Università degli Studi di Macerata
Dipartimento di Giurisprudenza
Scienze dell’amministrazione pubblica e privata (Classe LM-63)
SISTEMI E APPLICAZIONI PER
L’AMMINISTRAZIONE DIGITALE
“IL COMPUTER”
Lezione n. 2 – parte seconda
Venerdì 3 ottobre 2013
A.A. 2014-2015 - primo semestre biennio
Luca Ricciotti PhD
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Il computer
Un computer è un sistema di elaborazione che, come tutte le macchine, non
ha nessuna capacità decisionale o discrezionale, ma si limita a compiere
determinate azioni secondo procedure prestabilite (programmi)
Il computer esegue istruzioni
... dal momento in cui viene avviato al momento in cui viene spento, esegue
un’istruzione dietro l’altra (molti milioni di volte al secondo) senza alcuna
interruzione. Anche quando sembra che non stia facendo niente, sta in realtà
eseguendo ciclicamente un’istruzione di “attesa” (il cosiddetto ciclo idle di sistema)
Storicamente le origini del computer si fanno risalire all’ENIAC,
(Elettronic Numerical Integrator And Calculator), il primo calcolatore
elettronico realizzato negli anni ‘40 ed utilizzato fino al 1955.
Era contenuto in un enorme armadio della dimensione di circa 160 m2 e
conteneva ben 18.000 valvole (gli attuali moderni transistor)
Evoluzione tecnologica
(sempre più “dinamica”)
Diverse tipologie di
computer
Differenti capacità di
calcolo
Differenti categorie
di riferimento
(potenza elaborativa)
(la distinzione è sfumata)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Tipologie di computer (1-3)
Categorie di riferimento
(alcuni termini descritti sono antiquati e, attualmente, poco utilizzati)
Mainframe
Usati nelle grandi aziende, nelle banche e ovunque
ci sia bisogno di gestire una complessa e delicata
rete di computer ed apparecchiature.
Hanno elevate prestazioni per capacità di calcolo e
di memoria.
Microcomputer e Minicomputer
Microcomputer
Caratterizzato, generalmente, da un singolo
microprocessore, di costo abbastanza limitato da
poter essere acquistato e utilizzato da un singolo
utente, con un ingombro generalmente ridotto.
Sono in grado di gestire contemporaneamente un
elevato numero di utenti e di solito vengono
utilizzati per la gestione centralizzata di tutto il
sistema informatico nelle medie e grandi imprese.
(es. personal computer, le console per videogiochi, i
tablet PC ed i c.d. “home computer” di una volta –
Commodore vic 20, Commodore 64, Atari 800)
I mainframe sono gli eredi diretti dei primi
computer e ne rispecchiano ancora la struttura di
base, con una macchina centrale cui fanno capo
diversi terminali secondari
Minicomputer
Una “macchina” che, in quanto a potenza
elaborativa, era collocata a metà strada fra un
mainframe e un microcomputer
Supercomputer e Workstation
Supercomputer
Utilizzati in ambienti con necessità di calcolo
avanzate come i grandi centri di ricerca, sono
dotati di elevata potenza elaborativa per svolgere
funzioni di calcolo molto importanti
Workstation
Utilizzate soprattutto nelle università e nei
laboratori di ricerca, sono molto potenti e con
un’architettura fatta su misura per scopi
professionali.
Sono utilizzati principalmente per la ricerca, per la
programmazione e per la grafica avanzata (ad
esempio, per la realizzazione di montaggi video,
scene virtuali, effetti cinematografici speciali, etc.)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Tipologie di computer (2-3)
Categorie di riferimento
Personal Computer
Computer portatili
Subnotebook
(PC)
(Laptop computer o notebook)
(Ultraportatili o Miniportatili)
Sono computer di piccole dimensioni adatti ad
essere trasportati, usati da chi deve spostarsi
spesso per lavoro avendo la necessità di avere
sempre il proprio computer a portata di mano.
Sono piccoli elaboratori ideati per l’uso personale.
Il termine PC fu coniato la prima volta dall’IBM
per identificare il loro primo microcomputer.
I personal computer vengono oggi utilizzati
indifferentemente sia in ambito lavorativo che
casalingo, tanto che nei paesi industrializzati
ciascuna famiglia possiede ormai uno o più
personal computer
Dotati di una batteria che consente un’autonomia
di alcune ore per lavorare anche durante gli
spostamenti sono, a parità di potenza, più costosi
Computer portatili che possiedono gran parte delle
rispetto ai normali PC.
funzionalità dei notebook, ma rispetto a questi,
Le caratteristiche principali sono: alimentazione
hanno dimensioni e peso ridotti
anche a batteria (ricaricabile), schermo piatto a
cristalli liquidi (LCD), dimensioni ridotte.
Vantaggi: leggeri e maneggevoli, funzionano per
qualche ora senza la necessità di un’alimentazione
di corrente, si possono portare con estrema facilità
in viaggio o in vacanza.
Svantaggi: limitata capacità di espansione e di
collegamento con le periferiche, alti costi
a) Il primo desktop computer, il PC IBM, prodotto il 12 Agosto 1981
b) un tower computer c) un computer portatile (notebook)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
Tipologie di computer (3-3)
Categorie di riferimento
Netbook
Sono computer di dimensioni e peso ridotti (con
schemi che non superano generalmente gli 11
pollici), adatti ad essere facilmente trasportati, con
caratteristiche tecniche pensate principalmente
per la navigazione in rete e la videoscrittura e
pensati soprattutto per un’utenza non
professionale
Tablet PC
Computer palmari
Chiamati semplicemente palmari, spesso indicati in
lingua inglese con l’acronimo PDA (Personal
Digital Assistant) sono computer di piccole
dimensioni, tali da essere portati sul palmo di una
Sono computer portatili che permettono all'utente
mano.
di scrivere a mano sullo schermo attraverso uno
Sono
solitamente
dotati
di uno schermo sensibile al
speciale pennino (detto “stilo”) o direttamente
tocco (touch screen) e l’immissione dei dati può
tramite le dita.
avvenire anche in questo caso tramite un pennino
L’utente può in pratica usare e utilizzare il
(stilo) o tramite dito.
computer senza dover usare una tastiera od un
Nati
dall’evoluzione
delle agende elettroniche
mouse
tascabili, sono in grado di svolgere alcune funzioni
di base dei computer, come la navigazione in
Internet, la posta elettronica, l’elaborazione di
semplici testi, etc.
Touchscreen “resistivo”
Il touchscreen “capacitivo”
Il suo funzionamento si basa su una
resistenza elettrica: premendo lo schermo si
crea un contatto tra due strati conduttori di
elettricità.
Genera un flusso di elettroni attraverso la
superficie del display: quando un oggetto
capacitivo, come le dita umane, toccano (o
sfiorano) lo schermo il flusso di elettroni si
distorce. Il dispositivo, tramite dei sensori
posizionati in ciascun angolo del display,
rileva la distorsione e assegna le coordinate
del tocco. Ecco perché su schermi capacitivi
non è possibile utilizzare oggetti inanimati
come ad esempio i pennini
Il dispositivo traccia le coordinate posizionali
del contatto comunicando i dati al sistema
operativo.
Tecnologia molto più vecchia (il primo
prototipo risale al 1995)
a) Un netbook b) un tablet PC c) un computer palmare
L’architettura di un computer
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
L’architettura di un personal computer si distingue, schematicamente, in
due grandi blocchi funzionali:
1)le unità centrali 2)le unità periferiche
Le unità centrali comprendono la CPU (Central Processing Unit) e la
memoria centrale (a sua volta costituita da RAM e ROM).
Le unità periferiche possono comprendere invece le unità periferiche di
input, di output, di input/output e le unità di memoria esterna
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
I componenti interni (1-2)
Aprendo il case di un computer è possibile vedere i suoi componenti interni, collegati
fra loro con una grande quantità di cavi e fili.
Complessivamente sono circa una decina di “pezzi”
Hard disk
Drive per il floppy disk
• Il disco fisso del computer con “tagli” più o meno grandi (250 GiB e oltre).
• In realtà già da qualche anno non più presente sui personal computer.
Lettore e/o
masterizzatore
• Si riscontrano, in alcuni casi, uno o più lettori/masterizzatori CD, DVD, Blu-ray o HDDVD.
Alimentazione
• Compreso il trasformatore e la relativa ventola di raffreddamento.
Scheda madre
• Meglio conosciuta come Mother Board che ha il compito di collegare meccanicamente ed
elettronicamente tutti i componenti interni del computer.
CPU
RAM e ROM
Cache di I e II liv.
• Il Microprocessore – posizionato sulla scheda madre.
• Memoria ad accesso causale, Memoria di sola lettura – posizionata sulla scheda madre.
• Memoria cache di primo e secondo livello – posizionata sulla scheda madre.
Scheda audio
• Più o meno performante - posizionata sulla scheda madre.
Scheda video
• Più o meno performante - posizionata sulla scheda madre.
Scheda di rete
• Più o meno performante - posizionata sulla scheda madre.
Altre schede e chip
• es. l’oscillatore al quarzo che produce il segnale di clock; le prese per il collegamento
dell’hard disk, del lettore (o masterizzatore) dei dischi ottici etc.
I componenti interni (2-2)
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La Scheda Madre (Mother Board) di un computer
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La CPU (1-2)
La CPU (Central Process Unit o Unità centrale di elaborazione)
detta anche microprocessore o semplicemente processore, è il “cuore” del computer
Il suo compito principale consiste
nell’eseguire le istruzioni di cui sono
La CPU è montata sulla scheda madre.
composti i programmi.
Talvolta nei computer di marca il processore
La CPU esegue tutti i calcoli, gestisce il
è direttamente integrato sulla scheda madre,
trasferimento dei dati attraverso la memoria e
ma di solito viene mantenuto come
i dischi ed attiva/disattiva i componenti della componente separato per dare all’acquirente
macchina.
la possibilità di sceglierne la potenza.
Oggi i processori più diffusi fra i PC sono
La CPU è quasi sempre nascosta sotto un
quelli prodotti dalle aziende Intel e AMD,
dissipatore di calore o sotto una piccola
ricordiamo a titolo di esempio le CPU Intel:
ventola di raffreddamento
Pentium III, Pentium IV, Celeron, Core, Core
2, Core 2 Duo, Atom, etc. etc.
La CPU è composta internamente da due
componenti principali:
- la Control Unit (CU): è l’unità di controllo
che coordina l’attività dei dispositivi
collegati all’elaboratore: recupera tutte le
istruzioni dalla memoria, provvede alla loro
interpretazione, controlla la sequenza logica
durante la loro esecuzione, gestisce la
memorizzazione dei dati intermedi e finali.
- la Arithmetic Logic Unit (ALU): è l’unità
aritmetico logica che esegue i calcoli
aritmetici e le operazioni logiche richiesti
dalle istruzioni del programma
Registri di memoria
Memoria Cache di I livello
E’ una memoria ad accesso casuale inserita
direttamente all’interno della CPU.
E’ accessibile in modo quasi istantaneo
risultando quindi la più veloce
Costituiscono le memorie di lavoro della CPU.
Praticamente sono formati da una piccola parte
di memoria utilizzata per velocizzare
l'esecuzione dei programmi fornendo un accesso
rapido ai valori usati più frequentemente in una
determinata parte di un calcolo
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
La CPU (2-2)
L’elaborazione delle istruzioni da parte della CPU avviene
seguendo il ciclo macchina o ciclo Fetch-Decode-Execute che
può essere idealmente suddiviso in tre fasi
FETCH
• la Control Unit recupera l’istruzione da eseguire che si trova nella memoria centrale all’indirizzo contenuto
nel registro Program Counter. L’istruzione viene trasferita nel registro Instruction Register e il Program
Counter viene incrementato in modo da puntare all’istruzione successiva
• l’istruzione viene interpretata.
DECODE
• l’istruzione viene eseguita e, se sono necessari dei calcoli, interviene l’ALU (Aritmetic Logic Unit)
EXECUTE
Il ciclo macchina del microprocessore è cadenzato da un segnale elettrico ad altissima frequenza chiamato
segnale di “clock”(costituito da rapidissimi impulsi che si ripetono miliardi di volte al secondo).
La frequenza del segnale di clock si misura in Hz (Hertz) ossia cicli di clock al secondo.
1GHz (1 miliardo di cicli al secondo)
Sono possibili pratiche di
“overclocking” ma possono
comprometterne il funzionamento
Maggiore è la frequenza di Clock
e maggiore è la velocità di
elaborazione della CPU
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l’amministrazione digitale
La memoria RAM
La RAM (Random Access Memory, o memoria ad accesso causale)
E’è la memoria dove vengono memorizzati i
dati e le istruzioni destinate ad essere
eseguite dal microprocessore.
Viene chiamata memoria di lavoro dal
momento che durante l’elaborazione tutte le
istruzioni ed i dati risiedono all’interno di
essa.
Si tratta di una memoria volatile (o
temporanea), poiché al venir meno
dell’alimentazione elettrica perde
istantaneamente e completamente il suo
contenuto
DRAM (Dynamic RAM)
Sono costituite da un transistor che separa un
condensatore a cui è associato ciascun bit.
Il numero di elettroni presenti nel condensatore
determina se il bit è 1 o 0. Se il condensatore
perde la carica, l'informazione è perduta (la
ricarica avviene periodicamente).
Per tale motivo la DRAM viene definita
memoria dinamica e volatile
Fino a quando non si effettua il primo
salvataggio, tutto ciò che è stato scritto
risiede nella RAM.
Se per un qualsiasi motivo (ad esempio, per
un black-out elettrico) viene a mancare
l’alimentazione del computer, tutto il lavoro
fatto dopo l’ultimo salvataggio viene
irrimediabilmente perduto.
Le operazioni di accesso alle informazioni
contenute nella RAM sono molto veloci
mentre le operazioni di lettura/scrittura sul
disco fisso sono molto lente: per questo
motivo non si lavora direttamente sul disco
Attualmente i personal computer sono dotati
di 2-4 GiB.
Se la RAM non è sufficiente per contenere
tutti i dati necessari, il computer esegue
un’operazione di swap (scambio) per liberare
spazio; una parte del contenuto della RAM
viene temporaneamente ricopiata sul disco
fisso (nel cosiddetto file di swap) e
recuperata successivamente in caso di
necessità.
Questo processo rallenta tutte le operazioni,
per cui è consigliabile limitare le operazioni
di swap aumentando la quantità di RAM a
disposizione del computer
SRAM (Static RAM)
Consentono di mantenere le informazioni per un
tempo infinito, sono molto veloci, consumano
poco e quindi dissipano poco calore. La necessità
di usare molti componenti, però, le rende molto
costose, difficili da impacchettare e con una
scarsa capienza.
Sono solitamente usate per le memorie cache
Sistemi e applicazioni per
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La memoria ROM
La ROM (Read Only Memory, o memoria permanente di sola lettura)
Viene scritta una sola volta in fase di
produzione, dopodiché non può più essere
modificata.
Viene utilizzata all’interno dei computer per
memorizzare le istruzioni del BIOS (Basic
Input Output System) - il primo programma che
viene eseguito all’accensione del computer prima
ancora di caricare il sistema operativo - e per
memorizzare le informazioni relative dei vari
componenti hardware presenti all’interno del
computer (cioè il firmware)
Fino agli inizi degli anni ‘90, il BIOS veniva
memorizzato su una o più memorie di tipo
ROM, collocate sulla scheda madre del
computer e chiaramente non
riprogrammabili.
Attualmente, i parametri di configurazione
del BIOS possono essere modificati con
semplicità anche dall’utente (di solito subito
dopo la fase di accensione del computer)
perché le memorie ROM, con l’evoluzione
informatica, sono state sostituite dalle
EPROM ed ancora dalle EEPROM
Le memorie EPROM (Electrically
Programmable Read Only Memory ) sono
“memorie di sola lettura cancellabili e
programmabili”.
Le memorie EEPROM (Electrically
Erasable Programmable Read Only
Memory) sono “memorie di sola lettura
cancellabili elettricamente, programmabili e
riscrivibili”.
Le memorie Flash (pendrive, memory card)
appartengono alla famiglia delle EEPROM
La memoria Cache
Sistemi e applicazioni per
l’amministrazione digitale
… la CPU esegue informazioni che fanno parte dei programmi…
… i programmi (software) sono generalmente memorizzati sul disco fisso…
… dal disco fisso vengono caricati nella RAM dove la CPU preleva le istruzioni da eseguire…
La memoria cache ha il compito di velocizzare questo processo
E’ un tipo di memoria più veloce della RAM
Come la RAM, anche la memoria cache è
e viene utilizzata per memorizzare le
una memoria ad accesso casuale.
istruzioni ed i dati utilizzati più
Se ne distinguono due tipi, la memoria cache
frequentemente in modo tale che il
microprocessore non debba recuperarle dalla L1 (o memoria cache di primo livello) e la
memoria cache L2 (o memoria cache di
RAM e migliorino notevolmente le
secondo livello)
prestazioni del sistema
La memoria cache di primo livello è
inserita direttamente all’interno della CPU ed
è accessibile in modo quasi istantaneo
risultando quindi la più veloce
La memoria cache di secondo livello è
collocata sulla scheda madre e risulta 4 o 5
volte più lenta della memoria cache L1
(mentre la RAM lo è addirittura 20 o 30
volte)
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2014-2015 - primo semestre biennio
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