Sistemi di Elaborazione delle Informazioni

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1 SCUOLA DI MEDICINA E CHIRURGIA Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Dott. Francesco Rossi a.a. 2016/2017 1

2 Programma del corso Informatica di base A Informatica di base B Rappresentazione delle informazioni Rappresentazione delle informazioni multimediali Le reti Le basi di dati A Le basi di dati B LAB di basi di dati Privacy e sicurezza informatica A Privacy e sicurezza informatica B LAB Protezione dei dati personali Sistemi operativi 2

3 SCUOLA DI MEDICINA E CHIRURGIA Università degli Studi di Napoli Federico II Contatti Dott. Francesco Rossi sito: 3

4 Cos è un computer? 4

5 Architettura di von Neumann Periferiche Processore (CPU) Bus Memoria 5

6 Processore E la parte del computer in cui avviene l elaborazione, ed è coinvolto in tutte le attività del sistema unità di controllo (CU) e unità logico aritmetica (ALU) Esegue operazioni elementari 6

7 Memoria E la parte del computer dove si trovano i programmi e i dati usati durante l elaborazione: memorizza le operazioni che devono essere eseguite dal processore memorizza i dati intermedi della computazione E volatile: se non è alimentata, la memoria viene persa! quando si spegne o si riavvia il computer, i dati in memoria vengono persi 7

8 Memoria RAM = Random Access Memory si può accedere a qualsiasi elemento in memoria senza dover scorrere tutti gli elementi precedenti 8

9 Memoria 9

10 BUS Serve per collegare processore e memoria: scheda madre (circuito stampato costituito da fili di rame, resistenze, condensatori, ) 10

11 Le periferiche Diverse periferiche possono essere collegate ad un computer. Si collegano attraverso il bus. Possono essere collegate ad un computer, ma non fanno parte di esso. Esempio: esistono computer senza tastiera? Sì, ad esempio alcuni palmari. 11

12 Esempi di periferiche Periferiche di input: Tastiera, mouse, etc... Periferiche di output: Monitor, stampante, etc... Periferiche di input-output: Hard disk, scheda di rete, etc... 12

13 Ma l hard disk non è una memoria?! Tecnicamente, non è una parte del computer ma una periferica di memorizzazione persistente ad alta capacità memoria non volatile! Tiene in memoria i programmi e i dati quando non sono utilizzati direttamente Il processo di salvataggio permette di copiare i dati (in modo permanente) dalla RAM all hard disk durante l esecuzione di un programma 13

14 L hardware Le componenti viste fino ad ora (processore, memoria, bus, periferiche) sono componenti fisiche: vengono chiamate hardware 14

15 Il software Quando un computer è in esecuzione, esegue dei programmi: insiemi di istruzioni finalizzate a risolvere un problema I programmi sono le componenti software di un sistema 15

16 Tipologie di software Software di sistema permette di gestire il computer: ha l obiettivo di rendere il sistema: semplice da usare, sicuro, efficiente... esempio: sistema operativo (Windows, UNIX (Linux), OS X) Software applicativo permette agli utenti di svolgere i loro compiti: esempi: programmi di scrittura, browser, il programma che stiamo usando per leggere le slides, 16

17 Ho una domanda Ok, ho capito cosa compone un computer, e cosa sono hardware e software, ma c è una cosa che non ho mai capito: Come fa a funzionare un computer? Come fa a decidere cosa deve fare? Chi glielo ha insegnato? 17

18 Seconda Parte: Il processore e le istruzioni elementari Se sono elementari non saranno poi così difficili da capire 18

19 Qual è lo scopo di un processore? Esegue istruzioni che sono: deterministiche possono avere una sola interpretazione elementari operazioni algebriche o logiche (come l AND) o poco di più Le istruzioni sono sequenze di 0 e di 1 sono memorizzate nella memoria 19

20 Quanto è veloce un processore? Quante operazioni esegue il processore in un secondo? cioè: qual è la frequenza del processore? La frequenza si misura in Hertz 1 Hz = 1 volta al secondo 1 MHz = volte al secondo Processori moderni raggiungono velocità superiori a 1 GHz = 1000 MHz = Hz 20

21 Come fa il processore a eseguire le istruzioni? Il ciclo macchina (o ciclo fetch/execute): Fetch = prendi qualcosa precedentemente immagazzinato 21

22 Istruzioni e parti del computer I computer sono costituiti da cinque parti: memoria, unità di controllo, unità aritmetico/logica (ALU), unità di input e unità di output 22

23 Dove sono memorizzate le istruzioni? Nella memoria, sotto forma di sequenze di bit La memoria contiene anche i dati su cui le istruzioni operano, cioè sequenze di bit che possono rappresentare: numeri interi, decimali, ecc. lettere (a, b, c,..., A, B, C) immagini, audio, filmati, ecc. 23

24 La memoria Insieme ordinato di locazioni: ogni locazione contiene 8 bit = 1 byte ogni locazione ha un indirizzo (un numero che la distingue dagli altri) l insieme è finito 24

25 La memoria (come la immagino io)

26 L utilizzo della memoria Con 1 byte si possono memorizzare un numero limitato di informazioni (vedremo più avanti quante) esempio: un istruzione occupa 4 byte Come facciamo a rappresentare dati che occupano più di un byte in memoria? usiamo locazioni consecutive ci riferiamo a loro usando l indice della prima locazione 26

27 Come sono fatte le istruzioni? ADD 4000, 2000, 2080 cosa fa: addiziona il valore contenuto all indirizzo 2000 con il valore contenuto all indirizzo 2080 e mette il risultato all indirizzo

28 Quale istruzione viene letta? Il numero della prossima istruzione da eseguire è memorizzato nel Program Counter Il PC viene incrementato automaticamente quando si finisce di interpretare un istruzione a meno che l istruzione non sia un salto. Esempio: inizio con PC=1 ed eseguo la prima istruzione 1. Add dopo istruzione PC=2 2. Mult dopo istruzione PC=3 3. Jump 10 dopo istruzione PC= Add

29 Come viene eseguita un istruzione? Stiamo per eseguire un istruzione ADD. 29

30 Come viene eseguita un istruzione? 1 passo del ciclo macchina: 30

31 Come viene eseguita un istruzione? 2 passo del ciclo macchina: 31

32 Come viene eseguita un istruzione? 3 passo del ciclo macchina: 32

33 Come viene eseguita un istruzione? 4 passo del ciclo macchina: 33

34 Come viene eseguita un istruzione? 5 passo del ciclo macchina: PC incrementato di 4 byte = istruzione successiva 34

35 Quali istruzioni esegue il processore? Istruzioni aritmetiche: ADD, MULT, DIV Istruzioni logiche: AND, OR Shift: spostamento di bit verso destra o sinistra Istruzioni di controllo del flusso: salti Spostamento di dati tra aree di memoria Ricezione di segnali dai dispositivi (periferiche) 35

36 Mmm, allora mi sa che non sto capendo C è qualcosa che non mi convince: ora stai usando delle slides, e se schiacci il tasto giusto, passi alla slide dopo. Quindi deve esistere l istruzione passa alla slide dopo! 36

37 I programmi Non esiste l istruzione passa alla slide dopo : il processore non sa neanche cosa sia una slide! Esiste una serie (lunga) di istruzioni elementari il cui effetto è quello di passare alla slide successiva La serie di istruzioni fa parte di un programma il programma si chiama PowerPoint, nel nostro esempio delle slide 37

38 Nella prossima lezione Come si scrivono i programmi Quali principi teorici esistono alla base dei programmi 38

39 Terza parte: Riepilogo Pesante, per essere la prima lezione! 39

40 Abbiamo visto Cos è un computer Macchina di von Neumann Differenza tra hardware e software e tra software applicativo e di sistema Cos è un processore e quali istruzioni esegue Cos è la memoria e cosa contiene 40

41 Glossario Processore, bus, memoria Periferiche (di input, output, di input e output) Hardware e software software di sistema e applicativo Bit, Byte Indirizzo di memoria 41

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