Sommario della Lezione

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2 Sommario della Lezione Lastrutturadibasediuncalcolatore: Memoria di massa, dispositivi di input, dispositivi di output. 2

3 La Memoria di massa 3

4 La Memoria di massa Le memorie di Masse comprendono due elementi distinti: Il dispositivo di lettura/scrittura (detto anche driver) Il supporto di memorizzazione vero e proprio (il CD, il FD, ecc ) Scrivere significa copiare dati dalla RAM al supporto Leggere significa copiare dati dal supporto alla RAM 4

5 Interazione tra RAM e Memoria di massa Quando si utilizza un programma qualsiasi, ad esempio uno di videoscrittura, bisogna: Caricarein RAM il documentogiàesistenteepresentesu disco(o crearne uno nuovo) Aggiornarlo, apportando tutte le modifiche necessarie Salvare il documento modificato, cioè memorizzare su disco quello che si è scritto (che si trova ancora nella RAM) per non perderne il contenuto. 5

6 La memoria magnetica Una particella magnetica ha due poli: uno negativo uno positivo Il disco è un supporto magnetico, cioè la sua superficie presenta tante piccole particelle magnetiche, messe una accanto all altra, ognuna allineata in uno dei due possibili versi (il tipo di allineamento corrisponde al valore del bit da memorizzare) 6

7 La memoria magnetica Mentre il disco gira la testina di lettura/scrittura emette piccoli impulsi elettrici Questi impulsi hanno l effetto di invertire la polarità delle particelle che incontrano sulla superficie del disco. In fase di lettura avviene il processo inverso: le particelle magnetizzate inducono nella testina una corrente elettrica chevienetrasmessacomeunasuccessionedi 0edi 1 7

8 La memoria ottica Sono dischi (CD e DVD) in cui la memorizzazione avviene alterando o meno la superficie tramite la luce prodotta da un raggio laser. Memorizzazione dei dati binari Sulla superficie di un disco vengono incisi dei buchi (o scanalature) che rappresentano il bit 1, l assenza della scanalatura (detta intersolco) rappresenta il bit 0 Un dispositivo, il rivelatore fotoelettrico, misura i diversi gradi di rifrazione della luce, che vengono poi trasformati in bit 8

9 La memoria ottica 9

10 Caratteristiche delle memorie di massa Accesso diretto o sequenziale Organizzazione in tracce circolari e settori (solo per le memorie magnetiche) Capacità: quanti dati possono essere memorizzati Rimovibilità: alcuni supporti possono essere rimossi (FD, CD, DVD) e fungere da memoria off-line. La memoria online è invece quella direttamente disponibile Velocità di accesso 10

11 Dischi magnetici Un disco consiste in un certo numero di piatti con due superfici a testa che ruotano attorno ad un perno centrale Ogni superficie dispone di una propria testina di lettura/scrittura che si può spostare da una traccia all altra Le superfici sono organizzate in cerchi concentrici (tracce) e in spicchi di ugual grandezza (settori). Tipiche capacità perunsettoresono512, 1024, 2048e4096 bytes Il disco durante il funzionamento ruota a velocità costante 11

12 Organizzazione di un disco magnetico La formattazione crea la suddivisione in tracce e settori 12

13 Accesso ai dati La testina si posizione su traccia e settore desiderati 13

14 Tempo di accesso al disco Per effettuare il trasferimento dei dati in RAM occorre disporre di un area di memoria (buffer) di dimensioni pari al blocco 1. Spostamento della testina(seek) verso la traccia richiesta; 2. Attesa che il settore arrivi sotto testina 3. Trasferimento dei dati in/da memoria centrale, solitamente eseguito da un processore dedicato (Direct Memory Access, DMA) Calcolo del tempo di accesso Ti/o = Tseek + Trotazione+ Ttrasferimento(Tseekè il più lungo) Tseek (15ms 1ms) Latenza di rotazione (6 ms 3 ms) RPM Velocità di trasferimento (5 Mbyte/sec 20 Mbyte/sec) 14

15 Tipi di dischi magnetici hard disk Contenitore a chiusura ermetica nel quale trovano posto più piatti di vetroceramica o di alluminio, montati tutti sullo stesso asse e distanti tra loro qualche millimetro Tra i dischi si infilano una serie di testine di lettura scrittura (una per ogni faccia) Le coordinate di riferimento come per i dischetti sono: facce, tracce, settori L insieme di tutte le tracce sovrapposte prende il nome di cilindro 15

16 Tipi di dischi magnetici hard disk Il disco è in continua rotazione (3.600, 5.000, e anche giri al minuto) Le testine di lettura/scrittura non vengono mai a contatto diretto con la superficie del disco, ma girano su un cuscinetto d aria molto sottile Una piccola particella può fare entrare in contatto testina e disco Un incidente del genere (il disco ha una velocità di quasi 100 Km/h) può provocare danni irrecuperabili (crash della testina) 16

17 Tipi di dischi magnetici hard disk Il software di gestione della periferica (il drive) gestisce la tabella(interna) dei settori danneggiati (bad blocks), sono settori che non possono essere utilizzati a causa di imperfezioni di superficie. Questa tabella è creata durante la formattazione a basso livello ed è aggiornata durante le operazioni di formattazione ad alto livello(o a seguito di operazioni di analisi approfondita della superficie del disco) Una partizione di un disco è una sua suddivisione in una o più zone, ognuna delle quali può contenere ed essere gestita da un differente sistema operativo 17

18 Dischi ottici Sono dischi su cui la memorizzazione dei dati avviene bruciando con un laser la superficie, che da lucida diviene così opaca. Normalmente i dati scritti su un disco ottico non possono più essere cancellati, esistono tuttavia dei dischi particolari (CD riscrivibili) che consentono la cancellazione e la riscrittura per un numero comunque limitato di volte (ad ogni cancellazione la superficie tende a deteriorarsi sempre di più finché non diventa inutilizzabile). 18

19 CD-ROM (Compact Disk) Sono esattamente gli stessi CD usati per la musica, la sigla ROM (Read Only Memory) indica il fatto che i dati, una volta scritti su CD, sono indelebili e potranno essere soltanto letti. La capacità tipica è di 700 MByte (che nei CD audio corrisponde a 74 minuti di registrazione), ma esistono anche modelli leggermente più capienti. Un CD vergine (scrivibile con un masterizzatore) costa da 50 centesimi a 2 Euro, a seconda della marca e della qualità. I più economici sono ovviamente più soggetti a difetti di fabbricazione. Esistono anche modelli che presentano un lato stampabile (usando stampanti particolari), ottimi per riprodurre perfette copie pirata di CD originali. La scrittura su CD è sempre un'operazione piuttosto complessa e delicata in quanto deve avvenire seguendo un ritmo costante e senza interruzioni. Se, per qualunque motivo, il flusso di dati durante la scrittura rimane bloccato, il CD è da buttare e bisogna ricominciare tutto da capo con uno nuovo. 19

20 DVD (Digital Versatile Disk) Esteriormente sono in tutto simili ai CD-ROM, ma possono contenere da 9 a 17 GByte (cioè fino a 25 volte la capacità di un normale CD). Sono usati da alcuni anni soprattutto per i film digitali, tuttavia possono benissimo contenere anche i normali dati come i CD ROM; il problema è che lo standard dei DVD ancora non è stato definito del tutto. Per leggere i DVD occorre un lettore CD appropriato (i normali drive per CD non sono in grado di farlo). Il lettore DVD invecesempreingradodi leggereanchei normali CD- ROM. 20

21 Densità di DVD e CD a confronto 21

22 La compressione Aumento di dimensione dei programmi Aumento del numero dei programmi Aumentodidimensioneidati Primaopoicisaràbisognodiaverealtrospaziosudisco! Metodi applicabili: Eliminazione dei files inutili (ad esempio temporanei) Compressione di files/cartelle/dischi Inoltre un disco pieno rallenta le operazioni di memorizzazione e di accesso (il SO fatica a trovare spazio libero su disco per i programmi che sono in esecuzione) 22

23 La compressione Compressione di un singolo file Fileditestosicomprimeanchedel 50% Filedi immaginibitmapsicomprimeanchedel 90% Compressione di più files o di un intera cartella Vantaggio: tutti i files verranno inseriti in un unico file archivio Possibile decomprimere ed estrarre anche i singoli files Compressione del disco: Tutto il disco viene compresso e i nuovi files verranno memorizzati già in versione compressa Infasedi letturaodiesecuzioneilfileverràdecompressodalsistema Rallentate le operazioni di lettura/scrittura su HD 23

24 La gestione gerarchica della memoria Criteri per valutare una memoria di massa: Tempodiaccesso Costo dei dispositivi Per i dati di uso frequente conviene usare dispositivi più veloci (e più costosi) 24

25 Back-up Copia di salvataggio dei files più importanti Ilcostomaggioreinunsistemainformaticoèquellodeidati Possono verificarsi incidenti quali Furtodeidischiodeicomputer Accesso non autorizzato con conseguente distruzione (deliberata o meno) dei dati Infezione da virus Impatto della testina sul disco (con conseguente distribuzione fisica diparteodituttoildisco) Spesso il supporto di back-up è off-site (cioè fisicamente lontano dal computer) 25

26 Supporti di memorizzazione per il Back-up Accesso diretto. HD CD-ROM e DVD-ROM Ad accesso sequenziale. Nastri Cassette 26

27 Confronto tra memorie di massa 27

28 Dispositivi di Input e Output Per poter interagire con il PC bisogna avere dispositivi che consentono di dare ordini e visualizzare risultati Gli strumenti che di relazionarsi con un PC si dividono in due grandi categorie I dispositivi di Input: che consentono all utente l inserimento di informazioni e dati nel computer. Comprendendo periferiche quali la tastiera, il mouse, il microfono, i lettori ottici, le telecamere, ecc: I dispositivi di output: che consentono, invece, al computer di visualizzare e produrre l informazione elaborata. Tali periferiche comprendono la stampante, il monitor, il plotter, gli altoparlanti ecc. 28

29 Dispositivi di Input e Output 29

30 La tastiera La tastiera: rappresenta lo strumento di input maggiormente utilizzato per l immissione di dati e per dialogare con il computer in modo da fornirgli le informazioni necessarie all elaborazione. La maggior parte delle tastiere è formata da 101 tasti, ognuno dei quali agisce come un interruttore a molla, in grado di emettere un impulso elettrico ogni volta che viene premuto. Il layout della tastiera chiamato qwerty (il nome deriva dalle prime sei lettere presenti sulla sinistra della tastiera), quella che è utilizzata in Italia, si rifà fedelmente a quello della macchina da scrivere. 30

31 La tastiera Adognitastosonoassociati 1, 2o3caratteri 31

32 La tastiera Per ovviare ad eventuali problemi di spazio sulla scrivania, sono consigliabili tastiere di dimensioni ridotte. Le più moderne consentono un collegamento senza fili, che avviene attraverso la trasmissioni di raggi infrarossi. In questo modo è possibile tralasciare quei fastidiosi cavi che si attorcigliano sulle nostre scrivanie. Una novità che è interessante sperimentare è rappresentata dalle tastiere ergonomiche, che si differenziano da quelle tradizionali per la loro sagomatura. Queste tastiere consentono di lavorare in maniera ideale evitando l insorger di problemi alla muscolatura e aitendinidellemaniedeipolsi. Il suo primato inizia ad essere minacciato dalla comparsa dei pacchetti applicativi per il riconoscimento vocale utilizzati per dettare al computer. È probabile che nell arco di pochi anni il microfono diventi il dispositivo di input privilegiato per interagire conil PC. 32

33 Il mouse Il mouse: è uno strumento di puntamento e ha avuto il suo impiego con la nascita di sistemi operativi dotati di interfaccia grafica, come Windows e MacOS Permette di selezionare i menù a discesa, puntare e cliccare su i singoli oggetti presenti sullo schermo (icone o pulsanti), oppure applicare la tecnica del drag & drop per trascinare gli oggetti da una parte all altra dello schermo o per lasciarli cadere su un altro oggetto (per esempio si vuole eliminare un icona presente sullo schermo). Sul mouse inoltre sono presenti due o tre tasti: il tasto di sinistra è sicuramente quello più usato (quando infatti si legge di far clic o doppio clic solitamente si intende di farlo sul tasto sinistro); al tasto destro (e a quello centrale, se presente) sono associate solitamente funzioni particolari quali quelle di far apparire i menù di scelta rapida oppure di permettere lo scorrimento della finestra. Gli utenti mancini possono invertire i tasti del mouse utilizzando l apposita utility del sistema operativo. 33

34 Il mouse Il trackball: funziona come un mouse rovesciato anziché fare scorrere la pallina premendo leggermente sul mouse e provocandone il trascinamento sul tavolo, la si aziona direttamente con un dito. Il touchpad è un dispositivo di puntamento alternativo al mouse costituito da una piastrina rettangolare, sensibile al tatto,sullaqualesifascorrereildito I vantaggi di questa soluzione sono costituiti dal ridotto ingombro e dalla possibilità di lavorare anche senza un piano d appoggio. Di conseguenza il touchpad ha trovato largo impiego sui notebook. 34

35 La scanner 35

36 Videocamere digitali Possono essere collegate direttamente al computer per guardare i filmati su schermo o per immagazzinarli su Hard Disk Per collegare una telecamera analogica è necessario che il computer sia dotato di una scheda speciale (molto costosa) detta di acquisizione video 36

37 Il microfono Il microfono: stà per diventare una periferica di input molto importante grazie alla comparsa dei programmi di dettatura al computer Inoltre è già utilizzato insieme ad applicazioni quali il registratore di suoni per creare file sonori in modo da personalizzare alcune applicazioni. 37

38 Il monitor CRT e LCD Il monitor è tra i più comuni dispositivi che consentono di visualizzare i risultati delle elaborazioni effettuate dal computer. Lo schermo CRT è dotato di un tubo a raggi catodici, tecnologicamente simile a quello di un televisore. Lo schermo LCD, invece, è uno schermo a cristalli liquidi, più leggero e meno ingombrante del primo, utilizzato per i computer portatili, ma piuttosto costoso. La dimensione del monitor è misurata in pollici e calcolata sulla sua diagonale. Lo schermo LCD può essere a: Matrice passiva Matrice attiva (TFT-LCD) producono immagini più luminose e nitide, ad un costo maggiore e con un maggiore dispendio di energia. 38

39 Il monitor pixel Per generare un immagine, il monitor è suddiviso in una griglia di punti luminosi. La dimensione dei punti (dot pitch) determina la nitidezza dell immagine. Quanto più è piccolo il pixel, tanto più nitida è l immagine. Unbuonvalorenonsuperagli 0,26dotpitch 39

40 Il monitor caratteristiche Le caratteristiche sono: Dimensione del monitor, misurata in pollici, calcolati sulla sua diagonale Dimensione del singolo pixel, misurata Dot Pitch Numero di colori visualizzabili da ogni simbolo pixel Risoluzione grafica, data dal numero massimo di punti visualizzabili perognirigaeperognicolonnadelloschermo Frequenza di scansione (o refresh), ossia quante volte in un secondo lo schermo viene rinfrescato, fattore importante per la stabilità dell immagine 40

41 Il monitor numero di colori 256colori Inquestocasoperrappresentareunpixelèsufficienteunbyte colori (modalità true color). In questo caso il colore del pixel è dato dalla composizione di 3 colori principali (rosso, verde e blu), ognuno dei quali presenta 256 variazioni In questo caso per rappresentare un pixel è sufficiente 1 byte per ognuno dei colori base(in quanto ognuno ha 256 variazioni), per un totale di 256x256x256 = gradazione di colore per pixel. Ogni pixel richiede, quindi, 1+1+1=3 bytes(24 bits) per essere rappresentato 41

42 Il monitor la risoluzione La risoluzione di un monitorèdato dal numero massimo di pixel che sono visualizzabili sullo schermo Risoluzioni standard: VGA(VideoGraphicsArray):640x480 SVGA(SuperVGA):800x600 XGAExtended GraphicsArray):1024x768 Un monitor che supporta una risoluzione, supporta anche quelle inferiori(monitor Multifrequenza o Multisync) A parità di dimensione fisica del monitor, quanto più è bassa la risoluzione tanto più grandi sono i pixel, tanto più grande, ma più sgranata, risulterà l immagine 42

43 Il monitor la risoluzione Caratteri ed immagini sono costituiti da un numero fisso di punti(bitmap) Quando aumenta la risoluzione di uno schermo, a parità di dimensione fisica dello stesso, diminuisce la dimensione dei punti, per cui l immagine apparirà più piccola. Esiste un rapporto ottimale tra dimensione dello schermo e sua risoluzione 43

44 Il monitor confronto VGA SVGA - XGA Stessa immagine (500x405 a 24 bits) Stesso monitor (17 pollici) Risoluzioni differenti 44

45 Il monitor refresh Un video con risoluzione 1024x768 presenta pixel e richiede bytes complessivi (ogni pixel richiede 3 bytes) Le immagini sul video vanno rinfrescate un certo numero di volte al secondo perché il monitor non è in grado di conservale per più tempo. Un buon monitor effettua almeno cicli di refresh al secondo. In definitiva sul monitor devono essere spediti 2,25 Mb per 60-80voltealsecondo,cioè MBdidatialsecondo 45

46 Il monitor memoria Il video ha associata una memoria RAM per memorizzare l immagine da visualizzare 800 x 600 = pixel. Memoria necessaria per ogni schermata: x1byte= bytes(per256colori apixel, corrispondentead una pessima qualità video) x3 bytes= bytes(per coloriapixel) 1024 x 768 = pixel. Memoria necessaria per ogni schermata: x 1 byte = bytes (per256 colori a pixel, corrispondente ad una pessima qualità video) x3bytes= bytes(per coloriapixel) 46

47 Il monitor Bus AGP Per risolvere questo problema, la scheda video si affaccia su una linea di trasmissione ampia, il bus locale. Esempi (in ordine cronologico) ISA(industryStandardArchitecture),a8ea16 bit EISA (Extended Industry Standard Architecture), estensione a 32 bit di ISA. Potente ma costoso, EISA non ha avuto una diffusione di massa e si avvicina ad essere abbandonato PCI(Peripheral Component Interconect) AGP(accelerated Graphic Port) Inizialmente i bus locali riuscivano a trasmettere 5 MB al secondo(bus ISA) Attualmente, con il bus AGP 4x, è possibile trasmettere fino a1067 MBalsecondo 47

48 Le stampanti Per ottenere su carta ciò che è stato preparato a video occorre utilizzare le stampanti. Nelle aziende spesse esse vengono condivise da un ampia utenza, tramite le reti locali. Esistono diversi modelli di stampante, che differiscono tra quelle in grado di fornire stampe in bianco e nero e quelle che supportano il colore. Le tecnologie più utilizzate sono le seguenti: adaghi a getto d inchiostro termica laser 48

49 Le stampanti - caratteristiche La differenza tra le varie tipologie dipende: dal tipo di tecnologia adottata, dal numerodicolori, dallavelocitàdistampae dai supporti utilizzati La scelta varia da quelle a getto d inchiostro, di uso amatoriale, che si trovano in commercio a un prezzo economico pur soddisfacendo le più comuni esigenze di stampa, alle più sofisticate laser, di uso professionale, più evolute e costose. 49

50 Le stampanti costi di esercizio Quando si acquista una stampante, oltre alla spesa iniziale, occorre tener conto dei costi di esercizio, su cui incidono: Il costo delle singole cartucce, dei nastri di inchiostro, dei toner ecc. Iltipodicartasuggerita. Ilcostodistampa,persingolacopia. 50

51 Le stampanti ad aghi e a getto d inchiostro Le stampanti ad aghi sfruttanol impattodi unaseriedi aghi contro un nastro inchiostrato, trasferendo l inchiostro sulla carta. Laqualitàdistampadipendedal numerodiaghi. Questo tipo di stampante è piuttosto rumorosa e la qualità della stampa ottenuta risulta abbastanza scadente; è particolarmente adatta nel caso di stampe su modulo continuo. Le stampanti a getto d inchiostro spruzzano piccoli getti d inchiostro sulla carta o sul lucido. Sono piuttosto silenziose, ma solo relativamente veloci. Lecartucceduranopocoesonocostose Sono però meno costose delle stampanti laser e danno una qualità comparabile La stampa può presentare sbavature e dopo qualche tempo la stampa può scolorirsi 51

52 Le stampanti termiche e laser Le stampanti termiche imprimono la carta bruciando dei punti su di essa, tramite un gruppo di piccoli e veloci elementi riscaldanti. Risultano tra quelle più economiche e sono utilizzate spesso nelle calcolatrici da tavolo e nei fax di basso costo. Richiedono carta speciale, trattata chimicamente, che può scolorire nel tempo. Le stampanti laser sono dotate di un alta qualità di stampa. Sono silenziose e veloci, e generano un immagine trasferendo sulla carta, mediante particelle di toner elettrostatico, la scansione ottenuta da un raggio laser. 52

53 Le stampanti laser Una stampante laser compone l intera pagina prima di stamparla e ne conserva una copia in memoria fino ad ultimazione della stampa. Una pagina con grafici richiede molta memoria L immagine è costituita da piccoli punti molto ravvicinati tra loro. Una buona stampante laser da tavolo, non molto costosa, riesceastampareanche1200 punti perpollice(dpi = dotper inch) 53

54 Stampante laser a colori Laser a colori presenta 4 cartucce di toner, una per ognuno dei 4 colori primari sottrattivi. Il foglio viene passato 4 volte, per l applicazione successiva dei 4 colori: Giallo, Magenta,Cyan e Nero. 54

55 Confronto tra stampanti 55

56 Schede audio e casse acustiche Altri dispositivi di output che vengono forniti con il computer hanno a che vedere con il sistema sonoro: sonolaschedaaudioelecase acustiche. In seguito all installazione di una scheda audio è possibile creare composizioni musicali, eseguire applicazioni multimediali o semplicemente ascoltare un CD. La scheda audio elabora i dati digitali, li trasforma in analogici e li trasferisce agli altri altoparlanti dei computer. 56

57 Gli altoparlanti La scelta degli altoparlanti deve avvenire in funzione della scheda audio. Se la scheda audio comprende solo le funzioni di base vanno usate casse economiche. Se la scheda audio è capace di riproduzioni audio di alta qualità e effetti particolari come il Dolby surround è preferibile usare casse di qualità superiore e impianti audio sofisticati. Sarebbe inutile usare casse di alta qualità con una scheda audio scadente, o viceversa. 57

58 Dispositivi di I/O: il modem Il modem è un dispositivo che permette di trasferire i dati da un computer ad un altro attraverso una connessione telefonica. I dati digitali del computer devono essere convertiti in un segnale analogico per poter essere spediti via cavo telefonico. A destinazione avviene il processo inverso(demodulazione) Possono essere: esterni al computer(collegati con un cavo) interni(in forma di scheda di espansione) La velocità con cui i modem sono in grado di scambiare i dati si misura in Kbit/secondo (Kbps), ovvero in numero di bitcheilmodemriesceatrasferireinunsecondo. 58

59 Modem Standard - Per la normale linea telefonica. Trasferiscono dati alla velocità di 56 Kbps. Quando il modem è collegato, lalineaèoccupataenonsipuòusareiltelefono. ISDN - raggiungono i 128 Kbps, ma necessitano della linea ISDN. ISDN consente l'uso del telefono mentre il modem è collegato, sacrificando, però, metà della velocità. ADSL - raggiungono tra gli 1 e i 4 Mbps, ma necessitano della linea ADSL che costituisce un collegamento 24 ore su 24con lareteenon interferisceinnessunmodocol telefono GSM - Per i collegamenti tramite cellulare. Ogni marca di cellulare produce un modem (in forma di scheda) compatibile coi propri modelli di telefonino. 59