Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni. Sistemi di Elaborazione delle Informazioni. Testi. Altre informazioni

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1 Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Marco Falda Dipartimento di Ingegneria dell Informazione tel Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Rappresentazione delle Informazioni testi, numeri, immagini, suoni Strumenti per elaborarle: calcolatori elettronici architettura fisica, logica e di rete cenni alla programmazione 2 / 45 Testi Altre informazioni Diapositive sul sito Consigliati L. Console, M. Ribaudo, U. Avalle: Introduzione all Informatica nuova edizione, UTET, J. Glenn Brookshear: Informatica una panoramica generale, 9 a edizione. Pearson, Esame: circa 30 domande a risposta multipla Ricevimento: su appuntamento 3 / 45 4 / 45

2 Programma Sovraccarico di informazioni Concetti di Base 1. Architettura 2. Sistemi Operativi 3. Reti di Calcolatori Stiamo producendo l equivalente di milioni di MB di dati per ogni abitante della Terra Più del 90% dei dati sono conservati sotto forma digitale sui computer, per risparmiare spazi e risorse rispetto la carta il video e pellicole 4. Codifica dell Informazione 5. Algoritmi, Linguaggi e Programmi 5 / 45 6 / 45 Sovraccarico di informazioni Interazione tra uomini e calcolatori Purtroppo non ci sono ancora strumenti completi per accedere a tutta la informazione disponibile Le informazioni non indicizzate ammontano a più di 500 miliardi di documenti già presenti in Rete, mentre la parte indicizzata è di circa 5 miliardi di documenti con uno sviluppo di milioni di nuove pagine al giorno 7 / 45 8 / 45

3 Compiti dell Informatica Medica [N. Lorenzi] Compiti dell Informatica Medica [N. Lorenzi] Produrre strutture per rappresentare dati e conoscenze visualizzare relazioni complesse Sviluppare metodologie per l acquisizione e la presentazione dei dati evitare il sovraccarico per l utilizzatore Gestire il cambiamento tra le persone, i processi e la tecnologia dell informazione ottimizzare l utilizzo delle informazioni Integrare le informazioni da diverse sorgenti in applicazioni permettere la massima efficacia di utilizzo 9 / / 45 Settori di applicazione Applicazioni avanzate Information Technology amministrazione (appuntamenti, contabilità) applicazioni specialistiche (patologie, farmaci) gestione degli esami medici (digitalizzazione, refertazione assistita) Nell ambito dell Intelligenza Artificiale diagnosi e terapie basate su protocolli sistemi esperti per il supporto decisionale apprendimento automatico Telemedicina (telecardiologia, teleradiologia,...) Trattamento elettronico delle informazioni scientifiche e della letteratura Esempi di utilizzo dell apprendimento automatico monitoraggio della farmacoterapia interpretazione di immagini neuroradiologiche 11 / / 45

4 Informazione e Informatica Concetti di Base Il termine deriva dal Francese Information automatique Il suo principale obiettivo è l elaborazione dell informazione in maniera automatica. l informazione è l insieme dei dati forniti dall ambiente in forma comprensibile e relativi ad un particolare contesto 14 / 45 Una definizione di Informatica Strutture Informative di base il bit L Informatica è la scienza che si occupa della rappresentazione e dell elaborazione dell informazione importanza dei modelli di rappresentazione (permettono l automazione) Etimologia: binary digit = cifra binaria È l unità elementare di informazione (0 o 1) alla base anche della codifica fisica È limitativo ridurre l Informatica a mera tecnologia 15 / / 45

5 Strutture Informative di base il byte Una sequenza di 8 bit si definisce byte Si usano spesso i multipli (di potenze di 2) Architettura di un Calcolatore 2 10 Kilo K 2 20 Mega M 2 30 Giga G 2 40 Tera T 17 / 45 Hardware e Software Breve storia del Calcolatore Hardware: insieme dei dispositivi fisici che costituiscono un calcolatore Software: insieme dei programmi utilizzati per determinarne le operazioni L idea di utilizzare dispositivi meccanici per effettuare in modo automatico computazioni risale al 600 (Pascal, Leibniz) Negli anni 30 vengono realizzate le prima macchine elettromeccaniche di grandi dimensioni (Zuse in Germania, Mark 1 ad Harvard) Nel 1946 viene presentato all Università della Pennsylvania l ENIAC: il primo elaboratore elettronico digitale a valvole termoioniche (180 mq valvole 30 tonnellate 300 molt x sec) 19 / / 45

6 Macchina di von Neumann L Unità Centrale di Elaborazione (CPU) Ideata negli anni 40, è alla base dei moderni calcolatori Tre componenti: CPU, memoria, periferiche; poste in comunicazione dal bus Sia i dati sia i programmi sono posti nella memoria Limiti: operazioni sequenziali processori aggiuntivi, gerarchie di memorie bus Controlla i programmi ed esegue le istruzioni Control Unit (CU) Unità Logico-Aritmetica (ALU) registri clock ALU ALU Registri Registri Dati in ingresso (input o mem. centrale) CU CU Operazioni da eseguire (programma) CPU CPU Memoria Memoria Periferiche Periferiche 21 / 45 Dati in uscita (risultati) 22 / 45 La struttura di un processore Il ciclo Fetch Decode Execute È formato da milioni di transistor (165 nel Cell) racchiusi in uno o più circuiti integrati detti chip Sono scritti sul silicio tramite fotolitografia (90nm nel Cell) Sono racchiusi in un package e comunicano tramite piedini (o pin) 23 / Fetch di un istruzione 2. Decodifica dell istruzione 3. Fetch dei dati 4. Esecuzione dell istruzione 5. Restituzione del risultato 24 / 45

7 Il ciclo Fetch Decode Execute CISC / RISC ADD R i 25 R j 50 CPU R k 75 PC 1500 IR ADD / 45 Complex Instruction Set Computer numerose istruzioni, complicate programmazione più semplice tempo di esecuzione maggiore e.g.: Motorola 6800, Intel 80x86, Intel Pentium Reduced Instruction Set Computer poche e semplici istruzioni programmazione più complicata pochi cicli di clock per eseguirle e.g.: IBM PowerPC, Sun SPARC 26 / 45 La Memoria Principale (o centrale) La memoria RAM Memoria ad accesso diretto e molto veloce; usata per memorizzare i programmi da eseguire e i relativi dati Tipologie ROM (sola lettura) RAM (lettura e scrittura) È una memoria volatile da cui la necessità della ROM Memoria ad accesso casuale (quindi non sequenziale) Organizzata in celle identificate da un indirizzo / / 45

8 La memoria ROM Conserva i dati e i programmi in essa memorizzati anche quando il computer viene spento: memoria non volatile Contiene i programmi necessari all avvio del computer, programmi che devono essere sempre disponibili La Memoria Secondaria (o di massa) È una memoria di supporto per memorizzare dati e programmi permanentemente è più capiente della RAM (meno costosa ma più lenta) Non è direttamente accessibile al processore sempre attraverso la RAM 29 / / 45 Tipologie di Memoria Secondaria I dischi fissi Classificabili in base alla tecnologia magnetiche: disco fisso (, floppy disk) Sono costituiti da più piatti coassiali magnetizzati rpm ottiche: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW stato solido: penne USB Hanno interfacce standard EIDE, SCSI, / / 45

9 I supporti ottici Memory cards Tecnologia ottica (laser) possono essere riscritti meno più lenti dei dischi fissi (1x = 1,4 Mbps) Evoluzioni CD: 700MB DVD: 9GB Blue-Ray: 25 GB 33 / 45 Nascono nell ambito della fotografia digitale molti formati: SD, Memory Stick, SmartMedia,... Si basano tutte su una memoria Flash (EPROM) sono state provviste di una porta USB la loro capienza supera il GB, velocità di 15 MBs 34 / 45 La memoria cache La gerarchia di memorie È una memoria temporanea intermedia tra registri e RAM Può essere interna al processore o esterna vari livelli: L1, L2,... Aiuta ad aumentare la velocità di accesso ai dati Capacità crescente Registri Cache RAM HD CD, DVD Velocità e costi crescenti località spaziale e temporale 35 / 45 Nastri 36 / 45

10 Le Periferiche Interfacce di ingresso (input( input) Servono a fornire i dati da elaborare al computer e per ottenere da esso i risultati Sono asincrone rispetto al processore non si può prevedere quando termineranno l elaborazione Per sincronizzarle si usano gli interrupt tastiera: inserimento di caratteri e comandi mouse, trackball: specifica della posizione scanner, fotocamere: acquisizione di immagini microfono: acquisizione di suoni modem: collegamento alla rete 37 / / 45 Interfacce di uscita (output( output) Lo schermo schermo: visualizzazione stampante, plotter: trasferimento su carta Due principali tipologie modem: collegamento alla rete a tubo catodico (CRT) casse acustiche: riproduzione di suoni macchine a controllo numerico: manufatti a cristalli liquidi (LCD) 39 / / 45

11 Lo schermo Le stampanti Parametri principali diagonale (in pollici, 2.54 cm) risoluzione (es x 768) profondità di colore (in bit) frequenza (almeno 85Hz nei CRT, fissa negli LCD) Tecnologie più comuni getto d inchiostro laser sublimazione 41 / / 45 I bus Per costruire un PC Sono linee di collegamento tra la CPU, la memoria centrale (bus interni) e le periferiche (bus esterni) Trasportano indirizzi, dati o segnali di controllo possono essere usati direttamente dalle periferiche, se liberi, dai controller (DMA) collo di bottiglia dell architettura di von Neumann 43 / 45 Processore: CPU, GPU Memoria principale: RAM Memoria secondaria: disco fisso Periferiche: ingresso - tastiera, mouse uscita monitor, scheda audio, stampante Scheda Madre: ROM, bus,... Dispositivi per la connessione ad Internet 44 / 45

12 Tipologie di Calcolatori PDA (Personal Digital Assistant) Portatili Personal Computer (PC) Network Computer Workstation Mainframe Supercomputer 45 / 45