ABILITA INFORMATICHE E TELEMATICHE. Il Personal Computer. Sistemi di elaborazione elettronici. IL Personal Computer A.A

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1 ABILITA INFORMATICHE E TELEMATICHE IL Personal Computer A.A 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 elettronico. Il PC (A.A.2010/11) 2 Sistemi di elaborazione elettronici Sono sistemi tecnologici finalizzati a: Archiviare Elaborare Comunicare in modo automatico dati ed informazioni Esistono diverse tipologie di sistemi di elaborazione. Il PC (A.A.2010/11) 3 1

2 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: Server Personal Computer Notebook Netbook Ultrabook Tablet Smartphone Mainframe 4 Tipologie di elaboratore Mainframe grandi sistemi aziendali di elaborazione dati elevate prestazioni costi elevati necessità di personale altamente specializzato Server Piuttosto costosi Pensati per un uso intensivo da parte di una moltitudine di utenti Richiedono personale specializzato 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 Notebook personal computer trasportabili ingombro ridotto alimentazione autonoma Tablet dotato di touchscreen dotato di connessioni wireless sempre più evoluto Il PC (A.A.2010/11) 6 2

3 Tipologie di elaboratore Netbook Poco ingombrante e leggero Ricco di interfacce per la connettività capacità elaborative limitate Poco espandibile Ultrabook Spessore ridotto (< 21mm per schermo da 14 ) Ampia autonomia (5-8 h) Avvio rapido Potenza di calcolo Smartphone dimensioni molto contenute dotato di varie connessioni wireless Sempre più evoluto 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. 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); 9 3

4 Architettura del PC Un elaboratore è composto da 4 componenti principali: 1. il Processore 2. le memorie 3. interfacce di Ingresso 4. interfacce di Uscita 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) 11 Hardware Insieme delle parti fisiche del calcolatore Scheda madre Memoria Alimentatore Schede di rete Hard disk Schede di espansione Monitor 12 4

5 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. 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 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 15 5

6 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 , navigazione su Internet, etc. Device Driver SW di basso livello Consentono al S.O. di utilizzare le periferiche 16 HW+SW 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 18 6

7 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. 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. 20 La scheda madre-2 È la spina dorsale del PC Ospita: Cpu Chipset Cache Memoria bus 21 7

8 Motherboard (2006) porte Slot PCI Express Slot PCI Chipset - Southbridge microprocessore Chipset - Northbridge RAM P-ATA /S-ATA Alimentazione ATX 22 Motherboard (2009) 23 Motherboard (2011) 24 8

9 CPU Central Processing Unit: dispositivo che: esegue calcoli prende decisioni esegue i programmi Caratterizzato da velocità di funzionamento (GHz) piedinatura logica di funzionamento (architettura) 25 Le Memorie Memoria di Lavoro (es. RAM) Volatile Contiene i programmi in esecuzione ed i dati su cui si sta operando Alta velocità Bassa capacità Alto costo per unità di archiviazione Memoria di Massa (es. Hard Disk) Non volatile Contiene dati archiviati Bassa velocità Alta capacità Basso costo per unità di archiviazione 26 Le Memorie Perché sono necessari due tipi di memoria (MDL e MDM)? Carico il programma Dati e programmi archiviati permanentemente nella capiente ma lenta MdM Lavoro sul programma modificando i dati Dati su cui si lavora e programmi in esecuzione nella veloce ma volatile MdL Salvo le modifiche 27 9

10 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 (p.e.) 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 Bit. 28 Bit e Byte Il significato della stringa di bit dipende dalla codifica se letto come testo, è la lettera b se letto come numero, è il valore 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 (1) o aperto (0) 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

11 Codifica ASCII American Standard Code for Information Interchange; Associa ad ogni byte un carattere: 31 Codifica ASCII - ESEMPIO La parola casa viene codificata nel modo seguente: c -> a -> s -> a -> Come memorizzare questo dato nel calcolatore? 32 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: 33 11

12 Dimensione della memoria La capacità di immagazzinare dati in memoria 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 2 10 = 1024 megabyte MB 2 20 (> 1 milione) gigabyte GB 2 30 (> 1 miliardo) terabyte TB 2 40 (> 1000 miliardi) 34 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, MB di memoria centrale e un disco di 160 GB 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 36 12

13 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. 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. 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) 39 13

14 Hard disk È la più diffusa memoria di massa Realizzata tradizionalmente in tecnologia magnetica a piatti rotanti Ogni disco è suddiviso in tracce Ogni traccia è ripartita in settori 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). 41 Hard Disk a stato solido (SSD) Realizzati con tecnologia a semiconduttore (Solid State Disk); Privi di parti meccaniche: Più veloci; Più resistenti; Più costosi salvo quanto recentemente accaduto in Thailandia (alluvione del 2011)

15 Lettori Dispositivi ottici Masterizzatori Supporti: CD-R, CD-RW, DVD+R, DVD-R, etc. 43 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 44 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

16 I dispositivi di I/O Rappresentano l interfaccia del calcolatore verso il mondo esterno 46 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 47 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; 48 16

17 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 49 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. 50 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.) 51 17

18 Dispositivi di Output Monitor Crt Lcd Stampante Inkjet Laserjet 52 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. 53 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; 54 18

19 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 55 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 56 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 57 19

20 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 58 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 59 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 60 20

21 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. 61 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 Desktop: sviluppo orizzontale Il case è importante perché impatta su: Espandibilità Raffreddamento Tipicamente l ingombro è direttamente proporzionale alla espandibilità; Vani 5,25 Vani 3,5 led on/off 62 PC Desktop ESEMPI (2008) 63 21

22 PC Desktop ESEMPI (2009) 64 PC Desktop ESEMPI (2012) 65 Notebook ESEMPI

23 Monitor Esempi (2008) 67 Monitor ESEMPI (2009) 68 Monitor ESEMPI (2012) 69 23

24 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. Perfetta integrazione tra hardware e software Mercato sempre meno di nicchia 70 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 Dicembre 2008 Agosto C era una volta.il 1992 Intel 386 DX 4 MB di RAM 64 KB di Cache HDD 130 MB S.O. DR DOS lire Intel 386 SX 2 MB di RAM HDD 40 MB S.O. MS DOS lire 72 24

25 FINE 73 25

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