Hardware - Altervista
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Università degli Studi di Catania FACOLTA‘ DI MEDICINA E CHIRURGIA Elementi di Informatica Anno accademico: 2008/2009 Docente: Dr. Angelo Nicolosi [email protected] • 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 [email protected] INFORMATICA Organizzazione del corso •Slides •Libri di testo: Giuseppe Chiavola ECDL Guida all’esame della patente del computer Petrini Editore Syllabus 4.0 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 [email protected] INFORMATICA Argomenti del corso • GESTIONE • RICERCA E DIFFUSIONE E CONSERVAZIONE • PRODUZIONE CREATIVA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA informatica oggi • Memorizzazione, codifica e archiviazione di TESTI • Digitalizzazione e archiviazione di IMMAGINI • Realizzazione di contenuti MULTIMEDIALI • Scambio di informazioni attraverso la RETE Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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” Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Codifica del testo 000 = a 001 = b 010 = c 011 = d 100 = e 101 = f 110 = g 111 = h Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Esempi di codifica ASCII estesa INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Unicode Byte = 8 bit Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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; Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Segnali digitali Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Codifica di segnali analogici Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Esempi di segnali analogici Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Campionamento e quantizzazione Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Le Immagini Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Le Immagini Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Le Immagini vettoriali Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Le Immagini vettoriali INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Automa = TRATTAMENTO AUTOMATICO DELLE INFORMAZIONI Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Architettura generale del calcolatore Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Supercomputer e mainframe Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Server Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Workstation Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Desktop o Personal Computer (PC) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Notebook o laptop computer Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA La macchina di Von Neumann INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA La scheda madre o Mainboard/Motherboard Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Memoria principale Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. • Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 • Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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. • Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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 . Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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. Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Fattori che influiscono sulle prestazioni di un computer Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Come si è evoluta l’Informatica ? Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Come si è evoluta l’Informatica ? INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Come si è evoluta l’Informatica ? INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Per confronto INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] • 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Evoluzione INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Politiche di progettazione delle CPU INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] 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 Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA La Stampante INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA (Esclusi quelli con interfaccia Sata) Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected] INFORMATICA Dr. Angelo Nicolosi [email protected]
