bene per mouse, tastiere e componenti molto lenti. La versione 1.1 innalza la full speed a 12 Mbit/s, nella versione 2.0 a 480 Mbit/s o 60 Mby/s. Questa velocità elevata consente all’usb di competere con lo standard firewire anche se quest’ ultima è consigliata di preferenza su telecamere o dispositivi che manipolano flussi video.
6)ATA advanced tecnology attachment;è un’ interfaccia standard per collegare dispositivi di memorizzazione quali: hard-disk, cd-rom, dvd-rom all’interno del pc. Gli standard ATA permettono collegamenti con lunghezze di cavo compresi fra 45 e 90 cm, quindi l’utilizzo prevalente per tale tecnologia è la memoria di massa all’interno del pc. Inizialmente funzionava solo con dischi fissi; solo in un secondo momento un’ estensione allo standard è stata effettuata per funzionare anche con dispositivi media removibili le estensioni prendono il nome di ATAPI ( advanced tecnology attachment packet interfaced ). I dispositivi ATA hanno sofferto di limitazioni in termini di capacità e quantità di dati gestibili, ad esempio una limitazione relativa alle dimensioni massime dei dischi gestibili dall’ interfaccia ATA includono i 32, 137, 504 Mby. Fino all’introduzione del SATA sono stati impiegati connettori a 40 pin, impiegati sia sulle unità che sui controller, con collegamenti per mezzo di cavo piatto o a nastro, ove ciascun cavo è dotato di 2 o 3 connettori.
7)I cavi parallel ATA o P-ATA permettono il trasferimento dati con 16 o 32 bit per volta. All’inizio i cavi ATA avevano 40 conduttori,ma a partire dalla versione ultra DNA86,il cavo è stato portato a 80 conduttori. Il cavo a 80 conduttori prevede un filo di messa a terra per ciascun conduttore dati. Ciò riduce gli effetti dell’induzione elettromagnetica tra:conduttori adiacenti, che permette di aumentare il transfer rate. Sebbene il numero di conduttori sia raddoppiato, il numero dei pin dei connettori è rimasto lo stesso. Se 2 unità vengono collegate ad un solo cavo è generalmente configurare una delle due unità come master e l’altra come slave. L’unità master viene generalmente elencata per prima,dal sistema operativo,rispetto allo slave.
[ UNITA’ 0=16.7MB/sec 1=25 2=33.3 3=44.4 4=66.7 5=100 6=133 ]
8)I cavi serial ATA o S-ATA ;quest’interfaccia utilizza cavi a 7 connettori,per la connessione dati che trasmette i dati in formato seriale piuttosto che parallelo. I vantaggi principali di questa connessione o interfaccia sono tre:1)la velocità. 2)la gestione dei dati. 3)la funzione di hot-swap come l’USB.

Esempio



  



Come usare