UNIVERSITA DI CATANIA. Facoltà di Medicina e Chirurgia. Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia. Informatica

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1 UNIVERSITA DI CATANIA. Facoltà di Medicina e Chirurgia Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Informatica

2 Cos è l informatica? Dal termine francese Informatique=Information+Automatique Informatica = Informazione + Automazione Si riferisce ai processi e alle tecnologie che rendono possibile l immagazzinamento e l elaborazione dell informazione. ICT=information and communication technology

3 dati Schema concettuale del processo Elaborativo Elaboratore Risultati Istruzioni Elaboratore e una macchina che svolge automaticamente una funzione ben precisa. L automatismo avviene attraverso il passaggio di energia elettrica nei diversi componenti del computer (circuiti, transistor, etc..)

4 La macchina computer In generale, un computer: esegue operazioni logiche e aritmetiche, ha una memoria per conservare i dati. Un programma contiene le informazioni relative alle operazioni da eseguire.

5 Memoria Centrale Input Output CPU Elaboratore

6 Hardware vs. Software L hardware denota la struttura fisica del computer, costituita di norma da componenti elettronici che svolgono specifiche funzioni nel trattamento dell informazione. Il software denota l insieme delle istruzioni che consentono all hardware di svolgere i propri compiti.

7 Schema di un sistema di Elaborazione Operare con Information Technology significa avere a che fare con un sistema di elaborazione delle informazioni Dati Software Risultati Hardware

8 Il Personal Computer Il primo microprocessore, chiamato Intel 4004, venne realizzato da Intel nel Otto anni dopo, nel 1979, venne costruito il primo PC, contenente una CPU siglata 8088 e realizzata con transistor è la CPU storica dalla quale deriva la famiglia di microprocessori x86. Negli ultimi anni la performance dei microprocessori sono raddoppiate in media ogni diciotto mesi. Fino a oggi si contano sei generazioni di microprocessori dai primi processori indicati dalle sigle 8086, 8088, -286, -386, -486, si è arrivati ai recenti modelli Core i7 della Intel e ad altre CPU, di prestazioni di uguale livello, che hanno preso il nome delle aziende produttrici (es. AMD).

9 Ciclo di Elaborazione dell Informazione Comprende cinque fasi: Ingresso dei dati (input). Elaborazione dei dati (Algoritmi). Uscita dei dati (output). Memorizzazione. Distribuzione e comunicazione.

10 Ciclo di Elaborazione dell Informazione

11 Cosa è il Computer Èunelaboratore elettronico digitale. Elaboratore: macchina in grado di immagazzinare ed elaborare dati in base ad una serie di istruzioni (programmi) memorizzate sul computer. Elettronico: utilizza componenti elettronici per elaborare le informazioni. Digitale: elabora e memorizza segnali digitali basati sulle cifre binarie 0 ed 1.

12 MAINFRAME Sono i grandi sistemi di elaborazione aziendali, ai quali viene affidato il compito di gestire il sistema informativo e le grandi banche dati di un'azienda; sono caratterizzati da elevate prestazioni e costi elevati, e necessitano di personale specializzato per il loro funzionamento.

13 SUPERCOMPUTER Sono caratterizzati da prestazioni e costi più contenuti, e svolgono il ruolo di sistema aziendale nelle piccole aziende o di sistema dipartimentale nelle grandi aziende; necessitano per il loro funzionamento di personale più ridotto e con una minore specializzazione.

14 MINICALCOLATORI Network computer Sono computer con prestazioni e costi contenuti, dedicati al singolo utente e specializzati per i collegamenti a computer di maggiori dimensioni, ai quali devono essere interconnessi per il loro funzionamento.

15 PERSONAL COMPUTER Sono computer con prestazioni e costi contenuti, dedicati al singolo utente; sono dotati di capacità elaborative autonome, ma possono essere collegati ad altri computer. Un PC può essere di forma verticale (tower) oppure orizzontale e quindi posto su una scrivania (desktop).

16 LAPTOP - NOTEBOOK Sono personal computer trasportabili, caratterizzati da un ingombro ridotto e dalla possibilità di alimentazione autonoma, mediante batterie.

17 PALMARE (PDA) Sistema tascabile, per prendere appunti, gestire rubrica e agenda, eseguire elaborazioni semplici.

18 Architettura generale di un computer: Unità centrale di elaborazione (CPU) Memoria centrale Memoria di massa Serie di dispositivi di input (per l immissione di dati) Serie di dispositivi di output (es. per la visualizzazione dei risultati) Dispositivo di collegamento tra le diverse parti (bus)

19 Componenti principali di un computer

20 Architettura dei computer In un computer possiamo distinguere tre unità funzionali: Processore (CPU) fornisce la capacità di elaborazione delle informazioni, Memoria (centrale e di massa), Dispositivi di input/output, che comunicano attraverso un canale detto BUS costituito da un insieme di linee elettriche digitali. Macchina di von Neumann.

21 Bus di Comunicazione Il microprocessore scambia i dati con il resto del sistema per mezzo dei Bus di comunicazione. Un bus è un insieme di collegamenti elettrici attraverso cui passano dei segnali tra i dispositivi.

22 Bus

23 Programma ed istruzioni Programma: specifica univoca di una serie di operazioni che l elaboratore deve svolgere. E' costituito da una sequenza ordinata di istruzioni macchina. Scritto in codice macchina.

24 Le istruzioni ed il codice macchina Istruzione macchina: Specifica un istruzione elementare che il processore è in grado di svolgere. È composta da: Codice operazione (indica cosa fare), Uno o due operandi (su cosa operare), Destinazione del risultato (dove memorizzarlo). Codice macchina: Codice binario usato per specificare le istruzioni macchina al processore. Diverso per ogni processore (non esiste codice universale standard).

25 Processore Composto da blocchi con funzionalità diverse: CPU (Central Processing Unit),unita centrale di elaborazione FPU (Floating Point Unit), Cache, Interfacce varie. Se integrato su un unico chip prende il nome di microprocessore. Cache InterfCPU FPU Cache

26 Il micro-processore e fissato su una tavoletta detta schema madre. Intel, AMD, Motorola, La velocita del microprocessore viene valutata secondo il parametro: la frequenza di clock. MIPS: Millioni di istruzioni per secondo

27 La Scheda Madre

28 cpu

29 Dentro il Computer Porte (connettori) BUS Memoria di massa Slot di espansione CPU Memoria Principale

30 Central Processing Unit (CPU) Svolge tutte le operazioni di: elaborazione numerica, controllo e coordinamento di tutte le attività. Si suddivide in: Unità logico-aritmetica (ALU), istruzione aritmetiche, logiche, Unità di controllo (CU), sovrintende all elaborazione dei dati e alle operazioni di input e output. Registri, memoria locale per memorizzare dati e lo stato di avanzamento delle istruzioni

31 Arithmetic Logic Unit (ALU) Svolge tutti i calcoli logici ed aritmetici (complementazione, somma intera, confronto, etc). Opera direttamente sui registri generali. E costituita da circuiti elettronici in grado di eseguire la somma di due numeri binari contenuti in due registri oppure di eseguire il confronto tra due numeri.

32 Registri Memoria locale usata per memorizzare: dati acquisiti dalla memoria centrale o dalla unità di input, risultati delle operazioni eseguite dall ALU. Numero limitato: tipicamente da 8 a 256. Unità di memoria estremamente veloci. Le dimensioni di un registro sono una caratteristica fondamentale del processore: 16, 32, 64 bit.

33 Registri (cont.) I registri contengono dati ed informazioni che vengono immediatamente elaborate. Esistono due tipi di registri: i registri speciali utilizzati dalla CU per scopi particolari, i registri di uso generale (registri aritmetici).

34 Componenti della CPU Unità di controllo Unità aritmetico logica Bus interno REGISTRI Program Counter (PC) Program Status Word (PSW) Registro Istruzioni (IR) Registri Generali (8 o 16) Registro Indirizzi Memoria (MAR) Registro Dati Memoria (MDR) Registro di Controllo (CR)

35 Registri Program Counter, indirizzo della cella dove si trova la prossima istruzione, Registro di Stato, ci dice lo stato di esecuzione Registri generali, utilizzati come memoria temporanea per svolgere le operazioni matematiche

36 Memoria Viene utilizzata per conservare dati e programmi. Si suddivide in: Memoria di lavoro (memoria principale). Memoria in grado di conservare dinamicamente dati e programmi che il processore sta utilizzando. Memoria magazzino (memoria di massa).

37 Schema funzionale (generico) Programma e dati sono caricati in memoria. La CU preleva la prima istruzione del programma dalla memoria. L istruzione viene decodificata ed eseguita. La CU passa all'istruzione successiva.

38 Schema funzionale Memoria CPU ALU BUS REGISTRI IR Bus interno PC CU

39 Tipi di processore Ogni processore possiede un set di istruzioni macchina (elementi di base dei programmi). Una distinzione fondamentale fra i processori è quella che li differenzia in: CISC: Complex Instructions Set Computer. RISC: Reduced Instructions Set Computer.

40 Tipi di processore (cont.) La differenza è nel set di istruzioni. I CISC hanno un linguaggio macchina formato da un numero elevato di istruzioni, anche complesse. Es.: Intel x86, Motorola I RISC sono dotati di istruzioni più semplici e in numero minore. Es.: PowerPC, Sparc.

41 Random Access Memory (RAM) È una memoria volatile Il tempo di accesso è il tempo necessario per leggere o scrivere l informazione in una Word. Accesso casuale: ogni cella ha lo stesso tempo di accesso delle altre (indipendentemente dall indirizzo).

42 Caratteristiche della RAM Nozioni di Bit, Bite, MB, GB, TB, e dimensione dei file. La dimensione di una RAM varia a seconda del tipo di computer e viene espressa in GB. Personal computer >= 1 GB Server varia in genere >= 2 Veloce. Il tempo di accesso è dell'ordine di poche decine di nano-secondi (10-9 sec).

43 Read Only Memory (ROM) È una memoria di sola lettura che viene scritta direttamente dal produttore del computer su circuiti appositi. Viene utilizzata per contenere le informazioni di inizializzazione usate ogni volta che si accende l'elaboratore. Le istruzioni contenute nella ROM dei PC formano il BIOS-Basic Input/Output System che governa ogni operazione di scambio tra l unita centrale e le periferiche.

44 Inizializzazione Cosa succede all accensione di un calcolatore? Nel PC viene forzato l indirizzo della cella di memoria ove inizia il primo programma da eseguire (programma di bootstrap). Questo programma iniziale risiede in ROM. Non è modificabile!!!!

45 Memoria Cache Per migliorare le prestazioni di un computer si inserisce una memoria intermedia tra CPU e memoria centrale (RAM) detta Cache: In genere è interna al processore. Più veloce della RAM: T Cache ~ 1/5 T RAM Più costosa della RAM.

46 Memoria Cache (cont.) I dati e le istruzioni più frequentemente richiesti vengono memorizzati nella cache, in modo da diminuire il tempo di accesso ed aumentare quindi le prestazioni medie. Diventa cruciale il metodo per selezionare i dati e le istruzioni da inserire nella cache. Cache di primo (L1) e di secondo (L2) livello Dimensioni tipiche: da 256 KB ad 4MB

47 Memoria Cache (cont.) Senza cache: Tempo di accesso = tempo di accesso alla memoria. CPU Memoria RAM Con cache: Se il dato/istruzione è in cache, esso viene prelevato in un tempo minore. CPU Memoria RAM cache

48 Memoria secondaria La memoria secondaria (o di massa) è utilizzata per memorizzare in modo permanente le informazioni. Essa è di grande capacità ed è principalmente costituita da dischi magnetici, CD-ROM, DVD, nastri, Quando si vuole eseguire un programma, esso viene sempre caricato dalla memoria di massa alla memoria principale.

49 Memoria secondaria (cont.) Due tecnologie possibili: Magnetica Dischi magnetici (Floppy-disk, Hard-disk) Accesso casuale Operazioni di Lettura/Scrittura Nastri magnetici Accesso sequenziale (legato alla posizione del dato) Operazioni di Lettura/Scrittura Ottica CD-ROM, DVD Accesso casuale Operazioni di Lettura/Scrittura

50 Organizzazione fisica dei dati nei dischi I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori. Ogni settore è una fetta di disco. I settori suddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi. La suddivisione di un disco in tracce e settori viene indicata con il termine formattazione.

51 Traccia Blocco Testina Settore

52 Dischi magnetici Hanno una grande capacità di memorizzazione. I floppy-disks che siamo abituati a vedere hanno una capacità di 1,44 MB. IomegaZip 100MB Un disco fisso in genere ha la capacità di 500 GB. Sono molto più lenti delle memorie primarie. Tempo di accesso nell ordine dei milli-secondi, 10-3 sec. Sono molto economici rispetto alla memoria RAM.

53 Dischi Magnetici I principali dispositivi sono: Floppy Disk. Hard Disk. ZIP. Nastro Magnetico (Tape, DAT).

54 Dischi Magnetici Hard Disk e Floppy Disk hanno principi di funzionamento simili. Sono costituiti da un disco ricoperto da un materiale magnetizzabile e da alcune testine per leggere o scrivere.

55 Dischi Magnetici Il disco è suddiviso in tracce, cilindri e settori.

56 Dischi ottici Un disco CD-ROM (memoria ottica) ha la capacià di circa 640 MB. I DVD hanno la capacità più elevate (4GB). Nei DVD la tecnica usata è quella del multistrato. Inoltre, per pollice quadrato, è possibile immagazzinare molti più dati grazie alla maggior precisione del laser.

57 Dischi Ottici I principali dispositivi sono: CD Rom. DVD.

58 Dischi Ottici I dispositivi ottici utilizzano un raggio laser per leggere o scrivere i bit sul supporto. CD DVD

59 Altri Supporti I principali dispositivi sono: Pen Drive. Hard Disk Esterno (usb). Lettore Mp3.

60 Nastri magnetici. Sono stati molto utilizzati nei primi calcolatori. Oggi vengono soprattutto utilizzati come unità di backup, data la loro grande capacità di memorizzazione ed economicità.

61 Gerarchia di memorie registri velocità cache centrale capacità costo dischi nastri

62 Le Porte Al computer è possibile collegare alcuni dispositivi esterni per mezzo delle porte di comunicazione.

63 Le Porte Rete Parallela Tastiera Giochi Mouse PS2 Audio USB Seriale Video

64 Le Periferiche di I/O Il computer scambia informazioni con il mondo esterno per mezzo delle periferiche di Input / Output. Input - L inserimento di dati nel computer per l elaborazione. Output - Il trasferimento di dati dal computer a dispositivi che permettono all utente di vedere o ascoltare i risultati dell elaborazione.

65 Dispositivi di Input I principali dispositivi di Input: Tastiera. Mouse. Scanner. Webcam.

66 Dispositivi di Output I principali dispositivi di Output: Monitor. Stampante. Casse Audio.

67 Le Periferiche di I/O Alcuni dispositivi (monitor, stampante ) sono caratterizzati da un parametro, detto risoluzione. Poiché le immagini sono formate da punti, la risoluzione indica il numero di punti per unità di misura (es. DPI Dot per Inch).

68 Ogni punto dello schermo viene detto pixel (Picture Element, cioè elemento di immagine). Uno schermo che possiede un maggior numero di pixel darà un immagine più dettagliata, cioè avrà una maggiore risoluzione. La distanza tra due pixel viene detta dot pitch.

69 Le Periferiche di I/O Alta risoluzione Bassa risoluzione

70 Componente del calcolatore costituita dai: Programmi di base per la gestione del sistema (software di sistema) Programmi applicativi per l uso del sistema (si avvalgono dei programmi di base)

71 Il software di sistema è costituito dal sistema operativo e da tutti i programmi che in qualche modo servono per sfruttare le potenzialità del computer.

72 I software applicativi sono i programmi appositamente realizzati per svolgere determinate funzioni : videoscrittura, posta ( ), Internet (browser)

73 Le Applicazioni Office sono i pacchetti applicativi di uso più comune: Word, (elaborazione testi), Excel (foglio elettronico per il calcolo), Access (la gestione dei dati), PowerPoint (realizzazione di presentazioni), Publisher (per funzioni di editoria avanzata), ecc.

74 Interfaccia Utente L utente può interagire direttamente con il S.O. tramite l interfaccia utente. Due sono l interfaccia utente : interfaccia utente a linea di comando. interfaccia utente grafica.

75 Interfaccia a linea di comando Inizialmente esistevano solo le interfacce a caratteri dette a linea di comando.

76 Richiamare Interfaccia a linea di comando E possibile richiamare un l interfaccia a linea di comando da una Grafica.

77 Interfaccia Utente Le operazioni tipiche dell interfaccia utente sono: Ricerca di un file. Lista dei file. Cancellazione di un file. Esecuzione di un programma. Ogni S.O. ha poi un suo insieme di operazioni tipiche.

78 Interfaccia Utente grafica I nuovi S.O. mettono a disposizione interfacce utente grafiche, nelle quali i vari elementi del calcolatore vengono mostrati come oggetti. Questa rappresentazione, accomunata alla scrivania (desktop) fornisce una rappresentazione simbolica del calcolatore e dei programmi.

79 Graphical User Interface (GUI) L interfaccia dei moderni sistemi operativi e delle applicazioni è tipicamente grafica: il mouse si affianca alla tastiera e le scelte avvengono 'cliccando' su opportune icone e navigando attraverso menu; è possibile aprire contemporaneamente più applicazioni e passare dall'una all'altra con la sola pressione di un tasto.

80 Interfaccia Utente grafica

81 Interfaccia Utente grafica Nelle interfacce grafiche sono presenti le finestre, che sono oggetti che servono per accedere ad altri oggetti o per elaborare dati.

82 Interfaccia Utente grafica La finestra è composta da: Una barra del titolo. Barre di scorrimento orizzontale e verticale. Barra dei menù a tendina. Spazio di lavoro.

83 I segnali per comunicare ANALOGICO DIGITALE Gli esseri umani ed i computer utilizzano differenti tipi di segnali per comunicare.

84 Informazione analogica La voce umana e la trasmissione dei segnali di radio e televisione sono comunicazioni di tipo ANALOGICO dove le grandezze fisiche sono funzioni continue del tempo. V(t) t

85 Informazione digitale La trasmissione dei segnali nei computer ed in genere nei circuiti elettronici avviene in modo DIGITALE poiché le grandezze fisiche sono rappresentate da stati discreti. Nei circuiti di memoria di un computer lo 0 viaggia come un segnale a basso voltaggio e spegne gli interruttori (transistor), al contrario l 1 viaggia ad alto voltaggio e li accende.

86 Digitalizzazione dei segnali I segnali elettrici continui (analogici) vengono convertiti in segnali digitali. La conversione comporta un certo grado di approssimazione.

87 Da Analogico a Digitale V(t) soglia t V(t) 1 V(t) 1 soglia soglia 0 t 0 t

88 Precisione dei segnali I segnali digitali sono meno affetti da disturbi di trasmissione. La minore sensibilità al rumore consente di replicare perfettamente il segnale.

89 Precisione dei segnali (cont.) V(t) V(t) t t V(t) 1 V(t) 1 soglia soglia 0 t 0 t