BanzaiBerry. Lezioni #3 #4

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1 BanzaiBerry Lezioni #3 #4

2 Temi trattati 2 1 Fondamenti d informatica Microprocessori Linguaggi di 2 Cenni sulla struttura di un Data Base 3 Introduzione alle applicazioni web 4 Creazione di un esempio di applicazione web 5 Motori di ricerca programmazione Sistemi operativi Cos'è Internet Social Sistemi complessi l'informazione Culture Network e perché è importante

3 Agenda 3 1. Riassunto lezione precedente a. Shell & Filesystem: comandi, path e permission b. IDE, debugger c. Python: liste, set, dictionary, funzioni, file, classi, if else 2. Virtualizzazione 3. Rappresentazione binaria dell informazione 4. Hardware CPU, Disco 5. Modello Client Server 6. Introduzione ai Database

4 Virtualizzazione 4 VirtualBox, VMWare

5 Rappresentazione binaria 5 dell informazione L elemento base della rappresentazione è il bit (binary digit, cifra binaria) Per rappresentare più valori è necessario usare sequenze di bit 1 bit à 2 valori: 0, 1 2 bit à 4 valori: 00, 01, 10, 11 3 bit à 8 valori: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 In generale: n bit rappresentano 2 n diversi valori 4 bit = metà di un byte, formano un nibble. 8 bit = un byte 2 byte = 16 bit, sono chiamati anche word. 4 byte = 32 bit = 2 word, sono chiamati anche double word. 8 byte = 64 bit = 4 word = 2 double word, sono chiamati anche quad word.

6 Rappresentazione binaria 6 dell informazione Come rappresentare un numero naturale? Rappresentazione decimale posizionale si utilizzano 10 cifre decimali (0, 1,..., 9): la base è 10 posizionale: il significato di ogni cifra dipende dalla sua posizione relativa Le posizioni si contano da destra a sinistra partendo da = Rappresentazione dei numeri naturali - conversioni Da base 2 a base 10: (101) 2 = = = (5) 10 (10100) 2 = = = (20) 10

7 Rappresentazione binaria 7 dell informazione

8 Rappresentazione binaria 8 dell informazione Rappresentazione dei numeri naturali - Somma Somma tra numeri naturali binari: = 0 riporto = = 1 riporto = = 1 riporto = = 0 riporto = 1 Esempio: riporto = 7 = somma I registri di elaborazione hanno posto per n bit. Se il bit di riporto viene perduto si chiama OVERFLOW (straripamento) All'overflow non c'è rimedio: bisogna usare un maggiore numero di bit. Per questo il C definisce vari tipi numerici diversi.

9 Rappresentazione binaria 9 dell informazione Rappresentazione dei numeri naturali Conversioni Esempio: (13) 10 = (1101) 2 13 : 2 = 6 resto = 1 LSD (Least Significant Digit) 6 : 2 = 3 resto = 0 3 : 2 = 1 resto = 1 1 : 2 = 0 resto = 1 MSD (Most Significant Digit)

10 Rappresentazione binaria 10 dell informazione Rappresentazione dei numeri razionali Rappresentazione in virgola mobile (floating-point) Un numero razionale N è espresso come: N = m 10 e Dove m è la mantissa, numero frazionario con segno e è l esponente, numero intero ES normalizzato diventa 3.45x10 1 Mantissa Esponente

11 Rappresentazione binaria 11 dell informazione Rappresentazione dei caratteri Tre possibili rappresentazioni: ASCII standard : un carattere è rappresentato con 7 bit (ASCII = American Standard Code for Information Interchange) ASCII estesa: un carattere è rappresentato con 8 bit UNICODE: un carattere è rappresentato con 16 bit La sigla "ASCII" sta per: "American Standard Code for Information Interchange",

12 Rappresentazione binaria 12 dell informazione ASCII instring = "Liceo Scientifico Leoardo Da Vinci." [Glyph]:Dec Binary [L]: [i]: [c]: [e]: [o]: [ ]: [S]: [c]: [i]: [e]: [n]: [t]: [i]: [f]: [i]: [c]: [o]: [ ]: [L]: [e]: [o]: [a]: [r]: [d]: [o]: [ ]: [D]: [a]: [ ]: [V]: [i]: [n]: [c]: [i]: [.]:

13 Rappresentazione binaria 13 dell informazione Unità di misura Di solito si usano i multipli del byte: Kilo KB (circa un migliaio, 1024) Mega MB (circa un milione, 1KB 1024) Giga GB (circa un miliardo, 1MB 1024) Tera GB (circa un migliaio di miliardi, 1GB 1024)...

14 Von Neumann Architecture 14 John von Neumann (nato János Lajos Neumann; Budapest, 28 dicembre 1903 Washington, 8 febbraio 1957) è stato un matematico, fisico e informatico ungherese naturalizzato statunitense. A lui si devono contributi fondamentali in numerosi campi come la teoria degli insiemi, analisi funzionale, topologia, fisica quantistica, economia, informatica, teoria dei giochi, fluidodinamica e in molti altri settori della matematica. Viene generalmente considerato come uno dei più grandi matematici della storia moderna oltre ad essere una delle personalità scientifiche preminenti del XX secolo.

15 Hardware - Motherboard 15 La motherboard fornisce il punto centralizzato di connessione tra utti i componenti del computer: La maggior parte dei componenti sono circuiti integrati (chip))

16 Hardware - CPU 16 CPU Central Processing Unit Il Microprocessore I componenti dell CPU sono: CU Control Unit: Coordina e controlla tutte le parti del computer ALU Arithmetic Logic Unit: Esegue operazioni matematiche e logiche Registry: memoria temporanea usata per immagazzinare istruzioni e dati

17 Hardware CPU/Control Unit 17 L unità di controllo gestisce quattro operazioni: fetch, decode, execute e write-back I quattro step sono conosciuti come ciclo macchina. Il Ciclo macchina consiste di due fasi: Instruction Cycle: Fetch: prendere l istruzione del programma successiva dalla memoria Decode: risolve l istruzione traducendole in operazioni da compiere Excecution Cycle: Execute: esegue l operazione richiesta Write-Back (store): scrive i risultati su un registro o in memoria

18 Hardware CPU/Performance 18 Le performance di un microprocessore dipendono da: Larghezza del Bus: il numero di corsie interne al processore per il trasferimento dei dati, Misurate in bit (8, 16, 32, e 64) Dimensione di una word : massimo numero di bit del dato che il processore può trattare ad ogni ciclo, (8bit, 16bit, 32bit, 64bit) Operazioni per ciclo (velocità del clock): numero di cicli di clock per secondo, misurati in megahertz (MHz) oppure in gigahertz (GHz)

19 Hardware 19 RAM Random Access Memory La RAM è un tipo di memoria che immagazzina informazioni temporanee, che vengono rese disponibili alla CPU La RAM è volatile: il contenuto della memoria viene cancellato quando si spegne il computer Ogni byte di memora ha una locazione unica, detto indirizzo di memoria (memory address) Tempi di accesso: Registri CPU: < nanosecondo Cache: qualche nanosecondo RAM: centinaia di nanosecondi Disco: millisecondi

20 CPU 20

21 ALU Arithmetic Logic Unit - 1/4 21

22 ALU Arithmetic Logic Unit - 1/

23 ALU Arithmetic Logic Unit - 2/4 23

24 ALU Arithmetic Logic Unit - 3/4 24

25 ALU Arithmetic Logic Unit - 4/4 25 Dove finiscono gli 1?

26 Hardware CPU/Performance 26

27 Storage 1/2 27 HDD Hard Disk SSD Solid State Disk

28 Storage 2/2 28 Disk Fragmentation

29 Modello Client - Server 29

30 Data Center 30

31 Modello Client - Server 31

32 Networking Protocollo TCP/IP 1/2 32 Ogni device ha un IP address, unico al mondo DHCP assegna un IP address automaticamente localhost:

33 Networking Protocollo TCP/IP 2/2 33 Socket address is the combination of a IP address and a port number

34 Networking Internet Map 34

35 Networking Internet Map 35

36 Data Base 36 Architettura client server Tabelle SQL: Structured Query Language Demo

37 Take Home Message 37 In un computer nulla accade per magia! La complessità è la risultante di un gran numero di operazioni semplicissime. Tutta questione di 1 e 0 to be continued

38 Bibliografia (da prendere la mantissa) How a CPU Works Video1 (10min) Video 2 (20min) How ALU works (4min) Corsi Libro Hello World! Second Edition Computer Programming for Kids and Other Beginners Raspberry Pi Education Manual Internet Map

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