Hardware - Altervista

Università degli Studi di Catania
FACOLTA‘ DI MEDICINA E CHIRURGIA
Elementi di
Informatica
Anno accademico: 2008/2009
Docente: Dr. Angelo
Nicolosi
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• Didattica
• Lezioni 30 ore
• Valutazioni
• Esame finale (II anno Lab. Informatica, Reti e
Internet)
• Ricevimento
• Lunedì dalle 15 alle 17 previo appuntamento da
fissare via e-mail [email protected]
Dr. Angelo Nicolosi
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INFORMATICA
Organizzazione del corso
•Slides
•Libri di testo:
Giuseppe Chiavola
ECDL Guida all’esame della patente del computer
Petrini Editore
Syllabus 4.0
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INFORMATICA
Materiale didattico
Concetti di base della tecnologia dell’ informazione
- Concetti generali
- Hardware
- Software
- Reti informatiche
- Il computer nella vita di ogni giorno
- Salute e sicurezza
- La sicurezza
- Copyright e leggi
Dr. Angelo Nicolosi
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INFORMATICA
Argomenti del corso
• GESTIONE
• RICERCA E DIFFUSIONE E CONSERVAZIONE
• PRODUZIONE CREATIVA
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INFORMATICA
informatica oggi
• Memorizzazione, codifica e archiviazione di TESTI
• Digitalizzazione e archiviazione di IMMAGINI
• Realizzazione di contenuti MULTIMEDIALI
• Scambio di informazioni attraverso la RETE
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INFORMATICA
Informatica e vita quotidiana
E’ una parola che deriva dal francese
“Informatique”;
nasce dalla contrazione di due parole
Information Automatique
La cultura anglo-americana preferisce il termine
Computer Science
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INFORMATICA
Il termine “Informatica”
“L’individuo che detiene l’informazione, trae di solito più
vantaggi a trasmetterla che a conservarla“
“La circolazione dell’informazione è alla base della
costruzione sociale
Accresce la sicurezza dei gruppi
E’ il motore della cultura
Spiega in particolare la rapidità del progresso scientifico
e tecnologico nell’epoca moderna".
Dr. Angelo Nicolosi
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INFORMATICA
Informazione
Bateson: ricevere informazioni vuol dire
sempre e necessariamente ricevere
notizie di differenza
Shannon: l’informazione dipende dal
numero di alternative e dalla loro
probabilità
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INFORMATICA
Definizioni
Riduzione di incertezza!
Otteniamo un’“INFORMAZIONE” quando siamo
in grado di riscontrare una variazione, una
differenza tra uno stato di cose ed un altro.
Esempi:
• SI oppure NO
• VERO oppure FALSO
• BELLO oppure BRUTTO
• PROMOSSO oppure BOCCIATO
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INFORMATICA
L’Informazione secondo Bateson
Quantità di informazione:
• 1 domanda, 2 risposte (si/no)
• 2 domande, 4 coppie di risposte
• n domande, 2n sequenze di risposte
E’ importante anche la probabilità con cui le alternative si
verificano:
• comunicazioni su eventi improbabili sono altamente
informative;
• su eventi probabili, scarsamente informative
E’ importante anche l’indipendenza delle domande:
• due domande dipendenti informano meno.
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INFORMATICA
L’Informazione secondo Shannon
• E’ collegato ad una variazione elementare fra 2
stati di cose.
• L’elemento atto a rappresentare la variazione
elementare di uno stato di cose viene indicato
con il termine
“BIT”
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INFORMATICA
L’elemento minimo di informazione
• Letteralmente la parola bit significa cifra binaria
• In generale un bit e’ una unità che può assumere un
valore tra due possibili (normalmente si parla di 0 e 1)
• La rappresentazione fisica di un bit richiede un qualsiasi
dispositivo in grado di trovarsi in uno di due possibili stati
• Interruttore (acceso/spento)
• Una lampadina
• Un condensatore (carico/scarico)
• Una bandiera (alzata/abbassata)
• Una particella magnetica (Nord/Sud)
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INFORMATICA
BIT (Binary Digit)
L’informazione si misura in BIT
Abbiamo a che fare con N informazioni equiprobabili
Riceviamo un’informazione che riduce l’incertezza
a M < N scelte
Misuriamo l’informazione ricevuta pari a :
I = log2(N/M) bit
Es.
L’informazione associata al lancio di una moneta e’ pari a
log2(2/1) = 1 bit
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INFORMATICA
Come si misura l’informazione ?
La codifica è una rappresentazione dell’informazione
Una codifica si dice digitale quando si usano
solo due cifre, 0 e 1
Digit (inglese) = cifra;
Numerique (francese) = digitale
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INFORMATICA
La rappresentazione digitale
dell’informazione
Ogni informazione può (a meno di un’approssimazione)
essere rappresentata come una sequenza di due soli
simboli (Es: 0 e 1)
La codifica e’ un’operazione che consente di utilizzare i
calcolatori elettronici (computer) per elaborare dati di
qualsiasi natura.
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INFORMATICA
Codifica
Per rappresentare insiemi costituiti da più di due
stati/simboli si usano stringhe di bit
Una sequenza di 8 bit viene comunemente detta Byte
Una stringa di bit e’ costituita da un numero n di bit ed
e’ comunemente detta parola (word)
Con n bit si possono formare 2n configurazioni diverse
e quindi si possono rappresentare 2n informazioni
diverse
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INFORMATICA
Codifica
• Un testo e’ una sequenza di caratteri alfabetici, separatori
e caratteri speciali
• Ad ogni carattere e’associata una diversa configurazione
di bit.
• Esempio:
21 lettere dell’alfabeto
+ 10 numeri
+ 10 punteggiatura
= 41 simboli
•25 = 32 combinazioni
•26 = 64 combinazioni < ok
Possiamo usare una codifica a 6 bit.
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INFORMATICA
Codifica del testo
000 = a
001 = b
010 = c
011 = d
100 = e
101 = f
110 = g
111 = h
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Un testo e’rappresentato
dalla sequenza di bit
associati ai caratteri che
lo compongono,
nell'ordine in cui essi
compaiono.
INFORMATICA
Esempio codifica testo a 3 bit
(American Standard Code for Information Interchange)
• La codifica ASCII prevede l’utilizzo di 128 caratteri
diversi
• Ogni carattere e’ associato ad una diversa
configurazione di 7 bit
• La codifica ASCII estesa prevede 256 simboli e 8 bit
(1 byte) per ogni carattere
• Quindi un testo di 1000 caratteri richiede
1Kbyte per essere rappresentato
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INFORMATICA
Standard ASCII
Il testo “ciao” richiede 4 byte
“ciao a tutti” richiede 12 byte
“perche’ no” richiede 10 byte
“perché no” richiede 9 byte
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INFORMATICA
Esempi di codifica ASCII estesa
INFORMATICA
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Unicode assegna un unico numero ad ogni
carattere indipendentemente dalla:
• Piattaforma
• Applicazione
• Lingua
Codifica i caratteri di tutti gli alfabeti
I codici vanno da 0 a 1.114.111
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INFORMATICA
Unicode
Byte = 8 bit
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28 = 256 possibili valori
INFORMATICA
Le unità di misura dei Dati
Si definisce analogico un procedimento che rappresenta
un fenomeno con continuità, per esempio:
un orologio classico che con il moto regolare della
lancetta segna il trascorrere del tempo in modo
continuo;
oppure un termometro che rappresenta
la temperatura con una lancetta;
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INFORMATICA
Segnali analogici
E’ digitale un procedimento che rappresenta lo stesso
fenomeno traducendolo in cifre (dall'inglese digit, cifra) e
quindi in modo discontinuo, come per esempio avviene in
un orologio a cristalli liquidi numerico nel quale la stessa
durata temporale viene misurata da una successione di
scatti.
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INFORMATICA
Segnali digitali
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INFORMATICA
analogico e digitale
• Immunità agli errori
Un segnale digitale essendo costituito da un
insieme di 0 e di 1 e’ molto robusto. Anche se
notevolmente distorto dalla presenza di
interferenze, difficilmente uno 0 verrà confuso con
un 1 e viceversa.
• Economia
In termini di spazio, tempo, potenza dissipata e
costo monetario
• Versatilità
Si presta facilmente a qualsiasi tipo di elaborazione
numerica
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INFORMATICA
Vantaggi del digitale
Un segnale analogico per poter essere elaborato da un
calcolatore deve essere convertito in un opportuno
formato digitale “Analog to Digital Conversion” (ADC)
• Campionamento
• Quantizzazione
• Codifica
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INFORMATICA
Conversione Analogico/Digitale
(ADC)
Segnale: Quantità fisica che varia nel tempo
• Analogico: tempo-continuo, valore-continuo
• Digitale: tempo-discreto, valore-discreto
La codifica digitale di un segnale continuo comporta:
• Campionamento (discretizzazione nel tempo)
• Quantizzazione (discretizzazione nel valore)
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INFORMATICA
Codifica di segnali analogici
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INFORMATICA
Esempi di segnali analogici
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INFORMATICA
Campionamento e quantizzazione
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INFORMATICA
Campionamento e quantizzazione
Le immagini sono informazioni continue in tre dimensioni:
• due spaziali e una colorimetrica.
Per codificarle occorre operare tre discretizzazioni:
• Due spaziali riducono l’immagine ad una matrice di
punti colorati, detti pixel
• La terza discretizzazione limita l’insieme di colori che
ogni pixel può assumere
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INFORMATICA
Le Immagini
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INFORMATICA
Le Immagini
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INFORMATICA
Le Immagini
• La grafica vettoriale scompone in gruppi logici di
componenti (linee,cerchi,rettangoli,ecc,..)
• Le forme vengono memorizzate in termini di coordinate
e colori dei vari elementi geometrici che le compongono
• Durante la visualizzazione, coordinate e colori vengono
utilizzati per ricreare l’immagine
• La grafica vettoriale è comunemente usata nei disegni,
disegni animati e nella grafica lineare generale (Autocad)
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INFORMATICA
Le Immagini vettoriali
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INFORMATICA
Le Immagini vettoriali
INFORMATICA
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L’automa è un sistema, che imita il comportamento
umano, in grado di “ricevere informazioni dall'esterno
(input), reagire alle stesse elaborandole (processing), e
inviare informazioni di nuovo all'esterno (output)".
Il computer è un tipo di automa composto da
componenti elettronici
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INFORMATICA
Automa
=
TRATTAMENTO
AUTOMATICO
DELLE INFORMAZIONI
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INFORMATICA
INFORMATICA
• Il computer capisce solo successioni di bit,
ognuno dei quali può essere rappresentato da 0 e 1
• I circuiti elettronici (come lo scaldabagno o la lampadina)
possono essere solo aperti o chiusi
• IL COMPUTER OPERA PER PROCESSI ELEMENTARI
• E’ in grado di riconoscere solo lo stato di alterazione
elettrica: cioè può rilevare la presenza o meno di elettricità.
Questi due stati (presenza e assenza di elettricità) vengono
simboleggiati proprio da 0 e 1
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INFORMATICA
perché il computer usa il codice binario?
Hardware (tutto ciò che e’ tangibile)
• La macchina di Von Neumann
• Le periferiche
Software (tutto ciò che non e’tangibile)
• Il sistema operativo
• I programmi applicativi
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INFORMATICA
Architettura generale del calcolatore
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INFORMATICA
Supercomputer e mainframe
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INFORMATICA
Server
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INFORMATICA
Workstation
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INFORMATICA
Desktop o Personal Computer (PC)
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INFORMATICA
Notebook o laptop computer
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INFORMATICA
Personal Digital Assistant (PDA)
o palmare
• Architettura di base dei moderni calcolatori
• Risale agli anni ’40 (1943, ENIAC - Electronic Numerical
Integrator And Computor )
• Descrive le componenti fondamentali del calcolatore ed
il loro ruolo
• Dati e istruzioni (programmi), durante l'esecuzione, sono
ospitati nella stessa unità (memoria principale)
• Un processore esegue istruzioni (programmi) che
elaborano dati introdotti attraverso dispositivi di
input/output
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INFORMATICA
La macchina di Von Neumann
INFORMATICA
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INFORMATICA
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INFORMATICA
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INFORMATICA
Dentro il PC
La scheda madre è una parte fondamentale di un moderno personal
computer:
• Raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica di interfaccia fra i vari
componenti principali e fra questi e i bus di espansione e le interfacce
verso l'esterno.
• È responsabile della trasmissione e temporizzazione corretta di molte
centinaia di segnali diversi, tutti ad alta frequenza e tutti sensibili ai
disturbi.
Per questo la sua buona realizzazione è un fattore chiave per la qualità
e l'affidabilità dell'intero computer.
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INFORMATICA
La scheda madre o Mainboard/Motherboard
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INFORMATICA
La scheda madre o Mainboard/Motherboard
La Central Processing Unit (CPU)
costituisce la parte del calcolatore
delegata all’elaborazione dei dati
Viene comunemente detta processore
E costituita da un insieme di circuiti
elettronici detti transistor
La CPU può essere suddivisa in tre parti fondamentali
• Unità Logico Aritmetica (ALU)
• Unità di Controllo
• Registri
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INFORMATICA
Il processore (CPU)
Effettua operazioni aritmetiche sui dati contenuti nei
registri
• Addizione
• Sottrazione
• Moltiplicazione
• Divisione
Effettua operazioni logiche su dati contenuti nei registri
• Comparazione
• Unione
• Intersezione
• Negazione
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INFORMATICA
ALU
• Gestisce la ALU indicandole di volta in volta il tipo di
operazione da compiere
• Gestisce il trasferimento dei dati dalla memoria
verso il processore e viceversa
• Gestisce le periferiche di input/output
• Gestisce i registri
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INFORMATICA
Unità di controllo
In linea di principio, una memoria può essere vista
come un insieme di celle o locazioni alle quali sono
associati indirizzi univoci. Ciascuna cella può contenere
una parola (sequenza di bit) con quantità fissata
Le operazioni di archiviazione e recupero di un dato
in memoria consistono nella scrittura e nella lettura
del dato in una cella di cui si specifica l’indirizzo.
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INFORMATICA
Memoria
Registri
Contengono dati, istruzioni e risultati dell'operazione correntemente
svolta dall’elaboratore
Hanno una funzione simile a quella della memoria, con le seguenti
differenze:
– Sono collegati direttamente alla CU;
– Sono di un numero nettamente inferiore rispetto alle celle di
memoria;
– La quantità di memoria all'interno di un elaboratore può essere
ampliata, mentre il numero dei registri non può essere modificato;
– Il loro indice è composto da un numero inferiore di bit (es: se
abbiamo 256 registri ci bastano 8 bit per il loro indice, mentre in una
memoria avremmo potuto avere un indirizzo di 32 bit);
Per eseguire un’operazione (addizione) su dei dati che si
trovano in memoria principale l’Unita’ di Controllo deve:
• Trasferirli dalla memoria ai registri interni
• Attivare gli opportuni circuiti nella ALU
• Predisporre i registri che dovranno contenere i
risultati
L’ALU effettua l’operazione richiesta e deposita i risultati
nei registri indicati dall’unita’ di controllo
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INFORMATICA
Componenti della CPU all’opera
Il BUS di sistema non e’ altro che un insieme di fili metallici
con il compito di trasmettere impulsi elettrici (bit) tra i vari
componenti del computer
A seconda del tipo di informazione trasportata si distinguono in
• BUS di indirizzi
• BUS di dati
• BUS di controllo
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INFORMATICA
Trasferimento dati da e verso la CPU:
Il BUS di sistema(1)
BUS di dati:
bidirezionale , trasferisce il contenuto di una
cella di memoria in un registro della cpu e
viceversa
BUS di indirizzi :
unidirezionale (dalla cpu alla memoria) e
indica la cella dove effettuare le
successive operazioni di lettura o scrittura
BUS di controllo :
bidirezionale, trasferisce all’unità stabilita
l’istruzione da eseguire e trasmette
all’unita’ di elaborazione il segnale
dell’avvenuto espletamento dell’operazione
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INFORMATICA
Trasferimento dati da e verso la CPU:
Il BUS di sistema(2)
Le operazioni della CPU devono essere sincronizzate con le
operazioni delle altre componenti che costituiscono il
calcolatore
Clock di sistema (orologio di sistema)
• determina la durata dell’intervallo di tempo necessario
per una singola operazione
• all’interno di tutti i componenti il tempo e’ scandito dallo
stesso orologio di sistema
• Il clock di sistema determina la velocità di un calcolatore
Es: un processore a 3 GHz avrà un clock di sistema che invia ai
suoi componenti un segnale temporale ogni 3 miliardesimo di
secondo. Ad ogni segnale il processore compie un’istruzione
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INFORMATICA
Sincronizzazione
La fase di codifica permette di esprimere qualsiasi
informazione (numeri, testo, immagini, ecc) come stringhe
di bit.
Es: di immagine
“000010011001100100100011001100100110010100101”
Le informazioni, una volta codificate possono essere
manipolate dai calcolatori
La memorizzazione delle informazioni e’ una fase molto
importante durante l’elaborazione
• Memorizzazione temporanea
• Memorizzazione definitiva su supporti
(dischi, nastri, memorie flash, ecc)
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INFORMATICA
Memorizzazione dati
Tempo di accesso
• È il tempo che intercorre tra l’istante in cui
all’unità di memoria giunge la richiesta di un
dato, e quello in cui tale dato viene fornito
• È possibile che il tempo di accesso in lettura
differisca da quello in scrittura
• È di solito inversamente proporzionale al costo
della memoria
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INFORMATICA
Organizzazione della memoria
In ogni calcolatore possiamo identificare essenzialmente tre
tipi di memoria:
• MEMORIA PRINCIPALE
• MEMORIA DI MASSA
• MEMORIA DI SOLA LETTURA
La memoria nei calcolatori ha il compito di rappresentare i
bit che costituiscono l’informazione attraverso qualche
dispositivo fisico
• Circuiti elettrici (condensatori)
• Particelle magnetiche
• Superfici riflettenti
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INFORMATICA
Organizzazione della memoria
• Contiene dati temporanei relativi alla elaborazione
corrente:istruzioni da eseguire, operandi, risultati, ecc.
• E’ detta anche volatile
• Spegnendo il calcolatore i dati in essa contenuti vengono
persi.
• Viene gestita direttamente dal processore e per questo il
tempo di accesso ai dati influenza significativamente le
prestazioni del computer.
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INFORMATICA
Memoria principale
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INFORMATICA
Struttura della memoria principale
REGISTRI:
• Interni all’unita’ di elaborazione (CPU)
• Contengono operandi e risultati dell'operazione
correntemente svolta dall’elaboratore
• Hanno tempi di accesso trascurabili
• Poche centinaia di byte
CACHE:
• Piccole memorie interne (o vicine) al microprocessore
• Memorizzano dati temporanei utilizzati di recente che
molto probabilmente saranno presto riutilizzati
• Tempi di accesso rapidissimi
• Inferiori a 1MB
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INFORMATICA
Elementi memoria principale
RAM (Random Access Memory)
• E’ posta sulla scheda madre e dialoga con il
microprocessore attraverso un BUS
• Più lenta della cache
• Dimensioni multiple di 8MB (128MB, 256MB, 512MB,
ecc)
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INFORMATICA
Elementi memoria principale
MEMORIA VIRTUALE
• Si trova alla base della piramide
• Generalmente e’ costituita da un file (file di swap) o uno
spazio dell'hard disk (memoria di massa ) utilizzato come
estensione ideale della memoria principale
• Può avere dimensioni superiori al GB
• Tempi di accesso sono molto superiori a quelli della RAM
• Può essere anche esterna al computer
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INFORMATICA
Elementi memoria principale
• Contiene grandi quantità di dati da memorizzare a
lungo termine
• E’ detta non volatile perché mantiene i dati
memorizzati anche spegnendo il computer
• E’ gestita dall’utente attraverso il software.
Tipici dispositivi di memoria di massa sono:
• Dischi magnetici: hard disk e floppy disk.
• Nastri magnetici: nastri di backup
• Dischi ottici o compact disk: CD, DVD
• Memorie flash: pen drive
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INFORMATICA
Memoria di massa
• Le testine di lettura e scrittura sono poste sopra e
sotto il disco
• Mentre il disco gira ogni testina descrive un cerchio
chiamato traccia
• Ogni traccia e’ suddivisa in settori all’interno dei quali
vengono memorizzati i bit
• Ciascuna traccia contiene lo stesso numero di settori
• Ogni settore contiene un numero prestabilito di bit
(512 o 1024 byte)
• I bit all’interno di un settore sono memorizzati in
modo più compatto nei settori vicini al centro del disco
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INFORMATICA
Dischi magnetici
Gli Hard-Disk sono costituiti da un insieme di dischi di
alluminio sovrapposti.
L’insieme di tracce equidistanti dall’asse di rotazione
individua un Cilindro.
La capacità dei dischi magnetici
dipende:
•Dal numero di dischi utilizzati
•Dalla densità con cui sono
disposti settori e tracce
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INFORMATICA
Dischi magnetici
Le prestazioni dei dischi vengono influenzate da:
• Velocità di posizionamento delle testine
• Velocità di rotazione del disco
• Tempo di accesso ad un settore
• Velocità di trasferimento dei dati
Caratteristiche dei dischi attuali
• Posizionamento testine = 2-5ms
• Velocità rotazione = 5000-12000 giri/min-1
• Tempo di accesso = 5-10ms
• Velocità di trasferimento = 100-200 MB/sec
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INFORMATICA
Dischi magnetici
• Sono dischi di circa 12 cm di diametro
costituiti di materiale riflettente
• Le informazioni sono memorizzate su di
una singola traccia divisa in settori
• La traccia si avvolge a spirale sul disco
partendo dal centro fino ad arrivare a
bordo esterno.
• Ogni settore contiene 2KB di dati o
1/75 di secondo di musica
• La densità di memorizzazione non
cambia per i settori esterni rispetto a
quelli interni
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INFORMATICA
Dischi ottici (Compact Disk)
Le informazioni sono memorizzate sul
rivestimento magnetico di un sottile
nastro di plastica
Il nastro e’ gestito da un sistema detto
unità a nastro magnetico che ne
permette la lettura, la scrittura e
l’avvolgimento controllati dal
computer
Il nastro e’ suddiviso in segmenti
ognuno dei quali contiene più tracce
parallele
Ogni segmento e’ contrassegnato da
una particolare simbolo di
riconoscimento (etichetta) così da
poter essere individuato
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INFORMATICA
Nastri magnetici
Sono memorie ad accesso casuale (RAM) la cui particolarità
e’ di essere non volatili
Sono leggibili e scrivibili ad altissima
velocità
Non contengono parti meccaniche
Sono leggere e silenziose
Hanno un numero di scritture finito
(10.000 cicli di scrittura !!!! ~ 10 anni !!!!)
Vengono normalmente utilizzate in molti
dispositivi elettronici come memorie di massa
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INFORMATICA
Memorie flash
• Le memorie ROM sono anche dette firmware
• Sono costituite da circuiti integrati che vengono
programmati (scritti) durante la fabbricazione
• Le informazioni contenute non solo sono non volatili ma
anche non modificabili con procedimenti “normali”
• Vengono utilizzati in diversi apparecchi elettronici (non
solo nei computer)
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INFORMATICA
Memoria di sola lettura
Read Only Memory
E’ il primo programma, residente in una ROM, che viene eseguito da un
personal Computer dopo l'accensione, ed ha tre funzioni principali:
• Eseguire una serie di test diagnostici per controllare lo stato di
funzionamento dell'hardware (POST, Power-on self-test) e segnalare
eventuali guasti rilevati tramite un codice sonoro (beep code);
• Localizzare il sistema operativo e caricarlo nella RAM;
• Fornire una interfaccia software a basso livello per l'accesso alle
periferiche e all'hardware del PC.
Attualmente i moderni sistemi operativi (Microsoft
Windows e Linux) non usano più il BIOS per le loro
operazioni di I/O ma accedono direttamente
all'hardware.
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INFORMATICA
BIOS
Basic Input-Output System
• La parola buffer in inglese significa letteralmente
“cuscinetto”
• I buffer sono generalmente delle aree di memoria
utilizzate per conservare temporaneamente i dati durante il
loro trasferimento da un dispositivo ad un altro
Tutti i dispositivi di memoria di massa offrono un buffer per
aumentare l’efficienza del trasferimento dati.
Durante la lettura di un file da un disco, il file viene
trasferito al buffer e da qui alla memoria principale
Es. le stampanti hanno un buffer dove
memorizzare il documento durante la stampa
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INFORMATICA
Il buffer per il trasferimento dei dati
Il DMA permette ad alcuni sottosistemi hardware di un computer di accedere
alla memoria di sistema in lettura e/o scrittura indipendentemente dalla CPU.
Il DMA è usato da molti sistemi hardware come controller di unità a disco,
schede grafiche e schede audio.
Il DMA è un componente essenziale di tutti i computer moderni, in quanto
permette a periferiche che lavorano a velocità diverse di comunicare senza
assoggettare la CPU a un enorme carico di interruzioni.
Esempio in un trasferimento DMA un blocco di memoria viene copiato da una
periferica a un'altra. La CPU si limita a dare avvio al trasferimento, mentre il
trasferimento vero e proprio è svolto dal controller DMA.
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INFORMATICA
Direct Memory Access
Le prestazioni grafiche e multimediali, dipendono dalla
qualità del monitor e soprattutto dalla scheda video
(o scheda grafica, o controller grafico).
L’immagine video si considera
costituita da punti (pixel); maggiore
è il numero di pixel e migliore è la
definizione dell’immagine
(risoluzione);
La risoluzione dell’immagine e il
numero di colori utilizzabili
dipendono dalla scheda video.
•
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INFORMATICA
Scheda video(1)
Il chip grafico è in grado di eseguire alcune funzioni grafiche
in modo autonomo, senza che il processore principale debba
intervenire: possono svolgere da sole una parte del lavoro di
disegno che altrimenti spetterebbe al processore.
Le operazioni più comuni da implementare in hardware sono
il tracciamento di linee, di archi e di forme geometriche
semplici (rettangoli, poligoni, cerchi, ellissi) e il bit blitting,
cioè lo spostamento da una parte all'altra dell'immagine
di blocchi di pixel
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INFORMATICA
Scheda video(2)
I pixel dell'immagine da visualizzare vengono calcolati dalla
GPU (Graphics Processing Unit), fotogramma per
fotogramma, partendo da una serie di dati geometrici
forniti dalla CPU.
Per ogni fotogramma (frame) da visualizzare in modalità 3D,
la scheda video riceve dal processore una serie di punti
geometrici (vertici) che specificano delle superfici in uno
spazio tridimensionale con l'indicazione di quali texture
applicare alle varie superfici: la GPU si occupa di calcolare, a
partire dai dati ricevuti, se la particolare superficie sia visibile
o no, e, se visibile, la sua forma in due dimensioni
(coordinate schermo); poi si occupa di applicare la (o le)
texture indicate.
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Scheda video 3D
Le periferiche esterne possono essere collegate al bus di
sistema mediante le interfacce fornite dal costruttore (nel
caso di componenti di facile integrazione), o mediante
interfacce proprietarie nel caso di componenti particolari o
non integrati nel proprio sistema (scheda madre).
Questi componenti sono detti schede di espansione e si
collegano direttamente in alloggiamenti (slot) della scheda
madre appositamente progettati.
Alcuni tipi di interfacce a "Slot":
• ISA
• EISA
• VESA
• PCI
• PCI Express
• AGP (per schede grafiche)
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Le interfacce(1)
Esistono un certo numero di interfacce generiche, adatte a
molti scopi, che in genere i costruttori hanno cura di
implementare sempre nei computer che producono, per
aumentarne la versatilità.
In genere le specifiche per queste interfacce sono standard
pubblici, stabilite da enti come
IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers
o
ISO - International Organization for Standardization .
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Le interfacce(2)
RS232 (interfaccia seriale)
Centronics (interfaccia parallela)
SHUGART (per floppy disk)
IDE (per Hard Disk)
ATA (per Hard Disk)
SCSI (Hard Disk, CD-ROM, scanner e altri)
SATA (per Hard Disk)
eSATA (per Hard Disk esterni)
IEEE 1394 o Firewire (hard disk, videocamere)
PS/2 (tastiera e mouse)
USB (bus seriale esterno,
capace di fornire alimentazione)
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Le interfacce(3)
Velocità di trasferimento
ATA 33 – 100 Mbs
SCSI 160 – 320 Mbs
SATA 300 – 600 Mbs
IEEE 1394 o Firewire 400 – 800 Mbs
USB 12 – 480 Mbs
eSata 2Gbs
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Le interfacce(4)
Le informazioni vengono memorizzate nella memoria di
massa raggruppandole in unità chiamate file
In fase di scrittura il contenuto del file viene trasferito nella
memoria di massa.
La memorizzazione del file (ad esempio su un disco fisso)
comporta la scrittura dei dati in molti settori -> un file può
occupare uno spazio molto più grande di un unico settore
Il contenuto del file viene quindi distribuito su più settori
del disco
Le informazioni scritte su ogni settore vengono dette
record fisici del file
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Memorizzazione e recupero
delle informazioni (1)
La formattazione: è il processo con cui si segnano sul
mezzo magnetico le tracce e i settori e viene creato al
suo interno un registro (FAT File Allocation Table) nel
quale viene memorizzata la posizione del file.
Il partizionamento: è l’operazione che consiste nella
creazione di volumi logici nella memoria di massa, cioè
nella divisione del disco in più parti, identificate da una
lettera di unità indipendente dalle altre.
Un disco non può essere usato se non è stato
formattato.
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Memorizzazione e recupero
delle informazioni (2)
• Velocità e potenza di calcolo della CPU
• Dimensione memoria RAM
• Tempo di accesso memoria Ram
• Capacità e velocità dei BUS
• Eventuali dispositivi acceleratori (grafici e matematici)
• Numero di applicazioni utilizzate contemporaneamente
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Fattori che influiscono sulle
prestazioni di un computer
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Come si è evoluta l’Informatica ?
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Se nei prossimi 10 anni il settore dell’auto subisse una simile evoluzione,
tra 10 anni le automobili:
• Supererebbero i 2000 Km/h
• Costerebbero meno di 500 Euro
• Consumerebbero molto meno di 1 Litro / 100 km
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Per confronto
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• Il
numero di componenti integrati su un singolo chip,
raddoppia ogni 18 Mesi (Legge di Moore)
• La frequenza operativa dei circuiti integrati, raddoppia
ogni 3 anni (Legge di Joy)
• Costo e dimensioni dei sistemi elettronici, diminuiscono
Tra 10 anni:
• Chip 100 volte più complessi
• Clock 10 volte più veloce
• Capacità di calcolo 1000 volte superiori
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Evoluzione
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RISC (RiducedInstructionSet computer)
La CPU deve essere progettata per eseguire solo un
insieme minimo di istruzioni macchina molto semplici
• CPU molto rapide
• CPU dei telefoni
• Microcontrollori
CISC (ComplexInstructionSet Computer) La CPU deve
essere in grado di eseguire molte istruzioni complesse
anche se queste sono tecnicamente ridondanti
• CPU facili da programmare
• Pentium (Intel)
• Athlon (AMD)
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Politiche di progettazione delle CPU
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Ha il compito di ricostruire un documento
partendo da un flusso di dati digitali
provenienti dal Computer
• E’ in grado di riprodurre sia testo
che immagini
• Ne esistono di vari tipi in relazione
al principio di funzionamento su cui si
basano:
• Laser
• a getto d’inchiostro
• A sublimazione
• A aghi
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La Stampante
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(Esclusi quelli con interfaccia Sata)
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