4)Slide lezione 2 - parte seconda (1 ottobre 2015) [modalità

Università degli Studi di Macerata
Dipartimento di Giurisprudenza
Scienze dell’amministrazione pubblica e privata (Classe LM-63)
SISTEMI E APPLICAZIONI PER
L’AMMINISTRAZIONE DIGITALE
“IL COMPUTER”
Lezione n. 2 – parte seconda
Giovedì 1° ottobre 2013
A.A. 2015-2016 - primo semestre biennio
Luca Ricciotti PhD
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Il computer
Un computer è un sistema di elaborazione che, come tutte le macchine, non
ha nessuna capacità decisionale o discrezionale, ma si limita a compiere
determinate azioni secondo procedure prestabilite (programmi)
Il computer esegue istruzioni
... dal momento in cui viene avviato al momento in cui viene spento, esegue
un’istruzione dietro l’altra (molti milioni di volte al secondo) senza alcuna
interruzione. Anche quando sembra che non stia facendo niente, sta in realtà
eseguendo ciclicamente un’istruzione di “attesa” (il cosiddetto ciclo idle di sistema)
Storicamente le origini del computer si fanno risalire all’ENIAC, (Elettronic
Numerical Integrator And Calculator), il primo calcolatore elettronico realizzato negli
anni ‘40 ed utilizzato fino al 1955
Era contenuto in un enorme armadio della dimensione di circa 160 m2 e conteneva
ben 18.000 valvole (gli attuali moderni transistor)
Evoluzione tecnologica
(sempre più “dinamica”)
Diverse tipologie di
computer
Differenti capacità di
calcolo
Differenti categorie
di riferimento
(potenza elaborativa)
(la distinzione è sfumata)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Tipologie di computer (1-3)
Categorie di riferimento
(alcuni termini descritti sono antiquati e, attualmente, poco utilizzati)
Mainframe
Usati nelle grandi aziende, nelle banche e
ovunque ci sia bisogno di gestire una
complessa e delicata rete di computer ed
apparecchiature
Hanno elevate prestazioni per capacità di
calcolo e di memoria
Sono in grado di gestire
contemporaneamente un elevato numero
di utenti e di solito vengono utilizzati per
la gestione centralizzata di tutto il sistema
informatico nelle medie e grandi imprese
I mainframe sono gli eredi diretti dei
primi computer e ne rispecchiano ancora
la struttura di base, con una macchina
centrale cui fanno capo diversi terminali
secondari
Microcomputer e Minicomputer
Supercomputer e Workstation
Supercomputer
Microcomputer
Utilizzati in ambienti con necessità di
Caratterizzato, generalmente, da un
calcolo avanzate come i grandi centri di
singolo microprocessore, di costo
ricerca, sono dotati di elevata potenza
abbastanza limitato da poter essere
elaborativa per svolgere funzioni di
calcolo molto importanti
acquistato e utilizzato da un singolo
utente, con un ingombro generalmente
ridotto
Workstation
(es. personal computer, le console per
videogiochi, i tablet PC ed i c.d. “home Utilizzate soprattutto nelle università e nei
computer” di una volta – Commodore vic laboratori di ricerca, sono molto potenti e
con un’architettura fatta su misura per
20, Commodore 64, Atari 800)
scopi professionali
Minicomputer
Una “macchina” che, in quanto a potenza
elaborativa, era collocata a metà strada
fra un mainframe e un microcomputer
Sono utilizzati principalmente per la
ricerca, per la programmazione e per la
grafica avanzata (ad esempio, per la
realizzazione di montaggi video, scene
virtuali, effetti cinematografici speciali,
etc.)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Tipologie di computer (2-3)
Categorie di riferimento
Personal Computer
Computer portatili
Subnotebook
(PC)
(Laptop computer o notebook)
(Ultraportatili o Miniportatili)
Sono piccoli elaboratori
ideati per l’uso personale
Il termine PC fu coniato la prima volta
dall’IBM per identificare il loro primo
microcomputer
I personal computer vengono oggi
utilizzati indifferentemente sia in ambito
lavorativo che casalingo, tanto che nei
paesi industrializzati ciascuna famiglia
possiede ormai uno o più personal
computer
Sono computer di piccole dimensioni
adatti ad essere trasportati, usati da chi
deve spostarsi spesso per lavoro avendo la
necessità di avere sempre il proprio
computer a portata di mano
Dotati di una batteria che consente un’autonomia
di alcune ore per lavorare anche durante gli
spostamenti sono, a parità di potenza, più costosi
rispetto ai normali PC
Le caratteristiche principali sono: alimentazione
anche a batteria (ricaricabile), schermo piatto a
cristalli liquidi (LCD), dimensioni ridotte
Vantaggi: leggeri e maneggevoli, funzionano per
qualche ora senza la necessità di un’alimentazione
di corrente, si possono portare con estrema facilità
in viaggio o in vacanza
Svantaggi: limitata capacità di espansione e di
collegamento con le periferiche, alti costi
a) Il primo desktop computer, il PC IBM, prodotto il 12 Agosto 1981
b) un tower computer c) un computer portatile (notebook)
Sono computer portatili che possiedono
gran parte delle funzionalità dei notebook,
ma rispetto a questi, hanno dimensioni e
peso ridotti
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Tipologie di computer (3-3)
Categorie di riferimento
Netbook
Sono computer di dimensioni e peso
ridotti (con schemi che non superano
generalmente gli 11 pollici), adatti ad
essere facilmente trasportati, con
caratteristiche tecniche pensate
principalmente per la navigazione in rete
e la videoscrittura e pensati soprattutto
per un’utenza non professionale
Tablet PC
Computer palmari
Chiamati semplicemente palmari, spesso
indicati in lingua inglese con l’acronimo
PDA (Personal Digital Assistant) sono
computer di piccole dimensioni, tali da
essere portati sul palmo di una mano
Sono computer portatili
che permettono all'utente di scrivere a
mano sullo schermo attraverso uno
Sono solitamente dotati di uno schermo sensibile al
speciale pennino (detto “stilo”) o
tocco (touch screen) e l’immissione dei dati può
direttamente tramite le dita
avvenire anche in questo caso tramite un pennino
L’utente può in pratica usare ed utilizzare
(stilo) o tramite dito
il computer senza dover usare una tastiera
Nati dall’evoluzione delle agende elettroniche
tascabili, sono in grado di svolgere alcune funzioni
od un mouse
di base dei computer, come la navigazione in
Internet, la posta elettronica, l’elaborazione di
semplici testi, etc.
Touchscreen “resistivo”
Il touchscreen “capacitivo”
Il suo funzionamento si basa su una
resistenza elettrica: premendo lo schermo si
crea un contatto tra due strati conduttori di
elettricità.
Il dispositivo traccia le coordinate posizionali
del contatto comunicando i dati al sistema
operativo.
Tecnologia molto più vecchia (il primo
prototipo risale al 1995)
a) Un netbook b) un tablet PC c) un computer palmare
Genera un flusso di elettroni attraverso la
superficie del display: quando un oggetto
capacitivo, come le dita umane, tocca (o
sfiora) lo schermo il flusso di elettroni si
distorce.
Il dispositivo, tramite dei sensori posizionati
in ciascun angolo del display, rileva la
distorsione e assegna le coordinate del tocco.
L’architettura di un computer
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
L’architettura di un personal computer si distingue,
schematicamente, in due grandi blocchi funzionali:
1)le unità centrali 2)le unità periferiche
Le unità centrali comprendono la CPU (Central Processing Unit) e la
memoria centrale (a sua volta costituita da RAM e ROM).
Le unità periferiche possono comprendere invece le unità periferiche di
input, di output, di input/output e le unità di memoria esterna
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
I componenti interni (1-2)
Aprendo il case di un computer è possibile vedere i suoi componenti interni,
collegati fra loro con una grande quantità di cavi e fili.
Complessivamente sono circa dieci/quindi componenti hardware
Hard disk
Drive per il floppy disk
• Il disco fisso del computer con “tagli” più o meno grandi (250 GiB e oltre).
• In realtà già da qualche anno non più presente sui personal computer.
Lettore e/o
masterizzatore
• Si riscontrano, in alcuni casi, uno o più lettori/masterizzatori CD, DVD, Blu-ray o HDDVD.
Alimentazione
• Compreso il trasformatore e la relativa ventola di raffreddamento.
Scheda madre
• Meglio conosciuta come Mother Board che ha il compito di collegare meccanicamente ed
elettronicamente tutti i componenti interni del computer.
CPU
RAM e ROM
Cache di I e II liv.
• Il Microprocessore – posizionato sulla scheda madre.
• Memoria ad accesso causale, Memoria di sola lettura – posizionata sulla scheda madre.
• Memoria cache di primo e secondo livello – posizionata sulla scheda madre.
Scheda audio
• Più o meno performante - posizionata sulla scheda madre.
Scheda video
• Più o meno performante - posizionata sulla scheda madre.
Scheda di rete
• Più o meno performante - posizionata sulla scheda madre.
Altre schede e chip
• es. l’oscillatore al quarzo che produce il segnale di clock; le prese per il collegamento
dell’hard disk, del lettore (o masterizzatore) dei dischi ottici etc.
I componenti interni (2-2)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La Scheda Madre (Mother Board) di un computer
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La CPU (1-2)
La CPU (Central Process Unit o Unità centrale di elaborazione)
detta anche microprocessore o semplicemente processore, è il “cuore” del computer
La CPU è composta internamente da due
Il suo compito principale consiste
La CPU è montata sulla scheda madre.
componenti principali:
nell’eseguire le istruzioni di cui sono
Talvolta nei computer di marca il
- la Control Unit (CU): è l’unità di
composti i programmi
processore è direttamente integrato sulla
controllo che coordina l’attività dei
scheda madre, ma di solito viene
La CPU esegue tutti i calcoli, gestisce il
dispositivi
collegati all’elaboratore:
mantenuto come componente separato per
trasferimento dei dati attraverso la
recupera
tutte
le istruzioni dalla memoria,
dare all’acquirente la possibilità di
memoria e i dischi ed attiva/disattiva i
provvede
alla
loro interpretazione,
sceglierne la potenza
componenti della macchina
controlla la sequenza logica durante la
Oggi i processori più diffusi fra i PC sono La CPU è quasi sempre nascosta sotto un
loro esecuzione, gestisce la
dissipatore di calore o sotto una piccola
quelli prodotti dalle aziende Intel e AMD,
memorizzazione dei dati intermedi e finali
ventola di raffreddamento (ad aria).
ricordiamo a titolo di esempio le CPU
- la Arithmetic Logic Unit (ALU): è l’unità
Alcuni
moderni computer utilizzano
Intel: Pentium III, Pentium IV, Celeron,
aritmetico logica che esegue i calcoli
dissipatore a liquido per meglio
Core, Core 2, Core 2 Duo, Atom, I3, I5, I7
aritmetici
e le operazioni logiche richiesti
raffreddare la CPU
etc. etc.
dalle istruzioni del programma
Registri di memoria
Memoria Cache di I livello
E’ una memoria ad accesso casuale inserita
direttamente all’interno della CPU
E’ accessibile in modo quasi istantaneo
risultando quindi la più veloce
Costituiscono le memorie di lavoro della CPU.
Praticamente sono formati da una piccola parte
di memoria utilizzata per velocizzare
l'esecuzione dei programmi fornendo un accesso
rapido ai valori usati più frequentemente in una
determinata parte di un calcolo
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La CPU (2-2)
L’elaborazione delle istruzioni da parte della CPU
avviene seguendo il ciclo macchina o ciclo Fetch-Decode-Execute
che può essere idealmente suddiviso in tre fasi
FETCH
• la Control Unit recupera l’istruzione da eseguire che si trova nella memoria centrale all’indirizzo
contenuto nel registro Program Counter. L’istruzione viene trasferita nel registro Instruction Register
e il Program Counter viene incrementato in modo da puntare all’istruzione successiva
• l’istruzione viene interpretata
DECODE
• l’istruzione viene eseguita e, se sono necessari dei calcoli, interviene l’ALU (Aritmetic Logic Unit)
EXECUTE
Il ciclo macchina del microprocessore è cadenzato da un segnale elettrico ad altissima frequenza chiamato
segnale di “clock”(costituito da rapidissimi impulsi che si ripetono miliardi di volte al secondo)
La frequenza del segnale di clock si misura in Hz (Hertz) ossia cicli di clock al secondo
(1GHz corrisponde ad 1 miliardo di cicli al secondo)
Sono possibili pratiche di
“overclocking” ma possono
comprometterne il funzionamento
Maggiore è la frequenza di Clock
e maggiore è la velocità di
elaborazione della CPU
La memoria RAM
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La RAM (Random Access Memory, o memoria ad accesso causale)
Gli attuali computer sono dotati di 4 GiB.
E’è la memoria dove vengono memorizzati
Fino a quando non si effettua il primo
Se la RAM non è sufficiente per contenere
i dati e le istruzioni destinate ad essere
salvataggio, tutto ciò che è stato scritto
tutti i dati necessari, il computer esegue
eseguite dal microprocessore
risiede nella RAM
un’operazione di swap (scambio) per
Viene chiamata memoria di lavoro dal
Se per un qualsiasi motivo (ad esempio,
liberare spazio; una parte del contenuto
momento che durante l’elaborazione tutte per un black-out elettrico) viene a mancare
della RAM viene temporaneamente
le istruzioni ed i dati risiedono all’interno
l’alimentazione del computer, tutto il
ricopiata sul disco fisso (nel cosiddetto file
di essa
lavoro fatto dopo l’ultimo salvataggio
di swap) e recuperata successivamente in
viene
irrimediabilmente
perduto
caso di necessità
Si tratta di una memoria volatile (o
temporanea), poiché al venir meno
Le operazioni di accesso alle informazioni
Questo processo rallenta tutte le
dell’alimentazione elettrica perde
contenute nella RAM sono molto veloci
operazioni, per cui è consigliabile limitare
istantaneamente e completamente il suo
mentre le operazioni di lettura/scrittura
le operazioni di swap aumentando la
contenuto
sul disco fisso sono lente
quantità di RAM a disposizione del
computer
DRAM (Dynamic RAM)
Sono costituite da un transistor che separa un
condensatore a cui è associato ciascun bit.
Il numero di elettroni presenti nel condensatore
determina se il bit è 1 o 0. Se il condensatore
perde la carica, l'informazione è perduta (la
ricarica avviene periodicamente).
Per tale motivo la DRAM viene definita
memoria dinamica e volatile
SRAM (Static RAM)
Consentono di mantenere le informazioni per un
tempo infinito, sono molto veloci, consumano
poco e quindi dissipano poco calore. La necessità
di usare molti componenti, però, le rende molto
costose, difficili da impacchettare e con una
scarsa capienza.
Sono solitamente usate per le memorie cache
La memoria ROM
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La ROM (Read Only Memory, o memoria permanente di sola lettura)
Le memorie EPROM (Electrically
Fino agli inizi degli anni ‘90, il BIOS
Programmable Read Only Memory ) sono
Viene scritta una sola volta in fase di
memorie di sola lettura cancellabili e
produzione, dopodiché non può più essere veniva memorizzato su una o più memorie
di
tipo
ROM,
collocate
sulla
scheda
madre
programmabili
modificata
del computer e chiaramente non
Viene utilizzata all’interno dei computer
riprogrammabili
per memorizzare le istruzioni del BIOS
Le memorie EEPROM (Electrically
Attualmente, i parametri di
(Basic Input Output System)
Erasable Programmable Read Only
configurazione del BIOS possono essere
il primo programma che viene eseguito
Memory) sono memorie di sola lettura
all’accensione del computer prima ancora di
modificati con semplicità anche dall’utente cancellabili elettricamente, programmabili
caricare il sistema operativo
(di solito subito dopo la fase di accensione
e riscrivibili
e per memorizzare le informazioni relative del computer) perché le memorie ROM
dei vari componenti hardware presenti
sono state sostituite dalle EPROM ed
all’interno del computer (cioè il firmware)
ancora dalle EEPROM
Le memorie Flash (pendrive, memory card)
appartengono alla famiglia delle EEPROM
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La memoria Cache
… la CPU esegue informazioni che fanno parte dei programmi…
… i programmi (software) sono generalmente memorizzati sul disco fisso…
… dal disco fisso vengono caricati nella RAM dove la CPU preleva le istruzioni da eseguire…
La memoria cache ha il compito di velocizzare questo processo
E’ un tipo di memoria
più veloce della RAM
e viene utilizzata per memorizzare le
istruzioni ed i dati utilizzati più
frequentemente
in modo tale che il microprocessore non
debba recuperarle dalla RAM
La memoria cache migliora
notevolmente le prestazioni del sistema
Come la RAM
anche la memoria cache
è una memoria ad accesso casuale
Se ne distinguono due tipi,
la memoria cache L1
(o memoria cache di primo livello)
e la memoria cache L2
(o memoria cache di secondo livello)
La memoria cache di primo livello
è inserita direttamente all’interno della
CPU ed è accessibile in modo quasi
istantaneo risultando quindi la più veloce
La memoria cache di secondo livello
è collocata sulla scheda madre e risulta 4
o 5 volte più lenta della memoria cache L1
(la RAM è più lenta di circa 20 volte)
“IL COMPUTER”
Lezione n. 2 - parte seconda
Giovedì 1° ottobre 2015
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2015-2016 - primo semestre biennio
Luca Ricciotti PhD