informatica - Digilander

INFORMATICA
E’ la scienza della rappresentazione e dell’elaborazione delle informazioni e
studia gli algoritmi che descrivono e trasformano le informazioni.
Algoritmo = successione di passi (= istruzioni) necessari per risolvere un
problema
Gli algoritmi per computer devono essere elementari.
SISTEMA DIGITALE le grandezze fisiche impiegate come segnali possono
assumere solo valori discreti. Un insieme discreto è costituito da valori isolati
che si succedono per gradini, senza possibilità intermedie. Pensiamo ai numeri
interi 0 1 2 3 4 ……… In realtà poi in un sistema digitale si usa un insieme finito
oltre che discreto!
SISTEMA ANALOGICO le grandezze fisiche impiegate come segnali possono
assumere valori in un insieme continuo. In un insieme continuo di valori vale la
regola: tra due valori ne esiste sempre un altro. Pensiamo ai reali …
ELABORATORE DIGITALE =
Elabora informazioni convertendole in segnali digitali basati sul sistema binario.
E’ veloce, preciso e colleziona, analizza ed elabora grandi quantità di
informazioni.
COSA SONO LE INFORMAZIONI ?
Informazioni
Dati
Istruzioni
Sono codificate come sequenza di numeri binari.
Ma cosa sono i numeri binari?
I numeri che comunemente usiamo sono scritti in base 10, vale a dire si hanno
a disposizione 10 simboli per comporre i numeri e precisamente
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
Arrivati al 9, il numero successivo riutilizza le cifre già usate ma usa due
posizioni 10.
Un qualsiasi numero si può scrivere come somma di potenze di base 10 e
precisamente:
345 = 5 x 100 + 4 x 101 + 3 x 102 (scrittura polinomiale)
100 = 1 101 =10 102 = 100 e quindi si ha
5x1+4x10+3x100 = 5+40+300 = 345
Ragioniamo ora in base 2, i simboli a disposizione sono solo 2 e sono 0 ed 1.
Con una cifra abbiamo solo 0 ed 1
Con 2 cifre abbiamo 10 11
Con 3 cifre abbiamo 100 101 110 111
Base 10
Base 2
0---------0
1---------1
2---------10
3---------11
4---------100
5---------101
6---------110
7---------111
8---------1000
Esercizio Dato il numero 14 in base 10 trasformalo in base 2.
Si usa il metodo delle divisioni successive
14 2
0 7
1
2
3
1
2
1
2
1
0
Si leggono i resti in senso contrario e si
Ha 1110 in base 2
1410 = 11102
Esercizio Dato il numero in base 2 11101 trasformalo in base 10.
Ricordiamo le potenze del 2 …
20=1 21=2 22=4 23=8
24=16
La scrittura polinomiale diventa
11101 = 1x20+0x21+1x 22+1x 23 +1x 24
= 1+0+4+8+16 = 29 che è il numero in base 10
IL BIT
Con i numeri binari si possono fare tutte le operazioni che si fanno con i numeri
decimali tenendo conto che si hanno solo i due simboli 0 ed 1
Nel computer le informazioni vengono scritte come sequenze di numeri binari.
Il bit è la più piccola informazione e può assumere solo due valori, l’insieme di
più bit mi da le parole.
Byte = 8 bit
Codifica = informazione -----codice
Decodifica = codice ------informazione
PROGRAMMA
Successione di istruzioni necessarie a fornire le informazioni desiderate
(risultati) a partire dalle informazioni iniziali ( dati).
PROBLEMA
ALGORITMO
DATI
CALCOLATORE
RISULTATI
Un calcolatore è una macchina in grado di ….
*Ricevere dati di un problema e il programma per risolverlo
*Memorizzare informazioni
*seguire operazioni aritmetiche e logiche
*Fornire i risultati
Queste funzioni sono in corrispondenza biunivoca con le parti che costituiscono
un sistema informatico.
Un sistema di elaborazione dati è costituito da
HARDWARE … struttura fisica
SOFTWARE … programmi ( software di base, software applicativo)
FIRWARE … microprogrammi scritti nella memoria permanente che agiscono
sullo strato hardware
HARDWARE
struttura fisica
C.P.U. unità di elaborazione, processore
RAM memoria principale, fissa, limitata, volatile, accesso rapido
all’informazione
MEMORIA SECONDARIA (di massa) per memorizzare grandi quantità di dati,
informazione persistente ma accesso meno rapido
UNITA’ INGRESSO-USCITA (periferiche)
BUS DI SISTEMA collega gli elementi e consente lo scambio di dati
Dati ed istruzioni sono codificati mediante impulsi elettrici
L’informazione base si chiama BIT ed è di tipo binario, cioè può assumere solo
2 valori (0 ed 1)
La CPU esegue operazioni in aritmetica binaria
Il linguaggio macchina è basato sulle sequenze di bit.
SOFTWARE
Insieme dei programmi
Software
di base
Applicativo
Sistema operativo = insieme dei programmi che consentono l’utilizzo di tutte le
funzionalità dell’elaboratore.
Traduce le richieste dell’utente in sequenze di impulsi da trasmettere all’HW e
viceversa.
AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE = insieme di programmi che facilitano la
scrittura di programmi applicativi
Programmi applicativi = per risolvere problemi specifici usando linguaggi di
programmazione ad alto livello.
CHE COS’E’ IL BIOS?
Il Basic Input-Output System o BIOS è il primo codice che viene eseguito da un
personal Computer IBM compatibile dopo l'accensione, ed ha tre funzioni
principali:
Eseguire una serie di test diagnostici per controllare lo stato di funzionamento
dell'hardware e segnalare eventuali guasti rilevati tramite un codice sonoro
(beep code);
Localizzare il sistema operativo e caricarlo nella RAM;
Fornire una interfaccia software per l'accesso alle periferiche e all'hardware del
PC.
ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE
C.P.U. Unità centrale
U.C. (unità di controllo)
ALU (unità aritmetica e logica)
MEMORIA
CENTRALE
programma)
(contiene
le
informazioni
per
eseguire
un
PERIFERICHE I/O (ingresso, uscita)
BUS DI SISTEMA (collega gli elementi)
N.B.: Vi è una corrispondenza biunivoca tra i componenti logici di un
elaboratore e le fasi di risoluzione di un problema.
ACQUISIZIONE INFORMAZIONI
ELABORAZIONE
VISUALIZZAZIONE RISULTATI
1) L’acquisizione delle informazioni avviene attraverso le unità d’ingresso
2)I dati vengono immagazzinati in memoria
3)La CPU estrae i dati dalla memoria, decodifica ed esegue le istruzioni
4)I risultati vengono forniti dalle unità d’uscita
Le istruzioni comportano operazioni aritmetiche e logiche oppure trasferimento
di informazioni da un’unità all’altra e i trasferimenti avvengono sul bus di
sistema che abilita il collegamento logico tra due unità.
Le fasi di elaborazione si succedono in modo sincrono rispetto alla scansione
temporale impostata dall’orologio di sistema (CLOCK).
Il CLOCK
sta nell’unità di elaborazione e stabilisce le funzioni da fare
nell’intervallo di tempo.
UNITA’ DI INGRESSO/USCITA
Preposte alla comunicazione con il mondo esterno
Ingresso … per inserire dati (tastiera, mouse,jostick, microfono,memorie,
floppy,fotocamere e videocamere digitali, webcam, scanner, modem)
Uscita … visualizzano i dati elaborati (monitor, stampante, memorie, floppy,
modem)
Hard copy = risultati in forma permanente (stampante, dischi)
Soft copy = risultati in forma volatile (monitor)
TASTIERA(input)
Per inserire lettere, numeri e simboli speciali
MOUSE
TRACKBALL (input)
Mouse = è un dispositivo di puntamento
Muovendosi si sposta una pallina interna spostando il cursore sul video, il tasto
sinistro e destro attivano un comando
Trackball = è un dispositivo di puntamento
Si muove una sfera con la mano e il contenitore rimane fermo (nei portatili)
MONITOR (output)
CRT (tubo a raggi catodici)
Sono di 2 tipi
LCD (a cristalli liquidi)
La grandezza del monitor si misura in diagonale e in pollici (un pollice= 2,54
cm)
inches =lunghezza diagonale in pollici 15 -17 - 21 pollici
Il punto video è il pixel; risoluzione video = numero di pixel che è possibile
visualizzare e dipende dalla scheda video
VGA: 640x480 SVGA: 800x600 1024x768 1280x1024
Colori: la visualizzazione dei colori avviene mandando sullo schermo fasci di 3
colori base (rosso, verde, blu) attraverso una griglia di piccoli fori; la distanza
tra i fori è il dot picth (più è piccolo e più è nitida l’immagine).
Il Byte e i suoi multipli
La quantità di memoria di un computer e la grandezza di un documento si
misurano con i multipli del byte.
I multipli si ottengono moltiplicando convenzionalmente per 1024 poiché
questo è potenza del 2 (1000 no).
1
1
1
1
KB(chilobyte)
MB(megabayte)
GB(gigabyte)
TB(terabyte)
= 1024 B
= 1024 KB
= 1024 MB
= 1024 GB
MEMORIE
(input, output)
CD vengono registrati con masterizzatori e letti dal lettore CD inserito nel
computer (700 MB).
CD ROM lettura e scrittura vengono eseguite attraverso un raggio laser.
I CD riscrivibili si possono masterizzare più volte.
I DVD sono unità che combinano due tecnologie: magnetica nella scrittura e
laser nella lettura. ( da 3 a 7 GB)
Le MEMORY KEY USB sono piccole chiavi che si inseriscono nella porta USB (da
64 a 512 MB).
FLOPPY
(input, output)
Un floppy disk permette di memorizzare i documenti (file) elaborati sul
computer.
Un floppy contiene una memoria magnetica su un dischetto che, attraverso un
indice, individua il settore libero dove memorizzare o la posizione del file
richiesto.
Capacità : i dischetti da 3,5 pollici hanno capacità di 1,4 MB.
STAMPANTE (output)
A getto d’inchiostro
Laser
Risoluzione grafica: dpi (dots per inches)
Velocità di stampa: caratteri al secondo o pagine al minuto
MODEM (input/output)
Trasforma i segnali digitali in analogici per il trasferimento via telefonica al altri
elaboratori
Velocità di trasmissione = baud = bit al secondo.
SCANNER
(input)
E’ un dispositivo che trasforma le immagini analogiche in segnali elaborabili a
computer.
A uno scanner è abbinato un programma che riconosce i caratteri a stampa del
documento scansionato e permette poi di trattarlo come un testo scritto al
computer.
JOYSTICK e MICROFONO
(input)
Joystick per i videogiochi
Microfono per acquisire messaggi sonori
I suoni vengono registrati in forma digitale quindi si possono poi modificare
tagliare sovrapporre.
ALTOPARLANTI
(output)
Diffondono i segnali acustici provenienti dal computer.
L’intensità del suono è regolabile.
Esiste anche una presa per l’ascolto in cuffia.
E’ la scheda audio che elabora i dati sonori e li trasforma in segnali analogici
che gli altoparlanti diffondono come onde sonore.
FOTOCAMERE E VIDEO CAMERE DIGITALI
WEB CAM
FOTOCAMERE E VIDEO CAMERE DIGITALI
La foto scattata si può vedere subito in un piccolo monitor ed eventualmente
cancellare. Le immagini vengono riversate in un computer dove si possono
vedere modificare e stampare.
WEB CAM
E’ una telecamera che viene posta sopra il monitor per riprendere chi opera al
computer. Permette di comunicare in rete tra più utenti che si possono
scambiare immagini, voci e suoni in diretta.
MEMORIA PRINCIPALE
E’ una successione di elementi detti bit.
La memoria centrale contiene tutte le informazioni che devono essere
elaborate in breve termine.
Ha dimensioni ridotte, costo elevato, tempo di accesso basso.
Ciclo di memoria = tempo necessario a trasferire le informazioni e CPU
non volatili = conservano le informazioni in assenza di
alimentazione
Memorie
volatili
=
perdono
i
dati
in
assenza
di
alimentazione
TIPI DI MEMORIA
(memoria centrale)
ROM
E’ permanente ed è di sola lettura ed è permanente. Non può essere modificata
in quanto contiene le informazioni e le procedure fondamentali che consentono
ad un computer di funzionare correttamente.
RAM
E’ una memoria ad accesso casuale, è riservata ai dati e ai programmi immessi
dall’utente, quando vengono memorizzati ed elaborati dalla CPU. Quando si
spegne il computer si svuota ed il suo contenuto si perde.
L’UNITA’ CENTRALE
CPU
E’ un microprocessore, il centro del computer che organizza e controlla
l’elaborazione delle informazioni.
E’ l’elemento principale per valutare le prestazioni di un computer.
Il più diffuso è il pentium.
ALU (aritmetica e logica)
CPU
UC (controllo)
Un microprocessore (spesso abbreviato con µP) è un componente elettronico
digitale formato da transistor racchiuso in uno o più circuiti integrati.
Il transistor (o transistore) è un dispositivo a stato solido formato da
semiconduttori.
I transistor vengono impiegati in ambito elettronico, principalmente, come
amplificatori di segnali elettrici o come interruttori elettronici comandati da
segnali elettrici.
Un circuito integrato è un dispositivo elettronico costituito dall'integrazione di
un circuito elettronico su di un substrato di materiale semiconduttore.
UC e ALU
L’ UC regola il flusso dei dati che arrivano dall’esterno, organizza le istruzioni in
memoria, ordina le operazioni da fare, invia i risultati alle memorie o all’unità
di uscita.
L’ALU esegue le operazioni aritmetiche, le operazioni logiche e il trasferimento
dei dati necessario al programma in uso.
La velocità di un processore si misura in cicli al secondo (miliardi).
SCHEDA MADRE
Tutti i componenti del computer sono collegati alla scheda madre.
E’ una lastra verde in vibra di vetro in cui viene inserito il microprocessore, i
cip di memoria, le schede video ed audio, le prese per inserire modem,
espansioni di memoria, i drive del disco fisso, dei dischetti e dei CD ROM.
Contiene anche i bus.
PORTE
Nel computer ci sono le PORTE cioè le connessioni che permettono di collegare
il pc alle periferiche.
Il tipo più diffuso è l’USB che permette il collegamento diretto e semplice.
HARD DISK
Disco fisso o rigido, unità di memoria di massa, formata da più dischi magnetici
chiusi ermeticamente in un contenitore.
Può contenere oltre 100 GB.
I dischi ruotano velocemente e i dati sono letti o scritti da apposite testine
magnetiche di lettura o scrittura.
LETTORE CD E MASTERIZZATORE
MODULATORE
Il lettore CD-ROM serve per leggere un CD-ROM. Gli impulsi ottici sono
trasformati in segnali elettrici che il computer elabora in immagini suoni e testi.
Il masterizzatore registra i file su un CD.
Il modulatore trasforma trasforma i segnali elettrici del computer in segnali
luminosi per il video.
Come si classificano i computer?
I supercomputer sono i più potenti, i più veloci e i più costosi. Sono utilizzati
principalmente nelle università e nei centri di ricerca.
I mainframe hanno processori potenti e grande quantità di memoria RAM.
Sono particolarmente utilizzati in multiutenza, ossia da più persone
contemporaneamente, ciascuna delle quali utilizza un terminale collegato al
mainframe. Sono molto costosi, pertanto sono utilizzati da grosse società
commerciali, banche, ministeri, aeroporti.
I minicomputer sono elaboratori un po' più piccoli ma in grado di gestire grandi
quantità di dati in multiutenza. Il loro costo è dell'ordine di decine di milioni e
sono usati da società di medie dimensioni.
I personal computer sono quelli usati per lavoro d'ufficio o in ambito domestico
da un solo utente per colta. Una ulteriore distinzione può essere fatta tra
computer da tavolo (desktop computer) e portatili (notebook o palmtop).
Da cosa dipendono le prestazioni di un computer?
Tipo di CPU. Un processore a 8 bit è intrinsecamente più lento di uno a 32 bit
perché occorrono meno cicli di clock per configurare una operazione logica o
matematica.
Velocità di Clock. Il clock è la cadenza interna del computer che configura una
operazione elementare. Un processore a 4,76 MHz esegue 4.760.000
operazioni al secondo, mentre uno a 800MHz ne esegue 800.000.000. Il
secondo è circa 168 volte più veloce del primo; in altri termini se il primo
impiega circa tre minuti per fare una operazione il secondo impiega solo 1
secondo.
Memoria cache. La memoria cache è una memoria velocissima perché è
integrata nella CPU e quindi ad essa il processore accede con estrema velocità.
I dati transitori possono essere conservati nella cache oppure nelle altre
memorie che sono sempre meno veloci. Quanta maggiore è la memoria cache
di un computer tanto migliori sono le sue prestazioni. 256kb o 512kb di
memoria cache sono comuni nei moderni computer.
RAM. Nella RAM risiedono le istruzioni dei programmi, i dati che servono per
lavorare, i dati transitori. La RAM è una memoria veloce; se la CPU non trova
RAM disponibile per depositare i dati, li deposita sulla memoria di massa, meno
veloce. E' chiaro che maggiore è la quantità di RAM, maggiori saranno le
prestazioni del computer, almeno fino ad esaurimento della richiesta di
memoria, nel senso che, se la richiesta di memoria da parte della CPU non
supera mai i 128Mb, anche se sul computer sono presenti 256Mb, il di più non
verrà sfruttato.
Hard Disk. La memoria di massa è lenta di per sé, ma esistono Hard Disk di
velocità diverse. Se la CPU fa molto ricorso all'Hard Disk è chiaro che quelli ad
accesso più veloce daranno migliori prestazioni. La capacità dell'Hard Disk è
meno importante: essa determina solo quante informazioni possiamo
memorizzare permanentemente. Hard Disk di 15Gb sono divenuti comuni.