2-2010_11-SLIDE-ABINF_scipol_mp_il PC [modalità compatibilità]

ABILITA’ INFORMATICHE E
TELEMATICHE
IL Personal Computer
A.A.2010-2011
Ing.M.Paolizzi
Il PC (A.A.2010/11)
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Il Personal Computer
• Strumento ICT più diffuso e conosciuto:
quello che sta avendo finora il maggior
impatto
– sulla vita quotidiana delle persone
– sulle modalità pratiche di lavoro in ogni campo
– sull’aumento della produttività
• Il PC è un particolare tipo di elaboratore
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Sistemi di elaborazione
• Sono sistemi tecnologici finalizzati a
– Archiviare
– Elaborare
– Comunicare
in modo “automatico” dati ed informazioni
• Esistono diverse tipologie di sistemi di
elaborazione
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1
Tipologie di elaboratore
• In base alle funzioni che deve svolgere i sistemi di
elaborazione vengono distinti in base a:
– capacità e velocità di elaborazione
– capacità di memorizzazione
– altre funzioni specializzate
– costi e facilità d’uso
• Le principali classi sono le seguenti:
– Mainframe
– Server
– Network computer
– Personal Computer
– Laptop computer (notebook)
– Netbook
– Personal Digital Assistant(PDA)
– Smartphone
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Tipologie di elaboratore
• Mainframe
– grandi sistemi aziendali di elaborazione dati
– elevate prestazioni
– costi elevati
– necessità di personale altamente specializzato
• Minicomputer
– prestazioni e costi contenuti
– utilizzati nelle piccole aziende
– necessità di personale meno specializzato
• Network computer
– prestazioni e costi contenuti
– specializzati per essere interconnessi a computer di maggiore
capacità (Server)
– sprovvisti di risorse proprie
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Tipologie di elaboratore
• Personal computer
– utilizzabili da un solo utente alla volta (personal)
– prestazioni e costi contenuti
– capacità elaborative autonome
– espandibilità
• Laptop computer
– personal computer trasportabili
– ingombro ridotto
– alimentazione autonoma
• Palmare (PDA)
– sistema di dimensioni contenuti
– dotato di touchscreen
– dotato di connessioni wireless
– sempre più evoluto
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Tipologie di elaboratore
• Netbook
– Poco ingombrante e leggero
– Ricco di interfacce per la connettività
– capacità elaborative limitate
– Poco espandibile
• MIB (Mobile Internet Device)
– dimensione molto ridotta
– facilità d’uso
– ridotta capacità elaborativa
• Smartphone
– dimensioni molto contenute
– dotato di varie connessioni wireless
– Sempre più evoluto
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Scopo del PC
• 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 (in qualsiasi forma) si dice
output;
• La fase di elaborazione dei dati viene definita processing,
mentre la memorizzazione a lungo termine dei dati di input
o dei risultati intermedi o finali, è detta storage:
• Esso è destinato a un utilizzo general purpose da parte di un
utente generico (fa tutto ma nulla particolarmente bene);
• Tipici impieghi includono l’accesso a Internet, l’invio e la
ricezione di posta elettronica, l’utilizzo di programmi di
video scrittura, l’ascolto di musica, l’esecuzione di
programmi educativi o di intrattenimento (giochi), etc.
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Architettura del PC
• Architettura: organizzazione dei componenti
e delle modalità con cui interagiscono;
• L’attuale architettura è riconducibile al
Modello di Von Neumann (1940);
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Architettura del PC
• Un elaboratore è composto da 4
componenti principali:
– il Processore
– ia memoria
– interfacce di Ingresso
– interfacce di Uscita
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Architettura del PC
• I componenti architetturali del PC possono
essere classificati in base a due categorie:
– HARDWARE (HW)
– SOFTWARE (SW)
• In realtà esistono altre due categorie:
– Firmware (FW)
– Middleware (MW)
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Hardware
Insieme delle parti fisiche del calcolatore
• Scheda madre
• Memoria
• Alimentatore
• Schede di rete
• Hard disk
• Schede di espansione
• Monitor
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Funzione dell’HW
• Progettato per svolgere compiti semplici in
modo
– Rapido
– Accurato
– Ripetibile
• La singola attività NON è interessante: le
operazioni utili agli utenti consistono in un
insieme ordinato e coordinato di operazioni
elementari
• Sussiste la necessità di coordinare le attività
HW: occorre una unità di elaborazione
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Software
• Insieme di procedure codificate
che prescrivono la esecuzione
ordinata e coordinata di grandi
quantità di operazioni elementari
per realizzare compiti di
interesse applicativo significativo
• Sono i cosiddetti Programmi
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HW+SW
• HW e SW sono utili solo se lavorano
assieme:
– HW senza SW: capacità di eseguire compiti ad
un basso livello di astrazione (scarsa utilità
pratica)
– SW senza HW:prescrizioni strutturate di
compiti complessi privi di una macchina che
possa comprenderli ed eseguirli
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Tipi di Software
• Software di base (Sistema Operativo)
– Gestisce l’intero sistema
– Fornisce all’utente le funzionalità del sistema
(accesso ai dischi, uso delle periferiche, etc.)
• Programmi applicativi
– Svolgono specifiche funzioni
– Scrittura testi, invio email, navigazione su
Internet, etc.
• Device Driver
– SW di basso livello
– Consentono al S.O. di utilizzare le periferiche
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HW+SW
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Firmware
• Si tratta di codice memorizzato su
memorie a stato solido
• codice necessario per operazioni di base
da eseguire prima del caricamento del
sistema operativo (BIOS)
• Codice per il controllo di dispositivi di
basso livello e/o apparati
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Middleware
• Strato software che stabilisce la
comunicazione tra altri due livelli software
• Deve il nome al fatto che si trova nel
mezzo di altri due livelli applicativi
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La scheda madre - 1
• Fornisce supporto funzionale e
meccanico
• Ospita i componenti principali
• Contiene alloggiamenti per
componenti aggiuntivi
• Coordina il flusso delle informazioni
• Mette a disposizione i collegamenti a
periferiche e componenti
• E’ caratterizzante per il PC
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La scheda madre-2
• È la spina dorsale
del PC
• Ospita:
– Cpu
– Chipset
– Cache
– Memoria
– bus
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Motherboard
porte
Slot PCI
Express
Slot PCI
microprocessore
Chipset Southbridge
Chipset Northbridge
RAM
P-ATA /S-ATA
Alimentazione
ATX
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Motherboard last generation
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CPU
• Central Processing Unit: dispositivo che
– esegue calcoli
– prende decisioni
– esegue i programmi
• Caratterizzato da
– velocità di funzionamento (GHz)
– piedinatura
– logica di funzionamento (architettura)
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Memoria
• Memoria di lavoro (RAM)
– Volatile
– Contiene i programmi in esecuzione ed i
dati su cui si sta operando
– Alta velocità
– Bassa capacità
• Memoria di massa
– Non volatile
– Contiene dati archiviati
– Bassa velocità
– Alta capacità
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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 numeri binari ;
• L’unità base che può essere memorizzata è il BIT
(BInary Digit);
• Il Bit può assumere solo due valori: 0 e 1
corrispondenti ad una lampadina spenta o accesa;
• Dati e programmi sono memorizzati in unità
minime chiamate Byte
• Un byte è costituito da 8 bit, una sequenza di 8
cifre binarie
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Bit e Byte
0 1 1
0 0
0 1 0
Il significato della stringa di bit dipende dalla codifica
se letto come testo, è la lettera b
se letto come numero, è il valore 98
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Rappresentazione binaria
• La singola cifra binaria è detta bit (0 o 1)
• Il bit rappresenta due stati
– Come una lampadina: accesa (1) o spenta (0)
– Come un interruttore chiuso o aperto
• Combinazioni di bit in sequenze di
lunghezza opportuna (sempre multipli di
due) rappresentano i dati;
• Il byte è una sequenza di 8 bit
• Alle combinazioni dei bit può essere
attribuito un significato adottando una
opportuna codifica;
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Codifica ASCII
• American Standard Code for Information
Interchange
• Associa ad ogni byte un carattere
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Codifica ASCII - ESEMPIO
• La parola “casa” viene codificata nel modo
seguente:
– c -> 01100011
– a -> 01100001
– s -> 01110011
– a -> 01100001
• Come memorizzare questo dato nel
calcolatore?
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Struttura della memoria
• La memoria è organizzata in celle
• Ciascuna cella è univocamente
contraddistinta da un indirizzo
• Per semplicità possiamo supporre che ogni
cella contenga un byte
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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
220 (> 1 milione)
gigabyte
GB
230 (> 1 miliardo)
terabyte
TB
240 (> 1000 miliardi)
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Gerarchia di memoria
• Per ragioni di costo ed efficienza la memoria di un
elaboratore è:
– distribuita su dispositivi hardware diversi
– Tali dispositivi nel loro insieme costituiscono il sistema
memoria dell'elaboratore, più comunemente chiamato
gerarchia di memoria
• Ai livelli più alti di questa gerarchia sono presenti
le memorie più veloci, e quindi più costose;
• Ai livelli bassi sono presenti le memorie più
economiche ma anche più lente;
• La velocità di una memoria è misurata in base al
tempo di accesso speso dal microprocessore
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Livelli della gerarchia di memoria
• I registri
• La cache (di primo, secondo e terzo livello)
• La memoria centrale
• La memoria di massa
• Esempio:
– 32 registri, 512 Kbyte di cache, 512-1024 MB di
memoria centrale e un disco di 160 GB
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La memoria - 4
• I livelli più alti sono più vicini al
processore
– registri
– memoria cache (L1, L2, L3)
• Il livello intermedio è la memoria
centrale
– 512-1024-2048 MB, su chip separati
• I livelli bassi sono fisicamente lontani
– dischi, nastri, DVD-ROM
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Memorie volatili e non
• Esistono due categorie di memoria:
– le memorie volatili
– le memorie non volatili
• Le memorie volatili perdono il loro contenuto
quando viene loro a mancare l'alimentazione
elettrica;
– Es. RAM
• Le memorie non volatili mantengono
l'informazione registrata anche in assenza di
alimentazione elettrica
– Es.ROM,FLASH,HDD
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Utilizzo della memoria
• Ad elaboratore spento tutte le
informazioni risiedono sulla memoria di
massa (disco rigido);
• All'accensione del PC, le informazioni
necessarie al funzionamento vengono
trasferite dal disco alla memoria centrale;
• Successivamente dati ed informazioni
vengono trasferiti sino ai livelli più alti
della gerarchia di memoria in funzione del
loro utilizzo.
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Le memorie volatili
• genericamente indicate con il termine RAM
(Random Access Memory)
– i registri della CPU, le cache e la memoria
centrale;
– sono utilizzate per la loro velocità;
– costituiscono una memoria di lavoro nel senso
che contengono i dati e i programmi di uso
corrente;
– Sono realizzate con tecnologie a
semiconduttore
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Memorie non volatili
• Sono memorie più lente e capienti delle
memorie volatili;
• Vengono utilizzate per la archiviazione di
dati e programmi;
• Possono essere realizzati con varie
tecnologie:
– Magnetica (Hard Disk – HDD)
– Ottica (CD, DVD)
– A semiconduttore (Memory card, SSD)
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Hard disk
• È la più diffusa memoria di massa
• Realizzata in tecnologia magnetica a piatti
rotanti
• Ogni disco è suddiviso in tracce
• Ogni traccia è ripartita in settori
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Organizzazione dell’Hard disk
• Per poter accedere ai dati i dischi devono essere
preparati tramite la operazione di formattazione;
• Sebbene la formattazione di un disco comporti la
perdita di tutti i dati, non è questo il fine precipuo
della operazione;
• La formattazione è quella operazione con la quale
si predispone il supporto alla memorizzazione dei
dati;
• La formattazione crea la struttura dati del file
system (in pratica la superficie viene suddivisa in
tracce e settori).
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Dispositivi ottici
• Lettori
• Masterizzatori
• Supporti: CD-R, CD-RW, DVD+R, DVD-R,
etc.
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Il disco ottico
• Ha un diametro di 12 cm non subisce
• interferenze di campi magnetici
• è meno sensibile al calore
• è sensibile alla luce solare
• non si smagnetizza nel tempo
• è soggetto a graffiature
• garantisce la preservazione dei dati (se
custodito in modo ottimale) per circa 20
anni
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Il CD-ROM
•
Il supporto ottico commerciale si compone di
quattro strati:
– una laccatura ove si può porre l'etichetta
– uno strato acrilico di interposizione
– una lamina di alluminio riflettente
– Uno strato di plastica trasparente
(policarbonato) con funzioni protettive
•
l'informazione viene codificata incidendo
sullo strato di alluminio dei microscopici
solchi detti Pit, la cui dimensione varia a
seconda del tipo di supporto ottico
•
l laser del lettore CD/DVD passando sulla
superficie del supporto ottico incontra una
sequenza di Pit sui quali la sua luce viene
dispersa mentre sulle parti immodificate,
dette Land, essa viene riflessa tornando
indietro.
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I dispositivi di I/O
• Rappresentano l’interfaccia del calcolatore
verso il mondo esterno
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Dispositivi di I/O
• Sono dispositivi eterogenei che si collegano
al PC e consentono la interazione tra uomo
e macchina;
• I dispositivi di INPUT consentono all’utente
di inserire comandi e dati:
– Es. Tastiera, Mouse, Microfono
• I dispositivi di OUTPUT consentono
all’utente di visualizzare i risultati di una
elaborazione:
– Es. monitor, stampante, diffusori audio
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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
• Esempi: mouse, tastiera, scanner,
microfono;
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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
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La tastiera
• La sua funzione è quella di trasferire al
calcolatore i caratteri testuali digitati
dall’utente;
• Esistono diverse tipologie di tastiera in
base alla disposizione dei tasti;
– In particolare, la disposizione dei caratteri
dell’alfabeto e dei numeri è spesso uguale
mentre cambia la disposizione dei caratteri
speciali (es |, *, @,…)..
• Oltre ai tasti associati ai caratteri
alfanumerici più comuni sono presenti
sulla tastiera anche altri tasti (tasti
funzione) utili per attivare alcune
funzionalità offerte dai S.O.
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Dispositivi di acquisizione
• I dispositivi di acquisizione svolgono la funzione di trasferire
in formato digitale informazioni analogiche di vario tipi
(cartaceo, immagini, audio, video, etc.)
• I principali dispositivi sono:
– Gli scanner: per l’acquisizione di informazioni su carta
– Le fotocamere o le videocamere digitali
– Le schede di acquisizione video (per la digitalizzazione di fonti
video analogiche)
– Le schede di acquisizione audio (per la digitalizzazione di fonti
audio analogiche)
• Ogni dispositivo di acquisizione si caratterizza:
– Per la velocità di acquisizione
– Per il livello di dettaglio che possiede nella digitalizzazione
di una sorgente analogica (es. i DPI degli scanner , i
MegaPixel delle fotocamere, etc.)
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Dispositivi di Output
• Monitor
– Crt
– Lcd
• Stampante
– Inkjet
– Laserjet
–…
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Il monitor
• Il monitor è il dispositivo di output che visualizza le
immagini generate dal PC;
• Si tratta di un dispositivo “stupido” in quanto non
è in grado di produrre alcun tipo di elaborazione:
esso si limita a presentare quanto inviato
dall’adattatore video;
• Attualmente esistono due principali tecnologie di
visualizzazione:
– CRT (Cathode Ray Tube – tubo catodico)
– LCD (Liquid Crystal Display – display a cristalli liquidi)
• Le principali differenze tra le due citate tecnologie
sono le dimensioni e la qualità della immagine
(profondità di colore, brillantezza, risoluzione);
– In particolare, il principale svantaggio di un monitor CRT è
dato da peso e ingombro, entrambi proporzionali alla
dimensione dello schermo.
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Il monitor
• La dimensione fisica di un monitor (es. 17“,
19’’, etc.) si misura diagonalmente, come
per la TV;
• Un monitor ha una risoluzione, che indica il
numero di picture elements, detti pixels, che
può visualizzare (es: 1280 x 1024);
• Una risoluzione alta (più pixels) fornisce
immagini più chiare;
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Dispositivi di stampa
• I dispositivi di stampa svolgono la funzione di trasferire su
supporto cartaceo le informazioni digitali (es. documenti di
testo, immagini)
• I principali dispositivi sono:
– Le stampanti : sono i dispositivi che stampano sui
formati A4, A3
– I plotter: sono dispositivi che stampano su formati più
grandi (es. A0) e sono in genere impiegati per il CAD o
per le stampe grafiche
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Dispositivi di stampa
• I dispositivi di stampa si distinguono per:
– Il metodo di stampa (es. a inchiostro o laser);
– La velocità di stampa in bianco e nero o a colori
(quest’ultima non sempre possibile);
– Per la tecnologia di collegamento al computer: diretto
via porta parallela (o LPT) o via USB, via bluetooth o via
collegamento di rete;
• I dispositivi di stampa possono essere:
– Collegati ad un solo PC: sono al servizio esclusivo del PC
– Collegati ad un solo PC ma condivisi: sono al servizio di
più PC ma in maniera vincolata
– Dispositivi di rete: al servizio indipendente di più PC
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Adattatore video
• Mantiene la rappresentazione interna delle
immagini da visualizzare su schermo;
• Genera i segnali elettrici che pilotano il
monitor;
• Scheda esterna o integrata;
• Caratteristiche:
– Tipo e velocità del processore interno
– Quantità e velocità della memoria dedicata
– Larghezza di banda del bus su cui si attesta
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Adattatore video
• Le schede video di fascia bassa
– Sono prive di memoria video dedicata
– Utilizzano parte della memoria di sistema
(shared memory)
– Consumano parte delle risorse disponibili per
le applicazioni
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Scheda Audio
• Consente di gestire i flussi audio da
(casse) e verso (microfono) il PC
• Scheda esterna o integrata
Uscita cuffia (verde)
Ingresso microfono
(rosso)
Porta joystick
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L’alimentatore
•
Fornisce l’energia necessaria
al funzionamento del PC
–
Esegue la conversione della tensione dai 220 V
alternati della rete elettrica alle tensioni
richieste dalla scheda madre e dalle periferiche
(+5,-5,+12,-12,+3,3)
–
Provvede alla rettificazione da corrente
alternata a corrente continua
–
Opera il filtraggio per ridurre al minimo
l'ondulazione e il rumore sulle tensioni di uscita
–
Provvede alla regolazione, per fornire tensioni
di uscita stabili, entro le tolleranze previste, e
indipendenti dalle variazioni di tensione di linea
e di corrente assorbita
–
Garantisce l'isolamento elettrico tra la rete
elettrica e le uscite a corrente continua
– Parametro importante è la
EFFICIENZA
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UPS
• Uninterruptibile Power Supply
• Nessuna linea di distribuzione di energia è esente
da disturbi:
• Sovratensioni e transitori
– Possono provocare danni HW
• Sottotensioni e blackout
– Possono causare la perdita di dati
• ha due funzioni:
– Garantisce una fonte di alimentazione secondaria in caso
di blackout
– Corregge le anomalie nell’alimentazione e protegge il
sistema dai picchi di tensione.
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Il case
• Il Case (o Chassis o Cabinet) è l’involucro rigido in
plastica o metallo che ospita l’HW;
• Si distingue in base al fattore di forma:
– Tower (mini, mid, etc.): sviluppo verticale
Vani
5,25’’
Vani
3,5’’
– Desktop: sviluppo orizzontale
• Il case è importante perché impatta su:
– Espandibilità
– Raffreddamento
led
on/off
• Tipicamente l’ingombro è direttamente
proporzionale alla espandibilità;
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PC Desktop ESEMPI (2008)
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PC Desktop ESEMPI (2009)
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Notebook ESEMPIO (2009)
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Monitor Esempi (2008)
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Monitor – ESEMPI (2009)
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Apple
• Non sono PC
– Architettura differente
– Sistema operativo MacOs
– Nel tempo si è avuta una forte convergenza
• Sono contraddistinti da
– Design
– Prestazioni grafiche
– Versatilità di S.O.
• Mercato prevalentemente di nicchia
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Apple
• Sono caratterizzati da:
– Design elegantissimo;
– Interfacce utente curatissime ed altamente usabili;
– Semplicità d’uso e bassi requisiti utente;
– Specifica integrazione tra hw e sw
– Crescente share di mercato
Ottobre 2010
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C’era una volta….il 1992
–Intel 386 DX
–4 MB di RAM
–64 KB di Cache
–HDD 130 MB
– S.O. DR DOS
–Intel 386 SX
–2 MB di RAM
–HDD 40 MB
– S.O. MS DOS
– 3.226.000 lire
– 3.435.000 lire
Ing.M.Paolizzi
Il PC (A.A.2010/11)
69
23
FINE
Ing.M.Paolizzi
Il PC (A.A.2009/10)
70
24