ABILITA’ INFORMATICHE E TELEMATICHE IL Personal Computer A.A.2010-2011 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 1 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 2 Sistemi di elaborazione • Sono sistemi tecnologici finalizzati a – Archiviare – Elaborare – Comunicare in modo “automatico” dati ed informazioni • Esistono diverse tipologie di sistemi di elaborazione Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 3 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 4 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 5 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 6 2 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 7 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. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 8 Architettura del PC • Architettura: organizzazione dei componenti e delle modalità con cui interagiscono; • L’attuale architettura è riconducibile al Modello di Von Neumann (1940); Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 9 3 Architettura del PC • Un elaboratore è composto da 4 componenti principali: – il Processore – ia memoria – interfacce di Ingresso – interfacce di Uscita Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2009/10) 10 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) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 11 Hardware Insieme delle parti fisiche del calcolatore • Scheda madre • Memoria • Alimentatore • Schede di rete • Hard disk • Schede di espansione • Monitor Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 12 4 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 13 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 14 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 15 5 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 16 HW+SW Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 17 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 18 6 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 19 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 20 La scheda madre-2 • È la spina dorsale del PC • Ospita: – Cpu – Chipset – Cache – Memoria – bus Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 21 7 Motherboard porte Slot PCI Express Slot PCI microprocessore Chipset Southbridge Chipset Northbridge RAM P-ATA /S-ATA Alimentazione ATX Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 22 Motherboard last generation Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 23 CPU • Central Processing Unit: dispositivo che – esegue calcoli – prende decisioni – esegue i programmi • Caratterizzato da – velocità di funzionamento (GHz) – piedinatura – logica di funzionamento (architettura) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 24 8 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 25 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 26 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 27 9 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; Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 28 Codifica ASCII • American Standard Code for Information Interchange • Associa ad ogni byte un carattere Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 29 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? Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 30 10 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 31 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) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 32 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 33 11 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 34 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 35 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 36 12 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. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 37 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 38 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) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 39 13 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 40 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). Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 41 Dispositivi ottici • Lettori • Masterizzatori • Supporti: CD-R, CD-RW, DVD+R, DVD-R, etc. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 42 14 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 43 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. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 44 I dispositivi di I/O • Rappresentano l’interfaccia del calcolatore verso il mondo esterno Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 45 15 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 46 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; Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 47 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 48 16 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. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 49 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.) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 50 Dispositivi di Output • Monitor – Crt – Lcd • Stampante – Inkjet – Laserjet –… Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 51 17 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. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 52 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; Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 53 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 54 18 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 55 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 56 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 57 19 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 58 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 59 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. Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 60 20 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; Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 61 PC Desktop ESEMPI (2008) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 62 PC Desktop ESEMPI (2009) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 63 21 Notebook ESEMPIO (2009) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 64 Monitor Esempi (2008) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 65 Monitor – ESEMPI (2009) Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 66 22 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 67 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 Ing.M.Paolizzi Il PC (A.A.2010/11) 68 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