Elaborazione dati
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Elementi di informatica di base:
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Hardware del calcolatore
Cenni sui sistemi operativi
Reti di calcolatori, Internet e web
Codifica dell’informazione
Programmi applicativi
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Orari lezione e laboratorio
Lezioni : 6 ottobre, 13 ottobre , 20 ottobre,
27 ottobre.
Laboratorio ore 14-18 nei giorni: 24 ottobre,
31 ottobre , 3 novembre, 7 novembre.
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bibliografia
Curtin, Foley, Sen, Morin, Informatica di
base, Mc Graw-Hill (1999)
Ceri, Mandrioli, Sbatella, Informatica arte
e mestiere, Mc Graw-Hill
Slide del corso sul sito:
www.dm.unibo.it/~guerrini/html/didat.htm
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Che cos’è l’informatica
Un’arte o una scienza ?
L’informatica non è solo la scienza dei
calcolatori
Scienza della rappresentazione e
dell’elaborazione dell’informazione (Curtin)
Studio sistematico degli algoritmi che
descrivono e trasformano l’informazione, teoria,
analisi del progetto efficienza realizzazione e
applicazione (ACM)
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Applicazioni dell’informatica
Prime applicazioni: Calcolo numerico, giochi, attività
giudiziarie, industria…
Applicazioni numeriche
Punto di partenza del calcolo automatico
Richiedono grande potenza di calcolo e hardware
specializzato nell’elaborazione numerica
TECNOLOGIA MULTIMEDIALE
Gestione delle informazioni percepite attraverso vista, udito,
tatto ,rappresentazioni visive anche tridimensionali di
movimenti meccanici, suoni…
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Aree disciplinari dell’informatica
(ACM)
Algoritmi e strutture dati
Architettura degli elaboratori
Intelligenza artificiale
Basi dati e sistemi per il ritrovamento dell’informazione
Grafica computerizzata
Interazione uomo-calcolatore
Sistemi operativi e reti
Linguaggi di programmazione
Ingegneria del software
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http://www.pixar.com/howwedoit/index.html
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Hardware
Hardware : qualsiasi dispositivo fisico in grado di
eseguire una attività nell’elaborazione dell’informazione
all’interno di un elaboratore elettronico digitale
- elaboratore: machina in grado di immagazzinare dati e
istruzioni (programma memorizzato)
- elettronico: utilizza componenti elettronici
- digitale : le informazioni, le istruzioni ecc. sono
codificate sottoforma di numeri binari (bit: 0,1)
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Software
Sequenza di istruzioni che guidano l’hardware e
definiscono con precisione l’esecuzione di un dato
compito
1) Sistema operativo: Microsoft Windows, MacOS, Linux
governano la macchina, permettono di installare
programmi applicativi che servono per svolgere le varie
funzioni
2) Programmi applicativi: Word, Excel,PhotoShop,
Access, Page Maker.
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I personal computer
Tipi di elaboratori
Supercomputer: hanno elevatissime capacità di calcolo e di solito
contengono più unità di calcolo. Esempi: Cray, SPM ( calcolatori
paralleli) presso il CINECA (Centro Interuniversitario di Calcolo,
Bologna). www.cineca.it
Mainframe :potente elaboratore che svolge fumzioni centralizzate
come gestione della contabilità o amministartive
Server: è una denominazione della funzionalità del computer che
gestisce altri computer in rete.
Personal Computer(PC): computer di basso costo che possono
elaborare in modo autonomo. Esempi: Desktop workstation
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La macchina di Von Neumann
Desktop : progettato per stare su una scrivania
Workstation computer di alto rendimento e piccole
dimensioni utilizzato per sviluppare grafica o applicazioni
scientifiche
Notebook: leggeri e maneggevoli dotati di batterie
ricaricabili
Computer tascabili
Palmari (PDA)
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La macchina di Von Neumann
Componenti fondamentali:
Unita’ di elaborazione (CPU): contiene I dispositivi
elettronici in grado di acquisire, interpretare ed eseguire le
istruzioni. E’ divisa in due parti: Unita’ di controllo (UC) e
Unita’ Aritmetico –logica (ALU).
Memoria centrale: contiene istruzioni e dati.
Periferiche: permettono lo scambio di informazioni fra
l’elaboratore e l’esterno. Le periferiche comprendono anche le
memorie secondarie o memorie di massa.
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La memoria centrale
CPU e Memoria
Nella macchina di Von Neumann le fasi di elaborazione
si succedono in modo sincrono rispetto alla scansione
temporale di un orologio di sistema (Clock).
Modelli evoluti di questa architettura prevedono di
introdurre varie forme di parallelismo, cioe’ esecuzione
contemporanea delle attivita’ di elaborazione.
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La memoria centrale :
schema di funzionamento
Concettualmente e’ una sequenza di celle, ciscuna delle
quali contiene una parola (word).
Le parole di uno stesso elaboratore hanno tutte la stessa
lunghezza (32 o 64 bit di solito).
Ciascuna cella di memoria puo’ essere indirizzata, cioe’
viene associata in modo univoco ad un indirizzo.
L’indirizzamento della memoria avviene tramite un
registro, detto registro degli indirizzi.
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Anatomia di un elaboratore
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Le cifre binarie
Il sistema binario
L’informazione viene codificata in modo binario, ossia in una
sequenza finita di 1 e di 0.
La più piccola unità di informazione memorizzabile o
elaborabile è il bit (binary digit) che corrisponde allo stato di
un dispositivo fisico che ha due possibili stati:
differente tensione elettrica (alta o bassa in memoria centrale),
differente stato di polarizzazione magnetica (positiva o
negativa nelle memorie secondarie), alternanza fra luce e buio
nella trasmissione dati.
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L’unita’ minima del linguaggio digitale e’ il bit.
1 byte= 8bit
2 10 byte= 1 Kilobyte (1KB)
2 10 KB=1 Megabyte (1MB)
2 10 MB= 1 Gigabyte (1GB)
2 10 GB= 1 Terabyte (1 TB)
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Codici in uso
Unità centrale di elaborazione
Il numero binario assegnato ad un carattere varia
a seconda del codice utilizzato:
ASCII (america standard code for information
interchange) sviluppato dall’ANSI
EBCDIC (Extended binary coded decimal
interchange code) usato nei mainframe e nei
server più potenti
UNICODE è in grado di coprire le principali
lingue scritte del mondo( è utilizzato da windows
NT)
Costituita da un microprocessore ricavato da una
sottile lamina di silicio ciascuna delle quali
contiene milioni di transistor collegati da tracce
di alluminio.
Nel 1971 per ogni chip c’erano 2300 transistor
oggi ce ne sono 7milioni e mezzo rendendolo
1000 volte più rapido.
Tipi di processori: Intel,Apple, Sun, Motorola,
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Coprocessori e processori
paralleli
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Coprocesssore e multiprocessore
Microprocessori che affiancano quello
esistente che sotto il controllo della CPU
svolgono compiti specifici, che di norma
porterebbero a rallentare l’elaborazione
(visualizzatori di immagini e suoni)
I processori paralleli possono condividere
alla pari le altre risorse del sistema
operando indipendentemente
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ROM e RAM
Tipi di memoria
ROM (Read Only Memory) memoria
statica inalterabile detta anche non volatile.
Il contenuto è predisposto dalla casa
costruttrice, contengono programmi di uso
frequente (firmware) eseguiti al momento
dell’accensione
RAM (Random Access Memory) o
memoria centrale detta memoria volatile
DRAM(Dynamic RAM) le celle di memoria
mantengono i dati solo per breve tempo e devono
essere aggiornate centinaia di volte al secondo,
possono essere di tipo FPM(Fast page mode),
EDO(Extended data Out),SDRAM(Synchronous
Dram)in grado di sincronizzarsi con il clock che
controlla la CPU, RDRAM(Rambus DRAM) più
recente e veloce perché invia i dati attraverso un
canale con ampia banda (velocità 10 volte la
dram standard)
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Moduli di memoria
SRAM( Static RAM) più grande, veloce e
costosa, è statica cioè non necessita di essere
continuamente aggiornata. Generalmente
utilizzata in un’area di memoria detta cache e i
dati sono conservati anche quando il computer è
spento
VRAM (Video RAM) per accelerare la
visualizzazione di oggetti grafici sullo schermo
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SIMM(Single In-line Memory module)
vengono usati in coppie
DIMM( Dual In-line Memory Module)
possono essere usati singolarmente
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Memoria
Memoria
Memoria virtuale : esiste logicamente, solo le parti del
programma, necessarie per l’esecuzione in quel
determinato istante, vengono caricate in memoria il resto
viene immagazzinato in un’area del Hard-disk (area di
swap)
Cache : memoria ad alta velocità localizzata tra la
memoria centrale e la CPU, quando il programma
richiede dei dati prima cerca nella cache,s e li trova
(cache it) procede se non ci sono (cache miss). Cache di
livello1 : fa parte del microprocessore e generalmente è
in grado di contenere 256 kb, Cache di livello 2 (o
esterna) in speciali alloggiamenti della scheda madre
contiene fino a 1 Mb
Buffer: alcuni programmi assegnano ad
una piccola parte della RAM la funzione di
buffer, per esempio quando i dati vengono
immessi da tastiera, oppure quando si
taglia-e-incolla o copia-e-incolla un
documento (clipboard)
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L’Unità centrale di elaborazione (CPU)
La CPU contiene:
• Unità di Controllo (UC)
• Unità aritmetico logica (ALU)
• Clock di sistema
• REGISTRI : piccola porzione di memoria capace di
memorizzare una sequenza di bit( 1 o più parole)
9 Registro dati (DR)
9 Registro indirizzi (AR)
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Interazione fra CPU e Memoria
1.
2.
3.
Decodifica (Decode):l’UC interpreta l’istruzione e
trasferisce I dati a cui questa fa riferimento dalla
memoria alla ALU.
Esecuzione (Execute): la ALU esegue l’operazione
logica o aritmetica richiesta dall’istruzione.
Memorizzazione (Store):I risultati delle operazioni
svolte sono memorizzati nella memoria.
Caricamento (fetch): l’UC preleva l’istruzione
successiva presente in memoria
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CPU ( II)
La velocita’della CPU viene misurata in Megahertz
(milioni di cicli al secondo, misurati con il clock del
processore).
N.B. Processori di tipo diverso non vanno confrontati sulla
base del ciclo di clock.
MIPS (milioni di istruzioni per secondo)
Legge di Joy: la velocità di esecuzione
MIPS=2(anno-1984) ( fino ad ora è stata rispettata)
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CPU(I)
Registro istruzione corrente (CIR). Contiene, istante per istante,
l’istruzione in esecuzione.
Contatore di programma (Program Counter PC). Contiene, istante
per istante, l’indirizzo della prossima istruzione che deve essere
eseguita.
Registro contatore di programma (Program Counter PC).
Contiene, istante per istante, l’indirizzo della prossima istruzione che
deve essere eseguita.
Registro interruzioni (Interrupt register INTR). Contiene
informazioni sullo stato delle periferiche.
Registri contenenti operandi e risultati delle ultime operazioni
fatte.
Registri di lavoro.
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BUS di input e output
Sono dei collegamenti che consentono la trasmissione
dell’informazione tra i vari componenti del sistema.
Comprende linee di indirizzo e linee di dati. Il numero di
linee di dati determina l’ampiezza del bus(i primi bus
erano a 8bit, ora sono a 32 bit per adeguarli alla velocità
del processore)
Bus dati: trasferisce dati
Bus indirizzi: trasferisce indirizzi, es. contenuto dei
registro indirizzi dalla (ALU) alla memoria
Bus controlli: trasferisce un codice corrispondente
all’istruzione da eseguire
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Slot e adattatori
Slot di espansione sono collegati direttamente al bus del
sistema servono per aumentare le prestazioni o
personalizzare il computer
Adattatori sono schede che possono contenere drive,
visualizzare colori e grafica, o per collegare altre
periferiche
Tecnologia plug and play, la maggior parte dei sistemi
sono in grado di riconoscere un nuovo dispositivo e di
installarlo configurando automaticamente i nuovi
hardware. Questa tecnologia richiede un sistema
operativo, un BIOS cioè una porzione di ROM che ha il
compito di controllare lo stato dell’hardware presente e i
dispositivi da installare
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Sistemi multimediali
PC dotato di scheda audio, CD-rom e acceleratore grafico
Acceleratore di grafica: scheda dotata di un processore
proprio che lalleggerisce il carico della CPU del sistema.
Lettore CD-rom : filmati, animazioni, suoni occupano
molto spazio e devono risiedere nello stesso supporto
Schede audio per ottenere audio di alta qualità a cui
collegare i diffusori che devono essere esterni perché
contengono magneti che possono danneggiare il sistema
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Le porte del computer
Le porte del computer (II)
Porte seriali: dette anche di comunicazione asincrona (RS
232) servono per collegare i modem e alcuni tipi di
stampanti: Utilizza solo due linee per inviare e ricevere
dati(linee telefoniche) inviano solo un bit per volta.
Porte parallele: (interfacce centronics) trasmettono 8 bit
per sec. La lunghezza del cavo non può superare i 30
metri(mentre un cavo seriale può arrivare ai 300 metri)
Porte SCSI (Small Computer System Interface) che
permettono di collegare più compionenti ad una stessa
porta grazie a un processo detto daisy chaining in modo
da ridurre il numero di slot occupati.
Porte USB : (Universal Serial Bus) usano cavi sottili e
permettono di collegare dispositivi in serie e trasmettono
dati più velocemente delle altre, distribuendo anche la
corrente. Si possono collegare sino a 127 dispositiviin
serie, non si può utilizzare per i cd-rom e apparecchi
video ad alte prestazioni, opera a 12 Mps ed è economico.
Porte Fireware: più potente della USB serve per collegare
più dispositivi dotati di ampia banda passante
(connessioni Internet ad alta velocità)
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