Il BUS di Sistema: funzionamento e tipologie per l'Informatica

BUS di Sistema

ALIMENTATORE MICROPROCESSORE BUS di SISTEMA MEMORIA Porta mouse e tastiera Porta stampante Slot di espansione Porta monitor Porta hard disk Porta Floppy diskBUS di Sistema PROCESSOR R OL 66MHz ISA 1/0 ONT A 32 BIT 33 MHZ 32 BIT 33 Mit: 16 MIT Y Y PCI-BUS TR ON A 32 BIT 33 MHx Y . Il BUS di Sistema collega i vari componenti interni del PC in modo da permettere che i dati vengano inviati da un componente all'altro. · Sulla scheda madre (MB) del PC non c'è una parte precisa che individui il BUS perché questo è un insieme di circuiti elettrici detti tracce, stampate sulla superficie della MB. Inoltre il BUS include anche diversi microchip (quelli indicati in figura come controller) e gli alloggiamenti (slot) in cui si inseriscono le schede di espansione. · Sul BUS sono previsti degli slot di espansione in modo che aggiungendo una nuova scheda (anche in un secondo tempo rispetto all'istante in cui si assembla il PC), sia permessa la comunicazione con le altre componenti, interne ed esterne. A 8 MHr 1/0 CONTROLLERBus di sistema

Il bus di sistema è costituito da un insieme di linee (tracce) lungo le quali viene trasferita l'informazione.

Topologicamente, è un collegamento aperto (non limitato ad un estremo), cui si collegano le varie unità funzionali della macchina di Von Neumann.

In ogni istante di tempo, il bus collega due unità funzionali: una trasmette dati e l'altra li riceve.

Le possibili interconnessioni sono tra l'unità centrale di elaborazione (CPU) e la memoria centrale (RAM), oppure tra l'unità centrale di elaborazione e l'interfaccia di una periferica.

Il bus lavora sotto il controllo dell'unità centrale di elaborazione, che sceglie il collegamento da attivare e l'operazione da compiere.

La modalità di funzionamento del bus è master-slave: l'unità centrale di elaborazione funge da dispositivo master, mentre le altre unità funzionali assumono, una per volta, il ruolo di slave.

Il bus è assegnato ad uno specifico collegamento per il tempo necessario a svolgere l'operazione da compiere: più piccolo è questo tempo, più alta è la velocità del bus.Funzionalmente, le linee del bus di sistema possono essere divise in tre categorie, a seconda del tipo di informazione trasportata: dati, indirizzi e segnali di controllo.

Si identificano pertanto tre bus:

• BUS DATI: trasferisce dati dall'unità master all'unità slave e/o viceversa. Se, per esempio, lo slave è la memoria centrale, i dati viaggiano da una cella di memoria al DR (lettura), oppure dal DR ad una cella di memoria (scrittura).
• BUS INDIRIZZI: trasferisce indirizzi dall'unità di elaborazione allo slave. Per esempio, se deve essere scelta una locazione di memoria per un'operazione di letturao scrittura, le informazioni vanno dall'unità centrale (registro AR) alla memoria.
• BUS CONTROLLI: trasferisce dal master allo slave il comando (codificato) corrispondente all'operazione da eseguire e dallo slave al master informazioni relative all'avvenuto espletamento dell'operazione richiesta.Riepilogando, per una operazione di lettura:

• l'unità centrale di elaborazione (CPU) deve:
  1. caricare l'indirizzo della parola di memoria da leggere nel registro AR e trasmetterlo alla memoria attraverso il bus indirizzi;
  2. inviare alla memoria il comando di lettura attraverso il bus controlli;
• la memoria deve:
  1. eseguire l'operazione di lettura, che trasferisce il contenuto della locazione indirizzata nel registro DR attraverso il bus dati;
  2. segnalare all'unità centrale di elaborazione (CPU), attraverso il bus controlli, che l'operazione è stata effettuata e che il dato è disponibile nel registro DR.

Invece, per una operazione di scrittura:

• l'unità centrale di elaborazione (CPU) deve:
  1. caricare l'indirizzo della parola di memoria in cui si vuole scrivere nel registro AR e trasmetterlo alla memoria attraverso il bus indirizzi;
  2. caricare il dato da scrivere nel registro DR;
  3. inviare alla memoria il comando di scrittura attraverso il bus controlli;
• la memoria deve:
  1. eseguire l'operazione di scrittura, che trasferisce il contenuto del registro DR (attraverso il bus dati) nella locazione indirizzata;
  2. segnalare all'unità centrale, attraverso il bus controlli, che l'operazione è terminata.Interfacce di Input/Output (I/O)

Interfacce di I/O

ALIMENTATORE MICROPROCESSORE BUS di SISTEMA MEMORIA Porta mouse e tastiera Porta stampante Slot di espansione Porta monitor Porta hard disk Porta Floppy disk JInterfacce di I/O

Sono gli elementi circuitali che consentono la connessione tra l'elaboratore e le periferiche (peripheral).

Esistono molti tipi di interfaccia, in dipendenza del tipo di periferica (dischi, nastri, stampanti, terminali, scanner, plotter, sensori e attuatori per robot, sistemi di acquisizione dati, ecc.) e del grado di "intelligenza" della periferica.

Le periferiche possono infatti essere dotate di proprie unità di controllo, capaci di effettuare conversioni o anche elaborazioni di dati.

Interfacce intelligenti possono sgravare la CPU da alcuni compiti (evoluzioni della macchina di Von Neumann).

In una interfaccia standard sono normalmente presenti i seguenti registri:

• REGISTRO DATI della Periferica (PDR): in esso vengono depositati i dati dascrivere o da leggere
• REGISTRO COMANDO della Periferica (PCR): in esso l'unità di elaborazione scrive il codice corrispondente all'operazione da eseguire
• REGISTRO di STATO della periferica (occupata, pronta, in situazione di errore, ... )Interfacce di I/O

ALIMENTAZIONE PS/2 PARALLELA USB 8078 KEY BOARD DOPPIA SERIALE DObbIV

• Sono le porte di comunicazione tra il computer e le periferiche (mouse, tastiera, monitor, stampante, ecc.).
• La tecnologia più diffusa per le connessioni delle periferiche è la USB (Universal Serial Bus); sfrutta un metodo di trasmissione seriale ad alta velocità e permette di connettere in cascata fino a 127 periferiche. Il miglioramento principale apportato dall'USB è la standardizzazione delle porte (tutte o quasi le periferiche moderne hanno l'attacco USB)
• La tastiera può essere collegata al connettore PS/2 (sviluppato in origine da IBM e poi diventato standard per la maggior parte dei PC) oppure tramite porta USB.
• Il mouse può essere collegato sia al PS/2 che alla porta seriale (Com1 o Com2) che alla porta USB.
• Le stampanti venivano collegate alla porta parallela (bit trasmessi in parallelo); ora, hanno solo connessione USB.USB

Connessioni USB

Hub/Periferica Hub/Periferica Hub/Host 1 1 1 Tastiera Monitor PC Th USB2 CONNECT USB2 CONNECT Penna Mouse Altoparlante Microfono Telefono Hub 1 1 1 1 Periferica Periferica Periferica Periferica Periferica Hub = USB 2 CONNECT ADAPTEC ADAPTEC --- USB 1.1 Compatible USB 2.0 Ready Get ready today for tomorrow's high-speed peripherals Speed 4-port USB 2.0 card

Ciascuna porta/presa USB accetta la connessione diretta di una periferica oppure di un concentratore (Hub) che pilota diverse periferiche (connessione a bus).

L'USB è nato per fornire una connessione economica, veloce e semplificata per le periferiche esterne al PC: la porta USB (Universal Serial Bus) è un'interfaccia standard di connessione utilizzata per trasferire dati e alimentazione tra dispositivi (computer, smartphone, stampanti, fotocamere e unità di archiviazione).USB è diventata una delle tecnologie più diffuse per la sua versatilità, facilità d'uso e velocità di trasferimento: è progettata per funzionare con una vasta gamma di dispositivi e sistemi operativi (compatibilità universale); supporta il "plug and play" permettendo ai dispositivi di essere collegati e riconosciuti automaticamente dal computer; oltre ai dati, fornisce anche alimentazione (consentendo di caricare dispositivi come telefoni cellulari e tablet); è disponibile in diversi standard (standard multipli), ciascuno con una velocità di trasferimento e caratteristiche diverse.

Con l'evoluzione della tecnologia, la porta USB è diventata più rapida e versatile, mantenendo la retrocompatibilità e supportando un'ampia gamma di dispositivi.

Lo si può utilizzare con qualsiasi periferica indipendentemente dalla quantità di dati che questa deve trasmettere. Particolarmente indicato (nelle ultime versioni) per le trasmissioni che richiedono alta banda passante

Standard USB e Velocità di Trasferimento

• USB 1.0 e USB 1.1 (1996-1998)
• Velocità: 1.5 Mbps (Low-Speed) e 12 Mbps (Full-Speed).
• Utilizzo: Collegamenti lenti come mouse e tastiere (questo standard è obsoleto).
• USB 2.0 (High-Speed) (2000)
• Velocità: Fino a 480 Mbps (circa 60 MB/s).
• Utilizzo: Utilizzato per dispositivi più comuni come chiavette USB, stampanti, e hard disk esterni.
• Retrocompatibilità: Compatibile con USB 1.1.
• USB 3.0 (SuperSpeed) (2008)
• Velocità: Fino a 5 Gbps (circa 625 MB/s).
• Utilizzo: Ideale per dispositivi di archiviazione più veloci e trasferimento di grandi quantità di dati.
• Caratteristica visiva: Spesso la porta e il connettore hanno un colore blu per distinguerli dagli standard precedenti. Retrocompatibilità: Compatibile con USB 2.0. o
• USB 3.1 (SuperSpeed+) (2013)
• Velocità: Fino a 10 Gbps (circa 1.25 GB/s).
• Utilizzo: Ideale per trasferimenti rapidi di dati, come file video in alta risoluzione e applicazioni di archiviazione veloci.
• Connettore USB-C: Introdotto con questo standard, è reversibile e più compatto.
• Retrocompatibilità: Compatibile con USB 3.0 e 2.0.
• USB 3.2 (2017)
• Velocità: Fino a 20 Gbps (circa 2.5 GB/s) con il doppio canale sui cavi compatibili USB-C.
• Utilizzo: Ottimale per i trasferimenti di grandi volumi di dati in tempi brevi.
• Retrocompatibilità: Compatibile con i precedenti standard USB.
• USB4 (2019)
• Velocità: Fino a 40 Gbps (circa 5 GB/s) con cavi certificati USB-C.
• Compatibilità: Basato sulla tecnologia Thunderbolt 3, è compatibile con i dispositivi Thunderbolt e con le versioni precedenti di USB.
• Utilizzo: Supporta trasferimenti di dati ad altissima velocità, connessioni video ad alta definizione, e funzionalità di alimentazione per dispositivi.

Riepilogo Velocità Standard USB

Standard USB Velocità Massima Anno di Introduzione Tipo di Utilizzo USB 1.0/1.1 1.5-12 Mbps 1996-1998 Dispositivi a bassa velocità come mouse e tastiere USB 2.0 480 Mbps (60 MB/s) 2000 Stampanti, chiavette USB, hard disk esterni USB 3.0 5 MB/s) Gbps (625 2008 Archiviazione veloce e dispositivi di backup USB 3.1 10 Gbps (1.25 GB/s) 2013 Archiviazione rapida e trasferimenti video USB 3.2 20 Gbps (2.5 GB/s) 2017 Dispositivi ad alte prestazioni USB4 40 GB/s) Gbps (5 2019 Video ad alta definizione, archiviazione ultra-rapida