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
E’ necessario conoscere la
struttura di un elaboratore
SISTEMI DIGITALI
SISTEMI ANALOGICI
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 ?
Dati
Informazioni
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
Cosa accade in base 2?
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
Trasformazione dalla base 10
alla base 2
Esercizio Dato il numero 14 in base 10
trasformalo in base 2.
Metodo delle divisioni successive
14 2
Divido fin quando trovo
0 7 2
risultato 0 e leggo i
1 3 2
resti dal basso verso
1 1 2
l’alto 1410=11102
1 0
Trasformazione dalla base 2
alla base 10
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 2
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
Eseguire 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
di base
Software
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
U.C. (unità di controllo)
C.P.U. Unità centrale
ALU (unità aritmetica e logica)
MEMORIA CENTRALE (contiene le informazioni per eseguire un
programma)
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 DEI RISULTATI
1) L’acquisizione delle
informazioni
attraverso le unità d’ingresso
avviene
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)
LCD
(a cristalli liquidi)
Sono di 2 tipi
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 KB(chilobyte)
= 1024 B
1 MB(megabayte) = 1024 KB
1 GB(gigabyte)
= 1024 MB
1 TB(terabyte)
= 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
Memoria
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)
Per saperne di più
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.
