Elementi di Informatica - Matematica e Informatica

Elementi di Informatica
Chiara Epifanio
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Informatica
Informatica
Informatica
INFORMATICA = INFORMAzione + automaTICA
Scienza che studia le informazioni e il loro trattamento
automatizzato
Insieme delle teorie, dei processi e delle tecnologie che
rendono possibile la creazione, la raccolta, l’elaborazione,
l’immagazzinamento e la diffusione dell’informazione.
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Informazione
L’informazione e il supporto
„
„
Informazione = Contenuto elaborato e trasmesso
(immateriale)
Supporto = Mezzo di trasmissione (materiale)
L’informazione non esiste senza supporto, ma è distinta dal supporto.
Ÿ
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Informazione
Caratteristiche dell’informazione
„
L’informazione può essere creata, immagazzinata, trasmessa
e distrutta.
• L’informazione viene creata mediante elaborazione di
dati iniziali.
• Per essere trasmessa (o immagazzinata) correttamente
ha bisogno di essere codificata senza ambiguità.
• Per essere interpretata dal ricevente ha bisogno di
essere decodificata.
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Informazione
Percorso dell’informazione
Dato 1
Creazione
dell’informazione
Dato 2
Elaborazione
Immagazzinamento
Codifica
Trasmissione
Decodifica
Dato 3
Immagazzinamento
In ognuno dei passaggi successivi all’elaborazione ci può essere
perdita parziale o totale dell’informazione.
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Trattamento automatico dell’informazione
INFORMAzione + automaTICA
Con
la
frase
“INFORMAZIONE
AUTOMATICA”
s’intende
l’elaborazione e la trasformazione dei dati e delle informazioni
senza interventi esterni (dell’uomo), dopo che vi sia stata
un’opportuna preparazione e avviamento dell’elaborazione
stessa.
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Trattamento automatico dell’informazione
Il sistema
Il “SISTEMA” è un insieme organico di elementi che
concorrono alla composizione di un’unica entità e/o al
perseguimento di un unico scopo.
Nel nostro caso IL SISTEMA INFORMATICO AUTOMATICO,
ossia l’insieme degli elementi che elabora dati e informazioni
senza l’intervento esterno (dell’uomo), è il COMPUTER.
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Trattamento automatico dell’informazione
Vantaggi e svantaggi del trattamento automatizzato
Vantaggi
„
„
„
„
„
„
„
„
Rapidità
Precisione
Esecuzione di lavori ripetitivi
Gestione di grandi quantità di dati
Integrare dati provenienti da fonti
diverse
Memorizzare dati per lunghi periodi
di tempo
Spazio occupato dalle informazioni
Risparmio economico
Elementi di Informatica
Svantaggi
„
„
„
„
„
„
„
Mancanza di intelligenza autonoma
Mancanza di creatività
Difficoltà ad affrontare problemi
nuovi
Difficoltà nei lavori non ripetitivi
Difficoltà a gestire informazioni non
strutturate
Difficoltà
nell’interpretare
un
discorso
Possibilità di guasti
Chiara Epifanio
Il computer
Computer
Il computer
COMPUTER = Elaboratore elettronico digitale
Elementi di Informatica
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Computer
Il computer
COMPUTER = Elaboratore elettronico digitale
„
ELABORATORE = Macchina in grado di elaborare e
immagazzinare dati in base ad una serie di istruzioni
(programmi) memorizzate ed eseguibili automaticamente.
Elementi di Informatica
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Computer
Il computer
COMPUTER = Elaboratore elettronico digitale
„
„
ELABORATORE = Macchina in grado di elaborare e
immagazzinare dati in base ad una serie di istruzioni
(programmi) memorizzate ed eseguibili automaticamente.
ELETTRONICO = Indica che il sistema per elaborare le
informazioni usa componenti elettroniche.
Elementi di Informatica
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Computer
Il computer
COMPUTER = Elaboratore elettronico digitale
„
„
„
ELABORATORE = Macchina in grado di elaborare e
immagazzinare dati in base ad una serie di istruzioni
(programmi) memorizzate ed eseguibili automaticamente.
ELETTRONICO = Indica che il sistema per elaborare le
informazioni usa componenti elettroniche.
DIGITALE = Il sistema elabora e memorizza segnali basati
sulle cifre (digit) 1 e 0 (valori binari).
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Computer
Sistema informatico
Il COMPUTER è un SISTEMA INFORMATICO
costituito da varie componenti:
„
„
„
HARDWARE = Insieme dei componenti fisici del sistema.
FIRMWARE = Insieme di microprogrammi scritti su
memorie permanenti del calcolatore che sovrintendono al
funzionamento delle varie parti.
SOFTWARE = Insieme dei programmi che possono essere
eseguiti dal sistema.
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Computer
Tipi di computer
Mainframe
Minicomputer
Personal Computer
Network Computer
Notebook
Palmare
Differenti per:
„
„
„
Capacità e velocità di elaborazione.
Dimensione e costo.
Impieghi tipici.
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L’hardware
Hardware
Struttura di un sistema informatico
CPU
Memoria
Centrale
Memoria
Secondaria
I/O
Bus
„
Architettura di Von Neumann.
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Hardware
Struttura di un sistema informatico
CPU
Memoria
Memoria
La CPU (Central Processing
Centrale
Secondaria
Unit) è il cuore del
sistema. È
I/O
la parte del sistema che
svolge le elaborazioni e
Bus
coordina il trasferimento
dei
dati dell’intero sistema
informatico. Accede alla
memoria e ha il compito di
interpretare ed eseguire le
varie istruzioni di cui i
programmi sono composti.
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Hardware
Struttura di un sistema informatico
CPU
Elementi di Informatica
Memoria
Centrale
La memoria centrale è
utilizzata per memorizzare dati
eMemoria
programmi utili al
funzionamento del sistema
I/O
Secondaria
informatico. Tale memoria ha
in genere capacità limitata. In
compenso, l’accesso
Bus all’informazione in questo tipo
di memoria è molto rapido.
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Hardware
Struttura di un sistema informatico
La memoria secondaria è
un dispositivo,o un insieme
Memoria
di dispositivi comeMemoria
i dischi,
CPU
Centrale
Secondaria
utilizzata per memorizzare
grandi quantità di dati e
programmi.
In questo tipo di memoria
Bus
l’informazione è persistente,
cioè non viene persa quando il
calcolatore viene spento.
L’accesso a questo tipo di
memoria è più lento di quello
alla memoria centrale.
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I/O
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Hardware
Struttura di un sistema informatico
CPU
Elementi di Informatica
Le periferiche di Input/Output
sono utilizzate per far comunicare
Memoriacon l’ambiente
Memoria
il calcolatore
esterno.
Centrale
Secondaria
Le periferiche di input più comuni
sono: la tastiera e il mouse.
Quelle di output più note sono: il
Bus output di
monitor (che produce
tipo video) e le stampanti (che
producono output di tipo
cartaceo).
I/O
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Hardware
Struttura di un sistema informatico
Memoria
Centrale
CPU
Memoria
Secondaria
I/O
Bus
Il bus di sistema collega tutti gli elementi
funzionali del sistema e consente così lo
scambio di dati e istruzioni tra di essi.
Elementi di Informatica
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Hardware
L’interno del computer
Le prese sul retro,
chiamate porte,
servono per
connettere al
computer le
periferiche di I/O
La CPU
(o microprocessore)
La memoria
secondaria
Gli slot di espansione
servono per connettere
altre periferiche di I/O
Il bus di sistema
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La RAM
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CPU
La CPU
„
„
„
„
La Central Processing Unit è il centro nevralgico del computer.
Le CPU sono ricavate da sottili lamine di silicio (chip). Ogni
chip contiene milioni di piccolissimi interruttori acceso/spento
(transistor) collegati tra loro da tracce estremamente sottili di
alluminio. I transistor e i fili di collegamento formano circuiti
che elaborano dati e consentono così ai computer di svolgere i
più svariati compiti.
Dal 1971 a oggi il numero di transistor per chip è passato da
2300 a oltre cento milioni rendendo i moderni microprocessori
migliaia di volte più rapidi dei loro predecessori.
La frequenza della CPU, quindi la velocità di esecuzione dei
programmi, si misura in MHz (1 MHz= 1 milione di ciclioperazioni al secondo).
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CPU
La CPU
Registri
Bus di
collegamento
Unità di
controllo
ALU
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CPU
La CPU
Registri
Principali registri:
•contatore di programma
Unità di
controllo
•registro istruzione
ALU
Elementi di Informatica
Spazi di memorizzazione
volatile e molto veloci (più
veloci
della
memoria
principale).
•registri dati
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CPU
La CPU
Registri
Unità di
controllo
ALU
Elementi di Informatica
Unità Logico-Aritmetica
(Arithmetic-Logic Unit)
Effettua operazioni di tipo
logico (AND OR NOT < > =)
e aritmetico (+ - : x) sui dati
provenienti dalla memoria
principale.
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CPU
La CPU
Registri
Unità di
controllo
ALU
Sovrintende
alla
corretta
esecuzione della successione
di operazioni e allo scambio
dati tra i registri e tra la CPU
e la memoria.
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CPU
Ciclo Fetch-Decode-Execute
„
Si preleva dalla memoria l’istruzione successiva
portandola nel registro istruzione (CARICAMENTO).
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CPU
Ciclo Fetch-Decode-Execute
„
„
Si preleva dalla memoria l’istruzione successiva
portandola nel registro istruzione (CARICAMENTO).
Si decodifica il tipo di istruzione e si individua il dato
usato dall’istruzione presente nella RAM (o nella cache)
che viene portato negli opportuni registri (DECODIFICA).
Elementi di Informatica
Chiara Epifanio
CPU
Ciclo Fetch-Decode-Execute
„
„
„
Si preleva dalla memoria l’istruzione successiva
portandola nel registro istruzione (CARICAMENTO).
Si decodifica il tipo di istruzione e si individua il dato
usato dall’istruzione presente nella RAM (o nella cache)
che viene portato negli opportuni registri (DECODIFICA).
Si esegue l’istruzione di tipo logico o aritmetico
(ESECUZIONE).
Elementi di Informatica
Chiara Epifanio
CPU
Ciclo Fetch-Decode-Execute
„
„
„
„
Si preleva dalla memoria l’istruzione successiva
portandola nel registro istruzione (CARICAMENTO).
Si decodifica il tipo di istruzione e si individua il dato
usato dall’istruzione presente nella RAM (o nella cache)
che viene portato negli opportuni registri (DECODIFICA).
Si esegue l’istruzione di tipo logico o artitmetico
(ESECUZIONE).
Si trasferisce il risultato dell’operazione nella RAM o nei
registri della CPU (MEMORIZZAZIONE).
Elementi di Informatica
Chiara Epifanio
CPU
Ciclo Fetch-Decode-Execute
„
„
„
„
Si preleva dalla memoria l’istruzione successiva
portandola nel registro istruzione (CARICAMENTO).
Si decodifica il tipo di istruzione e si individua il dato
usato dall’istruzione presente nella RAM (o nella cache)
che viene portato negli opportuni registri (DECODIFICA).
Si esegue l’istruzione di tipo logico o artitmetico
(ESECUZIONE).
Si trasferisce il risultato dell’operazione nella RAM o nei
registri della CPU (MEMORIZZAZIONE).
TEMPO ISTRUZIONE = Tempo Caricamento + Tempo Decodifica
TEMPO ESECUZIONE = Tempo Esecuzione + Tempo Memorizzazione
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Memoria centrale
La memoria centrale
Memoria centrale
(di tipo elettrico quindi veloce)
RAM
ROM
Random Access Memory
Read Only Memory
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Memoria centrale
La RAM
„
„
„
„
„
„
„
È di tipo elettrico VOLATILE (ossia i dati contenuti si
perdono allo spegnimento della macchina).
È molto veloce.
È riscrivibile (i dati possono essere scritti, cancellati e
modificati).
È ad accesso diretto (casuale).
Serve per memorizzare le istruzioni e i dati dei programmi
in esecuzione.
Contiene gli input provenienti dall’esterno (tastiera,
mouse,…)
Contiene i dati elaborati dal sistema.
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Memoria centrale
La RAM
„
„
„
„
„
Ha capacità variabile ma non eccessiva (per via del costo)
È suddivisa in celle (dette locazioni o parole) che sono
tutte della stessa dimensione.
Ogni cella è identificata da un numero (detto indirizzo)
necessario al processore per eseguire le operazioni di
lettura e scrittura.
Ogni volta che si scrive un dato in una locazione il dato
contenuto in precedenza viene perso per sempre.
Il tempo di accesso ad ogni singola cella è costante (è
uguale per ogni cella).
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Memoria centrale
La ROM
„
„
„
„
È di tipo elettrico ma è PERMANENTE (ossia i dati
contenuti non si perdono allo spegnimento della
macchina).
I dati vengono scritti in fase di produzione della macchina
e non possono essere modificati o cancellati dall’utente.
Contiene le informazioni per l’inizializzazione del
calcolatore all’accensione o le istruzioni per operazioni di
controllo del corretto funzionamento delle componenti
(BIOS – Basic Input Output System).
Ha capacità ridotte.
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Memoria secondaria
La memoria secondaria o di massa
„
„
„
„
„
„
„
È di tipo permanente (ossia i dati contenuti non si perdono allo
spegnimento della macchina).
È più grande della memoria di sistema ma è più lenta.
I dati possono essere scritti, letti, modificati e cancellati.
Serve per memorizzare in modo permanente i risultati delle
elaborazioni.
Può essere ad accesso casuale (più veloce) o ad accesso
sequenziale (più lenta).
È più economica della RAM.
È di varia natura.
Elementi di Informatica
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Memoria secondaria
Quando si parla di memorie secondarie, si distinguono i
dispositivi e i supporti di memorizzazione.
„
„
I dispositivi hanno lo scopo di leggere e scrivere i dati sul supporto (testina di
lettura/scrittura).
„
Scrittura: memoria centrale → supporto di memorizzaz.
„
Lettura: supporto di memorizzaz.→ memoria centrale.
Il supporto di memorizzazione è il componente fisico su cui vengono
immagazzinati i dati.
L’informazione contenuta nella memoria di massa è organizzata in archivi o file.
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Elementi di Informatica
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Memoria secondaria
La memoria secondaria o di massa
Memoria secondaria
(di vario tipo, più o meno veloce)
MAGNETICA
Elementi di Informatica
OTTICA
ELETTRICA
Chiara Epifanio
Memoria secondaria (magnetica)
La memoria magnetica
„
„
„
„
„
Sfrutta le proprietà magnetiche dei metalli, orientando
opportunamente le particelle metalliche sospese su un
supporto.
Ha grandi capacità a basso costo.
Può avere differenti velocità di accesso.
Può essere ad accesso casuale (si accede direttamente al
dato richiesto) o ad accesso sequenziale (per accedere al
dato richiesto si devono leggere tutti i dati che lo
precedono).
Possono essere removibili (quindi utili per trasportare dati
da un computer ad un altro).
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Chiara Epifanio
Memoria secondaria (magnetica)
Il Floppy Disk
„
„
„
„
„
„
„
È stato uno dei primi supporti di memoria magnetica
removibile.
È riscrivibile.
Ha una capacità relativamente bassa.
Ha una bassa velocità di accesso ai dati.
I dati sono soggetti facilmente a deterioramento.
Nel corso del tempo sono stati inventati dischetti con
capacità sempre maggiore, tuttavia la capactià massima
raggiunta è stata di circa 250 Mb.
Ormai è in disuso.
Elementi di Informatica
Chiara Epifanio