Abilità Informatiche Architettura di un elaboratore Lezione 1 Computer, un po’ di storia. • Gli albori dell'era informatica (anni quaranta) – una specie di macchina per fare i conti superveloce, la naturale evoluzione delle calcolatrici . – Schede perforate, fornivano l’input. • Nel 1957 viene realizzata nel Centro Studi dell'Università di Pisa la macchina pilota, in scala ridotta, della Calcolatrice Elettronica Pisana (CEP) diminuiscono i tempi e costi di produzione Computer, un po’ di storia. • Il primo calcolatore per uso personale (1965) – la Olivetti di Ivrea presenta alla fiera di New York del 1965 il primo calcolatore pensato per uso personale: il Programma 101 • Gli home computer (1977-1990) – Apple II (giugno 1977) (il primo personal computer; il primo con grafica a colori e foglio di calcolo) – Commodore VIC-20 (1980) (il primo computer al mondo ad essere stato venduto in oltre un milione di unità) Gestione elaborazione dati – Commodore 64 (settembre 1982) (il più venduto modello di computer di tutti i tempi: più di 17 milioni di unità) Il Computer Il computer, o elaboratore elettronico, è la macchina per la gestione automatica delle informazioni Esso è costituito da tre componenti: – Hardware (la parte fisica del computer) – Software (la parte intangibile, insieme di programmi) – Firmware ( tipo di software le cui peculiarità consistono nel supporto in cui viene memorizzato, e nel ruolo che svolge all’interno del calcolatore) Tipologie di elaboratori elettronici In base alle funzioni che deve svolgere, il calcolatore si distingue per: capacità e velocità di elaborazione, memorizzazione delle banche dati, funzioni specializzate, costi, facilità d’uso. Si distinguono in classi: • Mainframe • Minicomputer • Network computer • Personal computer • Laptop computer • Palmare Tipi di computer • • • • • Mainframe – grandi sistemi di elaborazione dati aziendali, grandi banche dati elevate prestazioni, costi elevati, personale specializzato Network computer – prestazioni e costi contenuti, dedicati ai singoli utenti; specializzati per essere interconnessi a computer di maggiore capacità (Sever Client) Personal computer – prestazioni e costi contenuti, dedicati al singolo utente; capacità elaborative autonome, possibilità di essere collegati in rete Laptop computer – personal computer trasportabili; ingombro ridotto, alimentazione autonoma Palmare – sistema tascabile per prendere appunti; gestione rubriche; eseguire operazioni semplici Le principali componenti • Il Personal Computer nasce per elaborare, secondo un programma memorizzato, dei dati forniti dall’esterno, producendo dei risultati da presentare anch’essi all’esterno • Il flusso di dati forniti in ingresso si definisce input, mentre quello dei risultati prodotti si dice output. • La fase di elaborazione dei dati viene definita processamento o elaborazione (processing), mentre la memorizzazione a lungo termine dei dati di input o è detta storage. Struttura del Computer • Un elaboratore è composto da 3 componenti principali: • CPU (Central Processing Unit) unità in grado di interpretare ed eseguire le istruzioni • Memoria (centrale o principale) supporto per la registrazione di dati e programmi • Unità periferiche, di input e di output unità per scambiare dati con l’ambiente esterno Il processore Ciclo del processore • Il processore esegue in continuazione il ciclo – preleva-interpreta-esegui Preleva dalla memoria principale la prossima istruzione di un programma preleva esegui Esegui l’istruzione interpreta Decodifica l’istruzione Il ciclo di clock • Ciclo di clock – Parametro caratteristico di un processore è la durata del ciclo di clock – Indica il tem po richiesto dal microprocessore a compiere un’operazione elem entare – La frequenza del clock è espressa in MHz (Mega Hertz) Il processore • La scelta del processore incide profondamente sulle prestazioni complessive della macchina. Un processore è caratterizzato da: – velocità di funzionamento (GHz) – piedinatura (numero e disposizione dei contatti elettrici) – logica di funzionamento (architettura) La memoria La memoria • Svolge la funzione di magazzino per i programmi e i dati su cui deve operare il microprocessore • L’informazione digitalizzata viene rappresentata e salvata in memoria sotto forma di num eri binari • Dati e programmi sono memorizzati in unità minime chiamate Byte – Un byte è a sua volta costituito da 8 bit, una sequenza di 8 cifre binarie Rappresentazione binaria • La singola cifra binaria è detta bit (0 o 1 ) • La scelta è dettata da ragioni di praticità ed economia • Il bit rappresenta due stati – Come una lampadina: accesa (1 ) o spenta (0 ) • Combinazioni di bit in sequenze di lunghezza opportuna rappresentano i dati Combinazioni di bit 1 bit 0 1 2 bit 00 01 10 11 3 bit 000 001 010 011 100 101 110 111 4 bit 0000 1000 0001 1001 0010 1010 0011 1011 0100 1100 0101 1101 0110 1110 0111 1111 Ogni bit in più raddoppia il numero delle combinazioni possibili Struttura della memoria 9278 9279 9280 9281 9282 9283 9284 9285 9286 La memoria è organizzata in locazioni di memoria o celle Ogni cella ha un indirizzo numerico, che la identifica univocamente Struttura della memoria - 2 9278 9279 9280 9281 9282 9283 9284 9285 9286 10011010 La memoria è organizzata in celle di una data lunghezza (spesso 1 byte di 8 bit) Valori grandi possono essere immagazzinati in celle consecutive (2/4/6 byte) Dimensione della memoria • La capacità di immagazzinare informazione in memoria (storage capacity) è indicata dal numero di byte di cui è costituita • La capacità è espressa in diverse unità di misura: unità simbolo numero di byte kilobyte KB 210 = 1024 megabyte MB 2 gigabyte GB 230 (> 1 miliardo) terabyte TB 240 (> 1000 miliardi) 20 (> 1 milione) La memoria • Per questioni di costi ed efficienza la memoria di un elaboratore è distribuita su dispositivi hardware diversi, che nel loro insieme costituiscono il sistem a m em oria dell'elaboratore, più comunemente chiamato gerarchia di m em oria La memoria • I livelli di memoria generalmente presenti sono – i registri , le cache , la m em oria centrale , i dischi • Una configurazione minima di un PC – 32 registri, 512 Kbyte di cache, 512-1024 MB di memoria centrale e un disco di 160 GB La memoria • Esistono due categorie di dispositivi di memoria: – le m em orie volatili – le m em orie non volatili • Le memorie volatili sono i dispositivi di memoria che perdono il loro contenuto quando viene loro a mancare l'alimentazione elettrica • Le memorie non volatili invece mantengono l'informazione registrata anche in assenza di alimentazione elettrica Le memorie volatili • genericamente indicate con il termine RAM (Random Access Memory) – i registri di CPU, le cache e la memoria centrale – sono realizzati rifacendosi alla tecnologia dei circuiti integrati Memoria • Memoria Veloce o Memoria Centrale – Consente di elaborare i dati in modo veloce – Memoria di tipo elettronico, caratterizzata da un doppio stato: ON/OFF, Aperto/Chiuso • La memoria centrale del PC è formata da : – RAM (Random Access Memory), memoria ad acceso casuale – ROM (Read Only Memory), memoria di sola lettura • Memoria di massa del PC – Disco fisso, supporti ottici, ultimamente flash memory(esempio: SD) La RAM Ci sono due tipi: – DRAM (dynamic RAM) deve essere aggiornato ogni pochi millisecondi • SDRAM (synchronous DRAM), più veloce della DRAM • DDR-SDRAM (o DDR), una SDRAM con velocità doppia – SRAM (static RAM), più veloce di tutte le DRAM, ma molto costosa Inoltre si distingue: – SIMM (single-in-line memory module), 64-bit data path, tipico per un PC – DIMM (dual-in-line memory module), 128-bit data path, può trasferire più dati della SIMM (è più veloce della SIMM) Tipico per un PC moderne (veloce): SIMM con DDR-SDRAM (o DDR) Dispositivi di Memoria ROM memoria il cui contenuto non può essere modificato viene utilizzata per la registrazione del programma Firmware che permette l’esecuzione delle funzioni base del computer (avviamento) BIOS Basic Input Output System Caratterizzata da: • Definizione del costruttore della macchina o componente • è un chip inserito nella scheda madre Le memorie non volatili • I dispositivi più diffusi come memoria non volatile, sono i dischi magnetici Memorie di massa • Memorie di masse – Floppy drive – Hard disk (HD) – CD – DVD – ZIP drive – USB pen Ci sono due standard: IDE (Integrated Drive Electronics , es. Ultra DMA o Ultra ATA) SCSI (Small Computer System Interface) I dispositivi di I/O o periferiche I dispositivi di I/O • Rappresentano l’interfaccia del calcolatore verso il mondo esterno I dispositivi di I/O monitor processore Le periferiche di input e output consentono interazione tastiera • schermi • tastiere • mouse • scanner • touch screen disco rigido memoria principale Dischetto/ DVD/ … I dispositivi di input • I dispositivi di input acquisiscono informazioni espresse in un formato consono all’operatore umano • Le traducono in un formato consono all’elaboratore • le trasmettono alle componenti opportune del calcolatore – Es.: mouse, tastiera, scanner, microfono I dispositivi di output • I dispositivi di output acquisiscono informazioni dall’elaboratore nel formato di rappresentazione interno • le traducono in un formato consono all’operatore umano • le visualizzano – Es.: video, stampante I dispositivi di I/O • Ogni periferica è costituita da 3 componenti: – Una componente visibile, il dispositivo in senso lato detto device – Una componente elettronica di controllo chiamato device controller – Una componente software device driver I Bus • I controller di tutte le periferiche devono essere collegati al microprocessore per poter prendere ordini dallo stesso • Per svolgere questa funzionalità ogni elaboratore è provvisto di uno o più bus – il bus è un insieme di cavi – il bus fa convergere al microprocessore le informazioni provenienti dai vari controller – paragonabile ad una strada su cui convergono più vie laterali provenienti dai vari controller I Bus • Periferiche diverse possono usare tipi di bus diversi, in genere in funzione della velocità di trasmissione dati • I bus più diffusi: – PCI : Generalmente usato sulla scheda madre tra memoria e processore – SCSI : Usato per diversi tipi di periferiche in catena – IDE : Generalmente usati per i dischi – USB : Usato per periferiche di I/O Dispositivi d’Input La tastiera • La tastiera italiana è la QWERTY, identificata dalle prime 6 lettere della tastiera • ad ogni tasto sono associati due caratteri • la selezione tra maiuscolo e minuscolo avviene tramite il tasto shift • se si vuole scrivere sempre maiuscolo impostare il tasto Caps Look • Per inserire il carattere presente su un tasto a tre simboli, premere contemporaneamente Alt Gr ed il tasto corrispondente es. @ • Il tasto Canc permette di cancellare • Il tasto Esc permette di interrompere una operazione Dispositivi d’Input Il mouse • permette di spostare un puntatore sullo schermo, etramite due o tre tasti • il click permette di associare delle operazioni di elaborazione • tramite la tecnica Drag and Drop permette di trascinare degli oggetti e rilasciarli in punti diversi dello schermo, realizzando in questo modo, copie, collegamenti Dispositivi con funzioni identiche: • trackball, dispositivo presente nei PC portatili, è una sfera incastrata nella tastiera • touch pad, per PC portatili, il puntatore si sposta facendo scorrere il polpastrello sopra una superficie • joystick, usato nei giochi, elevata manovrabilità Dispositivi d’Input • Scanner (lettore ottico), dispositivo in grado di leggere i documenti in formato immagine, Tramite il software OCR (Optical Character Ricognition) traduce l’immagine in testo (se è presente un testo) • Lettore ottico di caratteri a barre (sistema di scrittura dei dati), lettura tramite raggio laser, presente sui prodotti • Lettore di caratteri magnetici (carta bancomat) • Microfono, dispositivo in grado di introdurre un suono nel PC, (Wave) riprodotto tramite casse acustiche. Utilizzato come riconoscimento vocale, può tradurre la voce in testo (comandi a voce, correggere la pronuncia) Dispositivi di Output • Schermo, video, monitor • Stampante • Plotter • Casse acustiche, altoparlanti, cuffie • Interfacce analogiche o digitali • Registratori di tessere magnetiche • Sintetizzatore vocale (phone banking) • Registratori di tessere magnetiche • Registratori di microfilm Monitor • La dim ensione fisica di un monitor (17") si misura diagonalmente, come per la TV • I monitor hanno capacità m ultim ediali – gestiscono testo, grafica, video, graphics, video … • Un monitor ha una risoluzione , che indica il numero di picture elem ents , detti pix els , che può visualizzare (es: 1280 x 1024) • Una risoluzione alta (più pixels) fornisce immagini più chiare Dispositivi di Output Stampante • Consente di stampare su carta i risultati delle elaborazioni caratteristiche: • Vecchia tecnologia, ad impatto (ad aghi) usata quando ci sono copie a ricalco • Moderna tecnologia, a getto d’inchiostro, laser – bianco e nero che a colori – velocità di stampa – risoluzione – Il collegamento della stampante al PC avviene tramite porta Parallela LPT, USB o Rete Modem • Ci sono strumenti per trasferire dati tra due computer • Molti computer incorporano m odem , che consente di trasferire dati sulla linea telefonica • Uno strumento per trasferire dati ha una velocità m assim a di trasferim ento • Un modem può avere una velocità di trasferimento di bits per second (bps) Struttura del PC - Case Nel Case sono alloggiati: • Motherboard, scheda madre • Unità Centrale di Elaborazione, UCE • Memoria Centrale, RAM • Floppy Disk, FD • Hard Disk, HD • Lettore CD • Masterizzatore • Porte native per attacchi tastiera, mouse, video • Porte seriali, COM1 COM2, Porte parallele LPT1 e LPT2, UBS Struttura del PC - Case Nel Case sono alloggiati: • schede collegamento rete telefonica o rete locale • processori per grafica o calcolo scientifico • il BUS di collegamento per la trasmissione dei dati Al Case sono collegati tramite cavo: • mouse, tastiera • video, stampante All’esterno E all’interno La scheda madre Slot AGP per scheda video Porte seriali e USB Porta parallela Chipset PCI (Data Bus) Slot di espansione Socket per CPU Batteria tampone per alimentare la ROM 3 Slot per moduli RAM Clock BIOS (Flash eprom) Slot (E)IDE e ATA per la connessione di FD, HD, CD e DVD Scheda madre CPU-Scheda Madre CPU un esempio: Pentium III CPU un esempio: Pentium IV Hard Disk Schede aggiuntive Ed infine Alimentazio ne PC e Monitor Porte Ps/2 Lettore DVD Porte USB Lettore e masterizzator e CD Porte seriali Porta parallela Uscite Video Drive Floppy disk Porta joystick Uscite scheda audio (microfono,ca sse, cuffie) Pulsante di accensio Pulsante ne di reset Scheda di rete davanti dietro