Lezioni di informatica

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1 Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta Università degli Studi di Messina Facoltà di Medicina e Chirurgia 1) Concetti introduttivi

2 3 Civiltà informatica La tecnologia informatica è impiegata sempre più diffusamente nel lavoro, nello studio, nel tempo libero. Il continuo diminuire dei costi, e l'introduzione di strumenti sempre più semplici e naturali da utilizzare ha portato allo sviluppo della civiltà informatica, in cui ormai chiunque è in grado di utilizzare l'elettrodomestico computer. 4 Computer Science/Informatics Computer Science (Paesi Anglosassoni) Scienza dei Calcolatori Informatique (Francia) Informatik (Germania) Informatica (Italia) Scienza dell Informazione

3 5 Computer? Da un punto di vista logico il computer è un dispositivo che realizza la possibilità di scomporre processi complessi in lunghe sequenze di azioni molto semplici eseguibili in serie. Il computer esegue queste operazioni e fornisce la risposta che descrive il processo. 6 Computer? Da un punto di vista fisico il computer è un dispositivo costituito da una serie di circuiti elettronici. Poiché i calcolatori capiscono solo due condizioni ossia il passaggio o meno della corrente elettrica, possono essere immaginati come un insieme di interruttori che assumono due stati: aperto, chiuso I due stati aperto, chiuso vengono rappresentati con 0 e 1.

4 Rappresentazione delle informazioni all interno degli elaboratori 7 I computer elaborano sequenze di 0 e 1. Quindi l informazione all interno di un calcolatore è rappresentata mediante sequenze binarie (es ) L entità minima di informazione all interno di un elaboratore prende il nome di bit (binary digit - cifra binaria). Per poter far elaborare l informazione ad un calcolatore occorre numericizzarla e codificarla nel linguaggio binario (digitalizzarla) 8 Prime applicazioni Le prime applicazioni erano principalmente di tipo numerico. Negli anni I computer venivano usati come calcolatrici (tabelle balistiche, crittografia ). Digitalizzazione Informazione Numerica Sistema decimale Sistema binario

5 9 Digitalizzazione dei caratteri Dobbiamo rappresentare le lettere dell alfabeto, incluse le cifre numeriche, lettere maiuscole e minuscole, simboli di punteggiatura, parentesi e operatori aritmetici, può essere codificato usando 7 bit (2 7 = 128) Il metodo di codifica più diffuso tra i produttori di hardware e di software prende il nome di codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) 10 Digitalizzazione dei caratteri ASCII Simb. ASCII Simb. ASCII Simb * G : H , ; I < J = K / > L ? M N A O B P C Q D R E S F T

6 11 Digitalizzazione dei caratteri Sebbene 7 bit siano sufficienti per codificare l insieme di caratteri di uso comune, in genere il codice ASCII standard utilizza 8 bit, il primo dei quali è sempre 0 Codifica della parola cane c a n e 12 multimediale Lettere e numeri non costituiscono le uniche informazioni utilizzate dagli elaboratori ma si stanno diffondendo sempre di più applicazioni che utilizzano ed elaborano anche altri tipi di informazione: diagrammi, immagini, suoni. Spesso in questi casi si parla di applicazioni di tipo multimediale

7 13 Digitalizzazione Immagini Suddividiamo l immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante 14 Digitalizzazione Immagini Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso l'alto e da sinistra verso destra La rappresentazione della figura sarà data dalla stringa binaria

8 15 Digitalizzazione Immagini Se la stringa è riconvertita in immagine si ottiene: Quella che si ottiene nella codifica è un'approssimazione della figura originaria. La rappresentazione sarà più fedele all'aumentare del numero di pixel 16 Immagini a colori Possiamo codificare le immagini a colori. Si tratta di individuare un certo numero di sfumature di colore differenti e di codificare ogni sfumatura mediante un'opportuna sequenza di bit Ad esempio, i monitor utilizzano risoluzioni di 640X480, 1024X768, oppure 1280X1024 ed un numero di colori per pixel che va da 256 fino a sedici milioni di colori La rappresentazione di un'immagine mediante la codifica dei pixel, viene chiamata codifica bitmap

9 17 Elaborazione Informazione L informazione numerica, testo, video o audio convertita in forma digitale, può essere elaborata da un computer. Ad esempio il computer può: Eseguire una operazione numerica Determinare se una parola occorre in un testo. Confrontare due immagini Analizzare in che punti di una sinfonia di Beethoveen occorre un certo motivo Informatica Il computer permette di studiare fenomeni anche molto complessi, una volta che si è riusciti a convertire in forma digitale l informazione che descrive il fenomeno. Informatica = la scienza che studia le metodologie di progettazione, organizzazione, e gestione automatica dell informazione. Il bit è il più piccolo elemento atomico dell informazione 18

10 19 Motivi sviluppo Informatica Si riesce a trasformare in forma digitale moltissimi tipi di informazione I computer sono diventati economici e sempre più semplici e naturali da utilizzare I computer sono sempre più veloci e riescono ad elaborare quantità enormi di dati Sviluppo della civiltà informatica 2) Componenti di un computer

11 21 Cos è un sistema informatico? Un sistema informatico è l insieme di molte parti che cooperano per memorizzare e manipolare l informazione. Tutto ciò che può essere toccato può essere classificato come hardware, il resto come software 22 Tipi di computer A seconda della destinazione d uso, della potenza di calcolo e della fantasia, i computer possono essere classificati in varie categorie: Consolle di gioco

12 23 Tipi di computer palmari 24 Tipi di computer laptop (portatili) e notebook, inclusi i tablet PC (i notebook si chiamano così perché hanno le misure di un blocco note in inglese: notebook)

13 25 Tipi di computer desktop, comprese le workstation Tipi di Computer 26 Personal Computer (PC) Calcolatori destinati ad uso personale Applicazioni Ambito aziendale o familiare Server di rete (minicomputer) Terminale intelligente Workstation ( super PC) Stazioni Multimediali Laptop (PC portatili)

14 Tipi di Computer 27 Workstation Calcolatore più potente dei Personal Computer attuali, usato generalmente in ambiente distribuito. Applicazioni In ambito ingegneristico e scientifico Stazioni dedicata per il CAD 28 Tipi di computer mainframe È un calcolatore molto grande e costoso capace di servire contemporaneamente migliaia di utenti, connessi ad esso attraverso dei terminali. È prodotto tipicamente da grandi aziende, del calibro, ad esempio, dell'ibm, per applicazioni commerciali e scopi di calcolo su grande scala.questo grande elaboratore, essendo in grado di passare velocemente da un compito all'altro, dà a ciascuno degli utenti la sensazione di avere a disposizione "tutte per sé" le risorse da esso gestite.

15 Tipi di Computer 29 Mainframe Prestazioni notevoli: elevate capacità di gestione di periferiche e buona velocità di calcolo Applicazioni Ambito bancario Grandi enti pubblici Grandi aziende Tipi di Computer 30 Minicalcolatori Sono dei piccoli mainframe Applicazioni contabili e amministrative gestione di filiali di banche Medio-piccole imprese

16 31 Tipi di computer network computer Il concetto di terminale introdotto dal mainframe, sta oggi tornando di attualità con il cosiddetto network computer. I network computer sono elaboratori di basso costo che funzionano in stretta simbiosi con un server, da cui prelevano le applicazioni per poi eseguirle localmente. I dati possono essere memorizzati nel network computer stesso oppure sul server. Tipi di Computer 32 Network Computer Computer con minime quantità di memoria e limitate capacità di calcolo Applicazioni Connessione ad internet Pamltop Telefoni cellulari

17 33 Tipi di computer supercomputer Sono dedicati ad usi speciali, estremamente costosi in termini di risorse impiegate; attualmente nel mondo il numero dei supercomputer in uso non supera le 10 unità Tipi di Computer 34 Supercalcolatori Risolvono problemi di calcolo dalla complessità molto elevata Applicazioni Previsioni meteorologiche Bioinformatica (human genome) Ingegneria Aerospaziale

18 Hardware e Software 35 Hardware (componente fisica) È l insieme delle componenti fisiche del sistema Software (componente logica) È l insieme dei programmi che vengono eseguiti dal sistema I programmi e i dati sono organizzati in files (archivi) Un file è un archivio organizzato secondo un certo criterio e residente in un qualche tipo di memoria i file di dati contengono, appunto, dati intesi come informazioni (testi, numeri, immagini, suoni, ) i file di programmi contengono sequenze di istruzioni eseguibili Architettura di un Computer 36 Ancora oggi l architettura di un computer è basata sulla Macchina di Von Neumann (1947) Sostanzialmente una macchina di Von Neumann è costituita da 4 parti Unità centrale di elaborazione (CPU) Memoria (Centrale e/o di Massa) Dispositivi di Ingresso Uscita (I/O) Dispositivi di collegamento (Bus)

19 Architettura di un Computer 37 Monitor Bus Architettura di un Computer 38

20 CPU (Central Processing Unit) 39 costituisce il cuore del computer; il suo compito è di eseguire i programmi della Memoria Centrale, cioè legge, interpreta ed esegue le istruzioni del programma ha anche il compito di sovrintendere al corretto funzionamento di tutto il sistema a volte viene detta impropriamente anche microprocessore in realtà: la cpu è l entità logica il microprocessore è l entità fisica non sempre le due cose sono coincidenti, anzi in genere il microprocessore è un sottoinsieme della cpu Memoria Centrale 40 Contiene i programmi e i dati che stanno per essere elaborati dalla CPU Ha capacità limitate È volatile (cioè l informazione viene persa quando il computer viene spento) L accesso all informazione è molto rapido È spesso indicata come RAM (Random Access Memory)

21 Memoria di massa 41 Usata per memorizzare grandi quantità di dati e programmi Non volatile (cioè l informazione non viene persa quando il computer viene spento) L accesso all informazione non è molto rapido Hard disk, Floppy disk, CD-ROM, DVD- ROM, nastri magnetici Dispositivi di Input/Output 42 Vengono impiegati per far comunicare il calcolatore con l ambiente esterno, cioè per accettare in ingresso i dati e per visualizzare in uscita i risultati ottenuti dall elaborazione degli stessi dati. Terminali (tastiera, mouse, monitor), stampanti, modem, Il mobile che contiene la scheda madre (case) ha degli ingressi/uscite detti porte in cui inserire i cavi che collegano i dispositivi di I/O

22 Porte di I/O 43 la porta parallela consente il transito prevalentemente in una sola direzione: dal computer alla periferica. Viene quindi usata quasi esclusivamente per il collegamento con le stampanti la porta seriale consente collegamenti con periferiche attive, come mouse e modem, ma non fornisce alimentazione elettrica alle periferiche collegate le porte seriali USB permettono di collegare dispositivi (scanner, stampanti,...) per lo più senza necessità di dover configurare e riavviare il computer; forniscono alimentazione elettrica alle periferiche e queste possono essere anche collegate in cascata ; il loro throughput è maggiore delle normali seriali Connettori I/O 44 1 Connettore video 2 Connettore parallelo 3 Connettore alloggiamento di espansione 4 Connettore USB 5 Connettore PS/2 6 Connettore seriale 7 Connettore di alimentazione c.a. 8 Porta a raggi infrarossi

23 Bus di un PC Pentium 45 Il microprocessore (µp) 46 Il microprocessore è un chip integrato, costituito da una piccola piastra di silicio sulla cui superficie sono depositati milioni di transitors miniaturizzati.

24 Componenti della CPU 47 CLOCK Componenti della CPU 48 UNITÀ DI CONTROLLO: esegue operazioni finalizzate al trasferimento dati o al controllo dell esecuzione dei programmi. UNITÀ LOGICO ARITMETICA (ALU): esegue operazioni matematiche e logiche sui dati che sono contenuti nei registri. REGISTRI: celle interne alla CPU che devono contenere l istruzione da eseguire, i dati da elaborare, e informazioni accessorie (es. eventuali anomalie generate dall esecuzione) sullo stato della CPU. Lo stato della CPU è la sequenza binaria determinata dalla lettura di uno o più registri all interno della CPU.

25 Velocità della CPU 49 Clock: è l orologio del sistema e sincronizza le operazioni della CPU rispetto ad una data frequenza la frequenza viene misurata in milioni di cicli al secondo (megahertz, MHz) i primi µp lavoravano a una frequenza di 1,75 MHz. Gli ultimi modelli operano a MHz (3 4 GHz) Velocità della CPU 50 La velocità di esecuzione delle operazioni del computer è influenzata solo in minima parte dalla frequenza di clock Una delle cose che rallenta moltissimo anche le macchine più veloci è la indisponibilità di un adeguato quantitativo di memoria RAM Con Windows, oggi, avere una quantità di RAM inferiore a 512 MB è impensabile Con Linux si ottengono invece ottime prestazioni già con 256 MB di RAM Se ne deduce che la RAM necessaria dipende (fortemente!) dal S.O. usato

26 Funzionamento della CPU 51 Ad ogni impulso di clock la CPU legge il suo stato interno (determinato dal contenuto dei registri) produce un nuovo stato corrispondente allo stato in cui si trovava. Istruzione CPU Risultato Stato della CPU CPU e logica 52 La CPU preleva l istruzione e i dati (in forma binaria) dalla memoria centrale, ed interpreta ed esegue l istruzione, scrivendo il risultato (in forma binaria) sulla memoria centrale. In pratica quello che esegue la CPU è una enorme funzione logica. La corrispondente tabella della verità avrebbe un numero enorme di righe (miliardi di miliardi) CPU

27 53 Set di istruzioni della CPU somma e negazione (da cui sottrazione, moltiplicazione e divisione) operazioni di accesso alla memoria trasferimento di un dato da una locazione di memoria ad un altra trasferimento da memoria a un registro della CPU trasferimento da un registro della CPU a memoria operazioni di confronto (basta confronto con lo zero) le operazioni sono eseguite all interno della ALU e coordinate dalla Unità di Controllo 54 Memoria Centrale La memoria centrale è una sequenza di celle di memoria Ciascuna cella contiene una parola (word) La parola è una sequenza di bit; le parole di uno stesso calcolatore hanno tutte la stessa lunghezza Calcolatori diversi possono avere parole di lunghezza diversa; le lunghezze tipiche sono multipli del byte (8 bit), cioè ci sono calcolatori con parole di 8, 16, 32, 64 bit. Ciascuna cella di memoria è identificata da un numero (indirizzo) che ne specifica l esatta posizione all interno della memoria.

28 Struttura della Memoria 55 Indirizzi cella bit X parola N 56 Funzionamento Memoria parola X RAM Load Save Registro Indirizzi Registro Dati

29 57 Memoria Centrale (RAM) La memoria centrale è detta RAM (Random Access Memory), cioè Memoria ad accesso casuale Non significa che i dati sono sparpagliati a caso; vuol dire che al processore occorre sempre lo stesso tempo per accedere a una qualsiasi, casuale, parte della memoria La RAM è una memoria veloce (tempo d accesso ~ 10ns) e i dati rimangono finché il computer è in funzione; quando si spegne la RAM si svuota Esiste una memoria ancora più veloce della RAM: la Cache-RAM che contiene le istruzioni eseguite più recentemente 58 Gerarchia delle Memorie 1 KiloByte (KB) = 1024 byte 1 MegaByte (MB) = 1024 KB (~ 1 milione di byte) 1 GigaByte (GB) = 1024 MB (~ 1 miliardo di byte) 1 TeraByte (TB) = 1024 GB (~ miliardi di byte)

30 59 La Memoria ROM ROM (Read Only Memory) è una Memoria di sola lettura il cui contenuto è stato registrato in fase di costruzione del computer e non può più essere modificata Ogni volta che viene acceso, il computer esegue un piccolo programma contenuto nella ROM che identifica il processore controlla la quantità di RAM e ne verifica il funzionamento esamina l hard disk ed eventuali periferiche aggiuntive legge il settore dell hard disk in cui sono contenute le istruzioni per l avvio del sistema. 60 BIOS La parte della ROM che avvia il sistema è detto BIOS (Basic Input/Output System). In fase di avvio del PC il programma di boostrap presente nel BIOS: effettua test diagnostici di base e controlla lo stato delle periferiche collegate, per permettere il caricamento del sistema operativo (POST: Power- On Self Test); carica nella memoria principale (RAM) la parte principale del sistema operativo (kernel).

31 61 BIOS In verità non è corretto dire che la ROM non è più scrivibile: il BIOS è un esempio di ROM che può essere riscritta anche dall utente (indirettamente), in base alla configurazione della macchina: cambiando la configurazione (per esempio aggiungendo hd, ram, etc.) il contenuto della ROM-BIOS cambia in conseguenza La possibilità di alterare fraudolentemente il contenuto del BIOS è alla base del funzionamento di alcuni virus informatici In ogni BIOS esiste la possibilità di bloccare in scrittura i dati, ovvero evitare che il sistema possa alterare il contenuto del BIOS stesso senza l esplicito consenso dell utente Abilitando la protezione in scrittura (spesso indicata come virus protection ) il sistema presenterà un apposito messaggio ogni volta che qualche programma tenta di alterare il contenuto del BIOS, rimanendo in attesa di una conferma prima di proseguire 62 Le memorie di Massa La RAM è una memoria temporanea e i dati e i programmi vengono persi quando il computer viene spento. Dati e i programmi per non essere perduti devono essere salvati su memorie permanenti: le memorie di massa Hard disk, Floppy disk, CD-ROM, DVD-ROM, nastri magnetici

32 Il disco rigido (hard disk) 63 Il disco rigido (hard disk) 64

33 65 Il disco rigido (hard disk) La formattazione consiste nella suddivisione del rivestimento magnetico del disco in settori e tracce concentriche. I primi hard disk avevano capacità di 5 MB, mentre attualmente il più piccolo hard disk in commercio è 40 GB. Il tempo medio di accesso è il tempo necessario per estrarre un dato (tempo di posizionamento + tempo di latenza + tempo di lettura). I dischi attuali hanno tempo medio di accesso dell ordine dei 10ms. 66 I dischetti (floppy disk) Sono dischi magnetici con capacità ridotta: 1,440 MB. Hanno: 80 tracce per faccia 18 settori per traccia 512 byte per settore 512 byte x 18 settori x 80 tracce x 2 lati = 1,44 MB Il principio di gestione dei dati è simile a quello dell hard disk, anche se i tempi di accesso sono molto più alti (è più lento).

34 CD-ROM 67 I CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) sono supporti ottici nati inizialmente solo per la memorizzazione di segnali musicali; oggi sono usati essenzialmente per memorizzare generici dati d archivio I CD-ROM dopo essere stati registrati una prima volta mediante un masterizzatore, possono essere utilizzati soltanto per la lettura delle informazioni memorizzate; a causa di questo, sono detti anche dispositivi WORM (Write Once - Read Many) I bit sul CD-ROM sono codificati come aree incise (pit) e aree non incise (land) sulla superficie del disco. Per leggere l informazione si usa un laser di bassa potenza; i pit e i land hanno angoli di rifrazione diversi e perciò si possono distinguere. La capacità è circa 650 MB. DVD-ROM 68 I DVD-ROM (Digital Versatile Disk of Read Only Memory) sono supporti ottici per la memorizzazione dei dati. Sono molto simili ai CD-ROM. L unica differenza è una capacità molto maggiore 4,7 GB (circa 7 CD-ROM). I nuovi modelli dovrebbero avere capacità di 17 GB o più Nati per l esigenza di riprodurre su supporto digitale interi film (il CD-ROM nacque per l esigenza di un supporto digitale per la musica), oggi i termini che identificano comunemente la sigla DVD sono Digital Video Disk.

35 69 CD-ROM e DVD-ROM 70 I Drives Gli sportelli in cui si inseriscono i floppy disk, o il CD, o qualsiasi altro tipo di disco, sono detti "drives" (da non confondersi con i drivers, che invece è software). Contengono una testina di lettura/scrittura tramite cui avviene il trasferimento dei dati fra disco e macchina. Esistono vari modelli di drive per CD che si differenziano per la velocità di lettura. Le sigle 20X, 32X, 52X... indicano la velocità con cui i dati vengono letti da disco. 1X è la velocità di lettura dei normali CD audio. Quindi 32X indica che i dati vengono letti ad una velocità 32 volte superiore a quella di un normale CD audio.

36 71 Il Monitor Monitor a tubo catodico: detti video CRT (Cathod Ray Tube) Monitor a cristalli liquidi: detti video LCD (Liquid Cristal Display) Le risoluzioni standard per i PC sono: 640x480 pixel (monitor a 15 ) 1024x768 pixel (monitor a 17 ) 1280x1024 pixel (monitor a 21 ) i colori possono essere a 8, 16 o 24 bit. Pixel (Picture Element) è l elemento unitario di una immagine (la più piccola quantità singolarmente controllabile dell immagine) I sistemi che usano 24 bit permettono di visualizzare più di 16 milioni di colori distinti 72 Scheda Madre Scheda Madre: fornisce supporto e connessione per tutti i componenti interni del computer e contiene inoltre una serie di circuiti (chipset, cache, BIOS) adibiti al controllo delle varie parti. Sulla scheda madre si inseriscono come componenti separati il microprocessore, la RAM e le varie schede di espansione; vi si trovano inoltre i connettori per il collegamento dell'hard disk e dei drive per i dischi mobili (floppy e CD).

37 Scheda Madre 73 Schede di Espansione 74 Sono schede che espandono le funzioni della scheda madre, per poter pilotare dispositivi interni od esterni scheda video su cui si connette il monitor; dalla scheda video dipendono la corretta gestione del numero di colori del monitor, della risoluzione massima, della velocità grafica (di giochi, filmati, ecc.) e tutto ciò che riguarda in generale le prestazioni grafiche scheda audio, attraverso cui il computer è in grado di produrre o registrare suoni per le connessioni dirette alla rete (senza modem) occorre invece dotarsi di una scheda di rete.

38 75 Il modem MODulatore-DEModulatore. È un dispositivo per la trasmissione e la ricezione seriale in forma analogica o digitale. Un modem prende le informazioni digitali contenute in un computer e le converte sotto forma di suoni analogici, che possono essere inviati attraverso una linea telefonica analogica convenzionale. I modem possono anche riconvertire in informazioni digitali i suoni analogici in arrivo. Il primo procedimento è noto come modulazione e il secondo come demodulazione; da qui il termine modem. Il modem 76 La velocità con cui i modem sono in grado di scambiare i dati si misura in Kbit/secondo (Kbps) o baud (b) ovvero il numero di bit che il modem riesce a trasferire in un secondo.

39 Tipi di modem 77 Standard (analogico): trasferiscono dati alla velocità di 56 Kbps, che rappresenta comunque la capacità massima della linea (normale linea telefonica); è il modem propriamente detto ISDN: raggiungono i 128 Kbps, ma necessitano della linea ISDN (una linea telefonica particolare). La linea ISDN consente anche l'uso del telefono mentre il modem è collegato sacrificando però metà della velocità (64 Kbps); non è un vero modem ed il suo nome corretto sarebbe TA, Terminal Adaptator Tipi di modem 78 ADSL: possono anche superare i 4 Mb/s, ma necessitano della linea ADSL (una linea telefonica particolare). L'ADSL costituisce un collegamento permanente con la rete e non interferisce col telefono (contrariamente ai modem standard e ISDN, l'adsl non effettua telefonate, ma mantiene un collegamento fisso); anche questo non è un vero modem ed il suo nome corretto dovrebbe essere scheda di rete DSL. GSM: per i collegamenti tramite cellulare. Non si è ancora affermato uno standard, ogni marca di telefoni cellulari produce un modem (di solito in forma di scheda) compatibile coi propri modelli di telefonino; la tecnologia usata lo rende un vero modem, ma di tipo differente da quello originario.

40 Stampanti 79 Laser: usano una tecnologia simile a quella delle fotocopiatrici. Riescono a stampare molto velocemente e silenziosamente, offrendo inoltre la migliore qualità di stampa a getto d inchiostro: la stampa avviene spruzzando sulla carta un sottile getto d inchiostro liquido. Producono stampe di qualità leggermente inferiore rispetto alle stampanti laser, sono generalmente più lente, ma anche più economiche e di misure più contenute; sono eccellenti per le stampe fotografiche di qualità, quando accoppiate al giusto tipo di carta Evoluzione del PC 80 Legge di Moore: La capacità elaborativa dei calcolatori raddoppia ogni 18 mesi Inizi anni 80 (Personal Computer IBM AT) Architettura 16 bit interna, 8 bit esterna (Intel 8088) Clock 4.77 MHz, RAM 512 kb, Hard Disk 10 MB Prezzo: oltre (dell epoca) Oggi (configurazione tipica di un PC di fascia media) Architettura 32 bit (Intel Pentium IV) Clock 4 GHz, RAM 1 GB, Hard Disk 120 Gb Prezzo: circa 1.000

41 3) Cenni di algebra booleana 82 introduzione L elaboratore elettronico funziona secondo una logica a 2 stati: la logica binaria. Questo è giustificato dalla facilità di realizzazione di circuiti elettrici o elettronici, che hanno due stati di funzionamento In questo modo qualsiasi dato può essere rappresentato mediante successioni di 1 e 0 I valori 1 e 0, convenzionalmente, rappresentano coppie del tipo Vero/Falso, On/Off, Acceso/Spento, Presente/Assente, etc.

42 83 introduzione Per meglio comprendere il funzionamento e la struttura di un calcolatore, si ritiene opportuno fornire le nozioni fondamentali dell algebra che permette di trattare adeguatamente i segnali binari. Tale algebra prende il nome dal matematico inglese che per primo ne pubblicò i concetti generali: George Boole. 84 George Boole George Boole, nel 1854, pubblicò un libro, An Investigations of the Laws of Thought (Un esame sulle leggi logiche del pensiero), in cui dimostrava che la maggior parte del pensiero logico, privata di particolari irrilevanti e verbosità, potesse essere concepita come una serie di scelte. Questa idea è divenuta la base dei computer

43 85 George Boole Piuttosto che con il suo formalismo matematico, in questa presentazione l'algebra di Boole verrà proposta in modo da renderla più simile al linguaggio naturale In tal modo, risulterà più intuitivo comprendere il funzionamento di quei semplici circuiti digitali che costituiscono la base dei computer. 86 Logica booleana Qualsiasi processo logico può essere ricondotto ad una sequenza di eventi elementari, che nell'insieme prende il nome di algoritmo. Tale sequenza può essere rappresentata con un diagramma di flusso (Flow chart), il quale a sua volta è facilmente traducibile in un particolare programma comprensibile dall'elaboratore.

44 87 Logica booleana Per la visualizzazione di un problema con un diagramma di flusso, sono utilizzati vari simboli grafici standard: Il rettangolo arrotondato indica l inizio e la fine di un programma il rombo indica controlli decisionali il rettangolo indica operazioni da effettuare. 88 Logica booleana Prenderemo le mosse per la nostra discussione riferendoci ad un "problema" del tutto comune. Questo approccio, ha il vantaggio di evidenziare come un sistema di elaborazione dati permetta di trattare non solo problemi numerici, ma anche alfanumerici (alfabetico-numerici) e dunque di carattere generale. Immaginiamo, per esempio, di voler tradurre in un diagramma di flusso le seguenti affermazioni: 1) esco se è bel tempo ed è caldo 2) esco se è bel tempo o se è caldo

45 89 Logica booleana 1) esco se è bel tempo ed è caldo 90 Logica booleana 2) esco se è bel tempo o se è caldo

46 91 Logica booleana la prima decisione comporta il verificarsi contemporaneo di due condizioni (evidenziate in verde); 92 Logica booleana la seconda decisione comporta il verificarsi di almeno una fra due condizioni.

47 93 Logica booleana È importante rendersi conto che l'elaboratore non "comprende" il significato delle frasi "esco... resto in casa": egli si limita solo a considerare il valore di certe costanti associate ad ogni singolo evento. 94 Logica booleana Come secondo passo, si tratta di convertire i diagramma di flusso in un linguaggio numerico, il solo comprensibile dall'elaboratore. Ciò si ottiene con i cosiddetti operatori logici elementari. Per semplicità, limiteremo la nostra discussione ai tre elementi di base.

48 95 Operatori logici elementari Operazione controllo azione congiunzione separazione negazione Istruzione IF (se) Then (allora) AND ( e ) OR ( oppure ) NOT (negazione) Porta logica AND OR NOT 96 istruzioni Con le istruzioni riportate nella tabella, possiamo tradurre i due differenti diagrammi di flusso in sequenze di istruzioni. Per far questo, è necessario aggiungere un nuovo simbolo grafico (un parallelogramma) di inizializzazione ai nostri diagrammi di flusso.

49 97 istruzioni Inizializziamo, dunque, le nostre costanti, stabilendone il valore che possono/devono assumere: A = 1 corrisponde all'evento "bel tempo" B = 1 corrisponde all'evento "caldo" C = 1 corrisponde all'azione "esco" A = 0 corrisponde all'evento "non bel tempo" B = 0 corrisponde all'evento "non caldo" C = 0 corrisponde all'azione "resto in casa" 98 Logica booleana L uso del parallelogramma implica che l'elaboratore si attende che gli vengano forniti i valori di A e B (che possono essere 0 o 1) tramite tastiera. Appena inseriti questi valori (per es. A=1 e B=1), l'elaboratore esegue il programma tenendo conto dei valori di inizializzazione (C=1 "esco"; C=0 "rimango in casa") A seconda del risultato ottenuto, sullo schermo verrà mostrata una delle due frasi.