04/04/17
Università degli Studi di Cagliari
Facoltà di Scienze
Corso di Laurea in Matematica
Corso di Elementi di Informatica
Lezione 6
04 aprile 2017
Dott. Paolo Garau
A.A. 2016/2017
[email protected]
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Paolo Garau
Bus di Sistema
Modello del Bus di Sistema
Scheda
madre
(motherboar
d)
RAM
CPU
Bus dati
Bus
indirizzi
Bus di
controllo
Interfacc
e di I/O
Interfaccia di
I/O
Schermo
Paolo Garau
Tastiera e
mouse
Altoparlanti
Interfacc
e di I/O
Memoria di massa
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1
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Bus di Sistema
Interfacciamento delle Periferiche
l
Le interfacce di ingresso-uscita (controller) fanno da ponte tra i
dispositivi periferici e il calcolatore e permettono di connettere ad
un sistema di elaborazione una varietà di dispositivi diversi.
l
Hanno il compito di adattare le caratteristiche dei dispositivi
periferici ai requisiti di funzionamento del calcolatore.
l
Alcune interfacce sono inserite nella scheda madre, altre sono
realizzate da schede inserite all’interno del calcolatore
l
I cavi delle periferiche vengono inseriti in alloggiamenti localizzati
di solito sul retro del computer chiamati porte.
Paolo Garau
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Porte Seriali e Parallele
Porte Seriali e Parallele
Paolo Garau
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2
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Porte Seriali e Parallele
Porte Seriali e Parallele di vecchia generazione
l
l
Porte seriali (interfacce RS-232-C)
l Utilizzano due linee per inviare e ricevere i dati
l Inviano soltanto un bit per volta
l Adatte per collegare modem e alcuni tipi di stampanti
l Trasmissioni lente
Porte parallele (interfacce Centronics, ..)
l Trasmettono otto bit per volta su altrettante linee parallele
l Comunicazioni più veloci rispetto alle seriali di
vecchia generazione
l Adatte per collegare stampanti e alcuni dispositivi di
memorizzazione esterna
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Paolo Garau
Porte Seriali e Parallele
Porte Seriali e Parallele di nuova generazione
l
Porte seriali
USB (Universal Serial Bus)
l
l
Adatte per collegare la stragrande maggioranza dei dispositivi
Trasmissioni dati molto veloci (USB 2.0 raggiunge i 480Mbit/s
mentre la USB 3.0 raggiunge i 5Gbit/s).
Fire Wire (IEEE 1394)
l
l
Adatto per collegare dispositivi come videocamere o altri pc per
scambio di file.
Trasmissioni dati molto veloci. Nella versione più performante si
raggiungono i 786Mbit/s.
• Porte parallele
Non sembrano interessare il mercato odierno.
Paolo Garau
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Periferiche I/O
Approfondimento di alcune periferiche di I/O
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Paolo Garau
Periferiche I/O
Le principali periferiche
l
Tastiere
l
Dispositivi di puntamento
• Mouse, trackball, touchpad, joystick di puntamento, touch
screen
l Dispositivi per l’introduzione dei dati
• Dispositivi di scansione (scanner)
-
sistemi per immagini
dispositivi di riconoscimento ottico (OCR)
• Lettori di codici a barre
-
• Periferiche audio e video
Paolo Garau
(videocamere, fotocamere, microfono, lettori mp3, PDA,
telefoni cellulari,....)
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Periferiche I/O
Principali periferiche di Output
l
l
l
Stampanti
Video
Plotter
l
l
Utilizzato per la produzione di disegni tecnici, ha qualità di
disegno estremamente elevata e grande versatilità (tipi di carta
utilizzabili e tipi di penne)
Periferiche audio e video
• Altoparlanti, casse acustiche, videocamere digitali, lettori mp3,
PDA, telefoni cellulari,....).
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Paolo Garau
Periferiche I/O
Stampanti
Principali caratteristiche:
l
Tecniche di stampa
Ad aghi
- A getto d’inchiostro
- Laser
-
l
Risoluzione (si misura in numero di punti per pollice dpi)
l
Velocità (pagine per minuto ppm)
Paolo Garau
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Diversi tipi di Memorie
Stampanti
l
Stampanti ad aghi (praticamente non più in uso):
-
l
l
Economiche, lente, rumorose e con grafica di bassa qualità
Stampanti a getto d’inchiostro
-
poco costose, silenziose e di buona risoluzione (anche 4800 dpi),
ma con numero di sfumature di colori inferiore a quelle ottenibili
dal video.
-
velocità buona, usano cartucce d’inchiostro costose.
Stampanti laser
-
Affidabili, di alta qualità, buona velocità ed economicamente più
convenienti (almeno in bianco e nero) per elevati volumi di
stampa.
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Paolo Garau
Altre Periferiche
Stampanti a colori
l
l
Getto d’inchiostro a colori
-
buoni risultati per la grafica a colori
-
risultati mediocri per le fotografie.
Per risultati migliori si usano inchiostri e carta speciali:
-
inchiostri a base asciutta
-
inchiostri a base di pigmenti
Paolo Garau
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Altre Periferiche
Stampanti a colori
Stampanti a inchiostro solido
l
inchiostro speciale a base di cera in quattro blocchi solidi;
tempo di avviamento lungo per sciogliere l’inchiostro;
l’inchiostro caldo viene spruzzato sulla carta, si rapprende e si fonde con la
carta quando passa attraverso due rulli.
l
l
l
Stampante laser a colori
l
funziona come il modello monocromatico ma genera quattro immagini:
una per ogni colore C, Y, M e K;
un’immagine di 1200 x 1200 dpi per una pagina di 80 in2 richiede 115
milioni di pixel, con 4 byte/pixel la stampante ha bisogno di 55 Mb solo per
la grafica, senza contare la memoria per processori interni, caratteri ecc
costosa, veloce, di alta qualità e crea immagini stabili nel tempo.
l
l
l
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Paolo Garau
Periferiche Video
Periferiche Video
l
Abbiamo due tipologie di schermi:
-
l
Con tubo a raggi catodici (CRT)
A schermo piatto (LCD, plasma, led)
Caratteristiche tecniche:
-
Paolo Garau
Dimensione variabile ( si misura in pollici)
Risoluzione (numero di pixel per ogni riga orizzontale e verticale,
640X480,..,2048X1536, per applicazioni grafiche ancora di più)
Numero di livelli di colore (ovvero la profondità colore)
Frequenza di rinfresco (refresh frequency)
l Rappresenta il numero di volte al secondo in cui viene
aggiornato lo schermo (un valore indicativo è 60 Hz).
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Periferiche Video
LCD (Liquid Crystal Display)
l
l
Schermi “piatti”, leggeri e facilmente
trasportabili.
Cristalli liquidi: molecole organiche
viscose
-
scorrono come un liquido;
-
hanno una struttura tridimensionale, come
un cristallo;
-
quando tutte le molecole sono allineate le
proprietà ottiche del cristallo dipendono da
direzione e polarizzazione della luce in
ingresso;
-
un campo elettrico modifica l’allineamento
molecolare e quindi le proprietà ottiche.
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Paolo Garau
Periferiche Video
Struttura di un LCD
-
Paolo Garau
Un LCD è compreso in due lastre di vetro parallele nella cui
intercapedine sono contenuti i cristalli liquidi.
Ogni lastra è “rivestita” da elettrodi trasparenti.
Una luce (naturale o artificiale) situata dietro alla lastra
posteriore illumina lo schermo da dietro.
Gli elettrodi attaccati alle lastre di vetro vengono usati per
creare campi elettrici nel cristallo.
Le diverse parti dello schermo ricevono voltaggi diversi a
seconda dell’immagine desiderata.
Sulla parte anteriore e posteriore dello schermo vi sono dei
polarizzatori, che servono a filtrare la luce che attraversa il
cristallo.
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Periferiche Video
Funzionamento LCD
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Paolo Garau
Periferiche Video
Terminali grafici
l
Visualizzazione “bit map”: lo schermo è una matrice di pixel
indipendenti
-
per indicare il colore di ogni pixel si usano fino a 32 bit (8 bit per ogni
colore fondamentale + 8 bit per la trasparenza);
-
per rappresentare un carattere si usa un rettangolo di pixel e si configurano i
bit necessari per visualizzare il carattere (così si possono realizzare diversi
font);
-
comodi per i sistemi operativi a finestre;
-
richiedono una memoria video di grandi dimensioni
l
VGA: 640 x
SVGA: 800 x
XGA: 1024 x
480 x 4 byte =
600 x 4 byte =
768 x 4 byte =
1.2 Mbyte
1.9 Mbyte
3.2 Mbyte
l
UXGA: 1600 x
1200 x 4 byte =
7.5 Mbyte
l
l
Paolo Garau
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Altre Periferiche
Immagini, musica, voce…
l
Evoluzione
-
l
Progresso della tecnologia
Integrazione sempre più spinta dei dispositivi elettronici
Codifica digitale dell’informazione il loro punto di forza
Convergenza Digitale
Diversi settori
-
Immagini ⇨ Macchine fotografiche digitali
Suoni ⇨ Riproduttori portatili digitali (MP3, WMA, AAC, …)
Video ⇨ Riproduttori portatili digitali (DIVX, XDIV, …)
…
Paolo Garau
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Altre Periferiche
Macchine fotografiche digitali
l
l
Gli “scatti” sono elaborati da opportuni
sensori (CCD o CMOS) e poi
memorizzati in una scheda di memoria.
Le immagini possono essere trasferite
dalla macchina fotografica ad un
calcolatore
- visualizzazione sullo schermo
- archiviazione, catalogazione, stampa
- elaborazione, modifica, trasferimento
Paolo Garau
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Altre Periferiche
l
Risoluzione delle fotografie digitali
-
l
dipende dal numero di pixel che i sensori
CCD o CMOS sono in grado di rilevare
si è passati da 1 a 20 milioni di pixel
(megapixel) con immagini che arrivano ad
occupare più di 20 MB di memoria.
Qualità di una macchina digitale
-
… non solo capacità di memoria e numero di
pixel rilevati dal sensore …
… ma anche velocità di scatto dell’otturatore,
luminosità del diaframma, caratteristiche
ottiche degli obiettivi, …
Paolo Garau
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Altre Periferiche
Dispositivi di riproduzione Audio
Convergenza di tre fattori di sviluppo:
- introduzione di nuovi formati di codifica
digitale (MP3, WMA, OGG, …) che
richiedono meno spazio di memoria
mantenendo
un’elevata
qualità
della
riproduzione
- la disponibilità sempre più diffusa di PC e di
una rete di interconnessione a banda larga
(ridotti costi di distribuzione dei file digitali);
- la riduzione dei costi delle unità di memoria
di massa non volatili basate su tecnologie
magnetiche (dischi fissi), ottiche (CD o DVD
registrabili) oppure elettroniche (memorie
flash), che ha permesso lo sviluppo di
dispositivi economici capaci di immagazzinare
e di riprodurre un gran numero di brani
musicali.
Paolo Garau
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Altre Periferiche
Il risultato di questa evoluzione è che la musica oggi viene prevalentemente
distribuita attraverso Internet e il PC diventa il centro di controllo per:
-
l’archiviazione e la catalogazione dei brani musicali;
il trasferimento dei brani su supporti fisici (CD e/o DVD) che possano poi
essere riprodotti da impianti stereo tradizionali;
la riproduzione diretta dei brani grazie a un impianto audio integrato nel
PC oppure tramite un collegamento diretto con un impianto stereo;
la distribuzione dei brani sui cosiddetti lettori MP3, periferiche portatili
dedicate alla riproduzione della musica e che prendono il nome dal
formato MP3, il primo e il più diffuso tra i formati musicali compressi.
Da queste nuove possibilità sono dati dei servizi nuovi, come ad esempio il
podcasting.
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Paolo Garau
Altre Periferiche
Telefoni cellulari e Smartphone
l
l
Integrazione di diverse funzioni nei dispositivi
portatili
Telefoni cellulari
-
consentono la comunicazione vocale in qualsiasi
momento e perciò sono i dispositivi digitali portatili
più diffusi in assoluto
-
i modelli più recenti sono dotati di:
l schermi ampi
l sistemi operativi evoluti
l fotocamera digitale
l possono essere programmati
l consentono l’installazione di app
l GPS
Paolo Garau
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Altre Periferiche
Periferiche di Input/Output
• Le memorie di massa, sebbene stiano all’interno
del calcolatore vengono viste come periferiche
-
Sono permanenti (permettono di conservare dati e
programmi nel tempo) a differenza della memoria centrale.
-
Capacità maggiore di quella della memoria centrale
-
Hanno un basso costo
-
Hanno tempi di accesso più lunghi di quelli della
memoria centrale
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Paolo Garau
Supporti di memoria
Memorie Magnetiche
l
Nastri magnetici
l
l
l
l
l
Bassissima velocità di trasferimento
Accesso sequenziale alle informazione memorizzate
Grande capacità di memorizzazione
Di solito utilizzati per tenere copie di back-up.
Dischi magnetici
• Floppy disk
• Hard disk
Paolo Garau
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Altre memorie
Hard Disk
• Capacità elevata (dell’ordine delle centinaia di Gbyte)
• Tempo di accesso breve (da 3 a 10 millisecondi)
• Comunemente fissi, ma anche esterni e rimovibili.
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Paolo Garau
Altre memorie
Dentro l’Hard Disk
www.wikepedia.org
Paolo Garau
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Supporti di memoria
Formattazione di un disco
Con la formattazione si crea sul disco la struttura organizzativa che
dovrà contenere i dati. Ciascun dato verrà identificato in modo univoco
con degli indirizzi basati sulle coordinate delle tracce e dei settori.
Paolo Garau
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Supporti di memoria
I dischi ottici
I dati vengono memorizzati intervenendo su zone
microscopiche (pit e land) di materiale riflettente annegato
in un supporto plastico trasparente.
Paolo Garau
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Supporti di memoria
CD e DVD
l
l
CD (Compact Disk) e DVD (Digital
Versatile Disk)
Caratteristiche:
-
-
Lettura ottica basata sulla riflessione (o
sulla mancata riflessione) di un raggio
laser.
Densità di registrazione più alte dei
dischi magnetici.
Capacità elevata:
CD: 650-800 MB
l DVD: 4,7 – 17 GB
Tempi d’accesso ai dati molto maggiori
di quelli di un disco rigido.
l
-
Paolo Garau
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Architettura generica dell’elaboratore
Il Sistema Operativo
Paolo Garau
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Vista d’insieme
Software Applicativo
Alto livello
Personal Computer
SOFTWARE DI BASE
(Sistema Operativo)
FIRMWARE
(insieme di programmi per far comunicare il
software con l’Hardware)
HARDWARE
(Insieme dei dispositivi fisici)
Paolo Garau
Basso livello
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Il Sistema Operativo
Il Sistema Operativo
Ha il compito di gestire l’interfacciamento con l’utente e di gestire le
Risorse.
In sostanza il Sistema Operativo funge da intermediario tra l’utente
finale e l’Hardware della macchina. Questo sistema si colloca ad un
livello medio, quindi è nel mezzo tra il livello umano e quello
macchina.
Vediamo nel dettaglio come si comporta il Sistema Operativo nei due
diversi aspetti sopra citati.
Paolo Garau
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Il Sistema Operativo
Alto Livello
Il Sistema Operativo offre all’utente un’interfaccia che è in grado di
interpretare. Nei sistemi più moderni questo avviene per mezzo di
icone e simboli grafici mentre nei sistemi più tecnici si devono
conoscere dei comandi particolari per poter utilizzare il sistema.
Mediante queste rappresentazioni il sistema offre all’utente la
possibilità di gestire e comandare in modo semplice anche il
dispositivo hardware più complesso.
Praticamente si definiscono tutte le modalità di dialogo tra l’utente e la
macchina.
Paolo Garau
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Il Sistema Operativo
Basso Livello
Il Sistema Operativo si interfaccia anche con il basso livello del
calcolatore, ovvero con l’hardware. Quindi si occupa della gestione di
tutte le parti fisiche del calcolatore in modo efficiente ed organizzato.
Le risorse principali di cui si occupa sono:
Ø Memorie
Ø Dischi
Ø Interfacce di rete
Ø Stampanti
Ø Altre periferiche
Paolo Garau
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Il Sistema Operativo
In generale
Il Sistema Operativo è la parte costituente del software di base.
Ø Questo ha il compito di eseguire i programmi applicativi
Ø Garantire un utilizzo efficiente e sicuro delle risorse fisiche
Ø E’ un intermediario fra dispositivi che costituiscono un sistema di
calcolo ed i programmi degli utenti.
Il S.O. nasconde al suo interno molteplici dettagli operativi e crea sopra
la macchina fisica una astrazione virtuale utilizzabile con relativa
facilità mediante un insieme di comandi.
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Paolo Garau
Funzioni del Sistema Operativo
Di cosa si occupa il Sistema Operativo?
Ø Correttezza dei dati memorizzati o elaborati
Ø Affidabilità, disponibilità e sicurezza dei sistemi
Ø Privatezza dei dati
Ø Interoperabilità fra dispositivi forniti da diversi produttori
Ø Superare i problemi legati alla limitazione del numero di
risorse
Paolo Garau
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Funzioni del Sistema Operativo
Cosa gestisce il Sistema Operativo?
Ø Il processore
Ø La memoria
Ø Le periferiche
Ø I file (file system)
Ø L’interfaccia utente
Ø L’interpretazione dei comandi ricevuti
Ø Gestire la rete
Approfondiamo i punti principali…
Paolo Garau
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Funzioni del Sistema Operativo
Gestione della CPU e dei processi
Controlla l’unità centrale di elaborazione e si occupa di definire quali
programmi si devono eseguire e quali compiti si devono assegnare alla
CPU.
Ha il compito di realizzare il concetto di unità centrale virtuale, cioè di
fare in modo che ogni programma in esecuzione disponga di una unità
centrale interamente dedicata.
Paolo Garau
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Funzioni del Sistema Operativo
Gestione della memoria Centrale
Controlla l’allocazione della memoria di lavoro ai diversi programmi
che possono essere contemporaneamente in esecuzione.
Ø Suddivide la memoria in parti e le assegna ai processi in esecuzione.
Ø Rende disponibile ad ogni programma in esecuzione una memoria
virtuale interamente dedicata.
Paolo Garau
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Funzioni del Sistema Operativo
Gestione delle Periferiche
Garantisce l’accesso ai dispositivi di input/output mascherandone i
dettagli di basso livello.
Ø Garantisce un’interazione semplice e sicura.
Ø Gestisce le periferiche in maniera indipendente dalle caratteristiche
tecniche.
Ø Affinché le operazioni disponibili ad alto livello siano realizzate a
livello più basso il S.O. utilizza dei moduli software chiamati driver
(pilota) che sono specifici per ogni dispositivo.
Paolo Garau
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Funzioni del Sistema Operativo
Gestione degli Archivi
Consente l’archiviazione e il reperimento dei dati sfruttando le
periferiche che costituiscono la memoria di massa.
Ø Gestore degli Archivi (File System);
Ø Si occupa dell’archiviazione delle informazioni in memoria di
massa e ne garantisce l’accesso;
Ø L’obiettivo principale è fornire una visione astratta delle
informazioni in memoria di massa. Questo avviene
indipendentemente dalle specifiche caratteristiche del dispositivo
fisico, dalla tecnica di memorizzazione e dal metodo di reperimento
dell’informazione.
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Paolo Garau
Riepilogo Funzioni del Sistema Operativo
Riepilogo
utenti
utenti
Interprete dei
comandi
applicazione
utenti
…..
applicazione
Interfaccia di programmazione verso le applicazioni
Sistema operativo
Gestore dei
processi
Gestore della
memoria
centrale
Gestore degli
archivi
(File system)
Gestore
delle
periferiche
Hardware
Paolo Garau
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