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.

46
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.

59
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.