Il personal Computer

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Testo

RELAZIONE DI SISTEMI
CAPITOLO 8
“IL PERSONAL COMPUTER”
AVVIO DEL PC ( SET-UP E BOOTSTRAP) (vedi fig. 1)
1) Accensione della macchina (reset a freddo)
All’accensione del PC, viene indirizzata una locazione di memoria ROM-BIOS, la quale contiene il microprogramma (detto firmware), costituito da routine che consentono di verificare la presenza, il corretto funzionamento e la gestione dei periferici (tastiera, stampante, ecc…) e della memoria volatile presente nel PC.
2) Fase di caricamento (set-up)
Attraverso il firmware di sistema inizia la fase di set-up. In questa fase viene verificato che non ci siano conflitti tra il contenuto della CMOS-RAM ed i dispositivi installati nel PC.
3) Bootstrap
Nella fase di bootstrap il BIOS controlla la dimensione massima della memoria RAM installata, ne esegue il test e ne azzera il contenuto. Vengono poi caricate dalla ROM-BIOS, nella memoria RAM, i parametri e le routine di base dette anche di basso livello.
4) Ricerca del boot-sector
In questa fase avviene la ricerca del boot-sector nel drive A, cioè quella zona del disco che contiene un piccolo programma il quale avvia il processo di caricamento del sistema operativo. Questo passaggio viene segnalato con l’accensione del LED presente sul drive. Se il disco è presente e contiene il sistema operativo il controllo passa a quest’ultimo. Se invece il disco non contiene il sistema operativo il BIOS segnala il problema sul video e, premuto un tasto si ripete l’operazione precedente. Se il drive A non contiene il disco, avviene la ricerca del boot-sector nel disco fisso.
5) Il controllo passa al sistema operativo
Avvenuta la ricerca del boot-sector si ha il passaggio dell’ hardware del PC al sistema operativo. Vengono caricati in memoria RAM i file nascosti di sistema i quali costituiscono il “kernel” del sistema operativo.
6) Config.sys
Il CONFIG.SYS è un file di testo che contiene i comandi di configurazione dell’ hardware del PC (tastiera, stampante, mouse, ecc…). Se questo file risulta assente il DOS assume una configurazione minima di base.
7) Autoexec.bat
AUTOEXEC.BAT è un file di testo, chiamato anche file di “batch”, termine che indica un insieme di comandi da eseguire in sequenza. Questo file può contenere comandi riguardanti il promp, programmi di configurazione della tastiera, ecc… Inoltre questo file può anche essere utilizzato per lanciare un programma che l’utente deve utilizzare.
fig.1
INTERRUPT (CAP.5) (vedi fig. 2)
Spesso è utile che il computer esegua speciali comandi, interrompendo l’esecuzione del comando in atto. Questo evento, chiamato interrupt (interruzione), si ha per permettere l’esecuzione della routine urgente abbinata al segnale di interruzione pervenuto al processore. Queste interruzioni vengono eseguite per velocizzare le operazioni di un PC. Infatti, quando un dispositivo periferico risulta lento,verrebbe richiesto un tempo molto lungo per completare il trasferimento dei dati. L’uso di un circuito di interfaccia che operi ad interruzioni permette di svolgere la fase più lenta del trasferimento fra dispositivo esterno e circuito capace di richiedere l’interruzione senza coinvolgere il processore, che invece verrà interessato tramite l’attivazione di un segnale quando l’interfaccia sarà pronta per il trasferimento. A questo punto il processore interromperà l’esecuzione del programma in corso e provvede ad eseguire la routine specifica detta SERVIZIO D’INTERRUZIONE. Alla fine del servizio il programma interrotto riprenderà il suo regolare svolgimento.
Ci sono diversi tipi di interruzione:
· interruzioni esterne alla CPU (si manifestano in segnali che giungono ai piedini d’ingresso)
le quali si suddividono in: a) interrupt non mascherabile;
b) interrupt mascherabile;
· interruzioni software (sono richiamate dall’utente attraverso l’istruzione INT);
· interruzioni interne alla CPU (avvengono a seguito di situazioni eccezionali);
· interruzioni passo-passo (sono richieste da specifici circuiti interni alla CPU).
fig. 2
MAPPA DEGLI INTERRUPT (vedi fig. 3)
Alla maggior parte degli interrupt sono associate delle funzioni, cioè un gruppo di routine, le quali svolgono un’operazione particolare legata all’interrupt principale.
Se la routine fornisce più di un servizio, questo viene indicato nel registro AH, caricando via software il numero esadecimale corrispondente, prima di richiamare l’INTxx desiderato.
Le routine degli interrupt di solito salvano il contenuto di tutti i registri della CPU, tranne i registri AX e FLAG, ripristinandoli al termine del servizio. Il contenuto degli altri registri viene modificato solo se in essi viene messo un parametro che il servizio di interrupt passa al programmatore.
E’ inoltre consigliabile, prima del richiamo dell’interrupt, eseguire i seguenti passi di programmazione:
PUSH reg. (o MOV mem. , reg.) ; salvataggio dei registri coinvolti e che contengono dati da
utilizzare;
MOV AH , nn ; caricamento del servizio di interrupt;
INT xx ; chiamata dell’interrupt BIOS;
MOV mem. , reg. ; salvataggio dei dati eventualmente restituiti dall’INTxx;
POP reg. (o MOV reg. , mem.) ; ripristino dei dati originali nei registri.
fig. 3
INTERRUPT BIOS
Il BIOS è un insieme di routine appositamente realizzate dai costruttori di PC per fornire gli strumenti di controllo necessari alla gestione a basso livello della maggior parte dell’hardware del personal computer e delle sue periferiche.
Queste ROUTINE sono i programmi inseriti tra l’hardware ed i linguaggi ad alto livello che normalmente il programmatore richiama per le sue applicazioni. E’ molto importante sfruttare al meglio questi servizi per una miglior realizzazione di applicazioni software.ad esempio, se è necessario stampare un file si possono seguire due strade: la prima consiste nel realizzare un apposito programma che permetta di gestire la stampante in dotazione, mentre la seconda che ci permette di richiamare il servizio del BIOS corrispondente (nel nostro caso INT 17h), che esegue nel migliore dei modi la stessa operazione fornendo all’utente anche tutta una serie di parametri per la gestione del colloquio e dei segnali di controllo fra CPU e dispositivo.
Quindi l’obbiettivo principale di questo tipo di interrupt è quello di fornire all’utente una interfaccia operativa rispetto al sistema di elaborazione e rendere non indispensabile per il programmatore la conoscenza dettagliata delle caratteristiche dell’hardware della macchina.
Per le routine del BIOS sono state riservate sulla scheda madre degli appositi zoccoli per poterci mettere delle memorie ROM, le quali contengono questi programmi (da qui il nome ROM-BIOS).
Al momento dell’accensione del PC sono proprio le routine del BIOS che eseguono le operazioni di bootstrap per l’avvio del sistema operativo DOS.
SCHEDA VIDEO (vedi fig. 4, fig. 5)
Il sistema di visualizzazione utilizza una memoria video (DUAL PORT MEMORY) che è diversa da una qualsiasi memoria del PC. La memoria è formata da due “porte”; la prima serve al circuito che gestisce il controllore video il quale preleva i dati, inviandoli sullo schermo con una certa frequenza in modo da assicurare alla persona che osserva una elevata chiarezza di immagine: come abbiamo capito è tutto molto simile a quello che accade in un televisore. La seconda porta serve invece al processore affinché possa aggiornare i dati sulla memoria video ogniqualvolta che un testo, colore, ecc…, devono essere cambiati.
La memoria video si divide in due parti:
· una MEMORIA VIDEO REALE, la quale corrisponde al buffer di memoria fisico, dove
vanno messi i caratteri o la grafica da visualizzare;
· una MEMORIA VIDEO VIRTUALE, che può essere definita in una qualsiasi parte della
memoria convenzionale.
La seconda è molto utilizzata nelle gestioni di immagini molto sofisticate per aumentare la velocità di rappresentazione, senza operare nella memoria video reale.
Ogni adattatore può funzionare in modo testo o in modo grafico, suddividendo lo schermo in righe “R” e colonne “C”.
Le differenze fra le modalità di visualizzazione dipendono soprattutto dalla quantità di punti disponibili sullo schermo (RISOLUZIONE).
Nella seguente figura è riportato il byte di attributo del colore e la tabella dei colori possibili e dei rispettivi codici:

7
6
5
4
3
2
1

bit
COLORE
CODICE (EX)
I
R
G
B
B

S

I

C

Nero

Blu
1

1
fig.4 (a)
Verde
2

1

Azzurro
3

1
1
Rosso
4

1

Viola
5

1

1
Marrone
6

1
1

Grigio chiaro
7

1
1
1
Nero lampeggiante
8
1

Blu lampeggiante
9
1

1
Verde lampeggiante
A
1

1

fig.4 (b)
Azzurro lampeggiante
B
1

1
1
Rosso lampeggiante
C
1
1

Magenta lampeggiante
D
1
1

1
Marrone lampeggiante
E
1
1
1

Bianco lampeggiante
F
1
1
1
1
fig. 4 Rappresentazione video in modo testo: (a) byte di attributo colore; (b) tabella dei colori e
codici.
Il byte di attributo colore è suddiviso in quattro campi:
· B, seleziona la possibilità di eseguire un lampeggio del carattere (B=1, lampeggio);
· S, seleziona il colore dello sfondo;
· I, indica l’intensità del colore ed è di solito rappresentato abbinato ai bit del campo
successivo;
· C, seleziona il colore del carattere.
fig. 5: video del PC.
MOUSE
Il mouse è un dispositivo di input che permette ad una persona semplici interazioni con la macchina.
Alla pressione di un semplice pulsante il mouse invia al BIOS un gruppo di dati indicante lo stato corrente del pulsante, fornendo inoltre la sua posizione sul video. Alla pressione del pulsante del mouse un programma interpreta questo “cambiamento” di stato e svolge un certa funzione a seconda della zona dove si è “cliccato”.
Abitualmente nel modo testo vengono utilizzati come puntatori del mouse caratteri di testo e/o singoli attributi del carattere relativi al colore.
Dal punto di vista software il mouse può essere gestito dall’interrupt “33h” con, in più, le funzioni dei tasti 5 e 6, messi a disposizione dal driver del dispositivo. Questi interrupt permettono di determinare quante volte un bottone è stato premuto.
SCHEDA DI COMUNICAZIONE SERIALE E PARALLELA
INTERFACCIA SERIALE (vedi fig. 6)
L’interfaccia seriale può essere posizionata in corrispondenza di quattro gruppi di indirizzi (o “porte”):
· COM1;
· COM2;
· COM3;
· COM4.
L’interfaccia si presenta all’utente come un insieme di 10 registri, che comunica con il BUS tramite 8 linee del BUS dati e 3 linee del BUS indirizzi per la selezione dei registri. Inoltre sono presenti tre segnali di controllo lettura (RD), scrittura (WR) e selezione del chip (CS).
(a) (b)

fig. 6: (a) schema logico, (b) indirizzi dei registri.
INTERFACCIA PARALLELA
Un altro canale di comunicazione del PC con l’esterno è costituito dal PORT PARALLELO (normalmente utilizzato per la gestione della stampante).
Il PORT PARALLELO permette anche di eseguire la richiesta di interrupt hardware.
Gli indirizzi di questa porta sono i seguenti:
· LPT1;
· LPT2;
· LPT3.
MEMORIE MAGNETICHE
In questo tipo di memorie, su di un apposito supporto viene depositato uno strato sottilissimo di ossido di ferro con caratteristiche magnetiche particolari. Questo supporto viene poi fatto muovere ad una velocità costante di fronte ad una testina di lettura e scrittura. Impulsi di corrente permettono la magnetizzazione di piccolissime zone di questo supporto, mentre la lettura avviene rilevando la variazione della forza elettromotrice indotta nella testina del lettore magnetico, a seguito della variazione del flusso.per codificare le informazioni da memorizzare si utilizza la tecnica detta MANCHESTER, secondo la quale sia i dati da memorizzare, sia la sincronizzazione avvengono sulla base di un segnale ottenuto da una operazione di EX-OR, la cui tabella della verità è riportata di seguito:
A
B
Y

1
1
1

1
1
1

Y = A·B + A·BB


















Ck
1
1
1
1
Dati (NRZ)

















1
1

1

1
















Dati e Clock
fig. 7: codifica Manchester

In figura 7 possiamo vedere un esempio di questa codifica.
La funzione EX-OR tra clock e dati determina un terzo segnale, il quale fornisce allo stesso tempo la codifica dei dati e la temporizzazione, ricavata sui fronti di discesa del segnale.
Questo tipo di memorie possono essere a disco o a nastro.
I parametri tipici delle memorie di massa sono:
· velocità di movimento del supporto (pollici/sec.);
· densità di memorizzazione (bit/pollice);
· velocità di trasferimento (bit/sec.).
ORGANIZZAZIONE DI UN DISCO (fig. 8)
I dischi si suddividono i due categorie:
· rigidi;
· flessibili.
I primi (hard disk), possono essere fissi oppure removibili. I secondi si suddividono in altre cinque categorie:
· di diametro uguale a 5,25 pollici e capacità pari a 360 Kbyte (doppia densità);
· di diametro uguale a 5,25 pollici e capacità pari a 1,2 Mbyte (alta densità);
· di diametro uguale a 3,5 pollici e capacità pari a 720 Kbyte (doppia densità);
· di diametro uguale a 3,5 pollici e capacità pari a 1,44 Mbyte (alta densità);
· di diametro uguale a 3,5 pollici e capacità pari a 2,88 Mbyte (altissima densità).
Nella figura 8 possiamo vedere com’è organizzato un disco flessibile (a), ed uno rigido (b).
fig. 8
FORMATTAZIONE
In un disco non ancora utilizzato è necessario eseguire la formattazione, la quale consiste nel determinare il numero di tracce e la loro posizione. Dopo la formattazione avviene la scrittura in ogni traccia di una sequenza di byte, che definiscono appositi campi dati, detti campi identificatori e specifici bit per il controllo.
GESTIONE DELLE MEMORIE DI MASSA
Un disco è composto da due parti logicamente e fisicamente distinte:
· il DRIVE, che è un organo elettromagnetico comprendente motori testine e disco;
· il CONTROLLORE DI DISCO, costituito dalla circuiteria di raccordo con il BUS del
microprocessore.
Quest’ultimo è visto dalla CPU come un dispositivo I/O e viene gestito ad interrupt.
fig. 9: controllore disco rigido.
MEMORIE OTTICHE
Questo tipo di memorie è di molto utilizzato e basano la memorizzazione dei dati usando una sorgente a raggi infrarossi.
La scrittura consiste nell’incisione della superficie del disco, secondo tracce che si sviluppano in modo analogo alle incisioni dei dischi a microsolco. La lettura avviene sulla base della riflessione (1 logico) e della rifrazione (0 logico) di un raggio a bassa potenza, convertito in segnale elettrico da un fotodiodo.
Le memorie ottiche si dividono principalmente in:
· WORM, le quali possono essere memorizzate una sola volta e lette più volte ed hanno una
capacità di 940 Mbyte;
· CD ROM, che appartengono alle memorie a sola lettura ed hanno una capacità massima di
680 Kbyte.
La velocità di rotazione di quest’ultimi è a variazione lineare.
Nome: Luca
Cognome: Innocenti
Classe: 4ªAk

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