Elaborazione dati Elaborazione dati bibliografia Che cos`è l
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Elaborazione dati Elaborazione dati Elementi di informatica di base: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Hardware del calcolatore Cenni sui sistemi operativi Reti di calcolatori, Internet e web Codifica dell’informazione Programmi applicativi Carla Guerrini Elaborazione dati 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. Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Elaborazione dati 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 l Carla Guerrini Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati 1 Elaborazione dati 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… Carla Guerrini Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati http://www.pixar.com/howwedoit/index.html Carla Guerrini Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati 2 Elaborazione dati 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. Carla Guerrini Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 3 Elaborazione dati 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. Carla Guerrini Elaborazione dati 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. Carla Guerrini Elaborazione dati 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. Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 4 Elaborazione dati Anatomia di un elaboratore Carla Guerrini Elaborazione dati Carla Guerrini 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. Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati 5 Elaborazione dati 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, Carla Guerrini Elaborazione dati Coprocessori e processori paralleli Carla Guerrini Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 6 Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati SIMM(Single In-line Memory module) vengono usati in coppie DIMM( Dual In-line Memory Module) possono essere usati singolarmente Carla Guerrini Elaborazione dati 7 Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 8 Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati 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. Carla Guerrini Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati 9 Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati 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 Carla Guerrini Elaborazione dati 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) Carla Guerrini Elaborazione dati Elaborazione dati Carla Guerrini Elaborazione dati 10
