INFORMATICA GENERALE

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1 ISTITUTO TECNICO COMMERCIALE ANIENE INDIRIZZO PROGRAMMATORI APPUNTI DI INFORMATICA GENERALE A.S. 2010/11 Biennio - Sezione A Docente Prof. R. Apisa 1

2 E' meglio accendere una piccola candela che maledire l'oscurità (Confucio) 2

3 INDICE 1. Introduzione al computer Definizione di informatica Hardware e software Architettura del computer La memoria centrale Le memorie di massa Unità di misura delle memorie Classificazione dei computer Classificazione del software La scheda madre Le porte di comunicazione Come si rappresenta l'informazione nel computer La velocità del processore

4 1. Introduzione al computer 1.1. Definizione di informatica La parola informatica è una contrazione di due parole che sono informazione e automatica. Questo ci fa capire che l'informatica è quella disciplina che studia come rappresentare l'informazione in modo da trattarla in modo automatico, ossia mediante l'ausilio di calcolatori elettronici, detti comunemente computer Hardware e software Un computer è formato da un insieme di componenti elettronici che costituiscono l'hardware (parte dura) mentre l'insieme dei programmi che il computer esegue prende il nome di software (parte morbida) Architettura del computer L'architettura di un computer, detta architettura di Von Neumann, si può schematizzare come nella figura 1.1. Fig. 1.1 Come si può notare, c'è una unità di input che serve a immettere i dati nel computer. 4

5 Per esempio, la tastiera è una unità di input in quanto tramite essa riusciamo a inserire dei caratteri nel calcolatore. Questi caratteri possono essere lettere, cifre numeriche oppure dei caratteri come il punto, il punto e virgola, il punto esclamativo etc. Un altro esempio di unità (o dispositivo) di input è lo scanner che serve a catturare un'immagine e trasferirla al computer. Ma dove vanno a finire i dati che immettiamo nel computer? Vanno a finire in un componente che è la memoria centrale del computer, detta anche RAM (Random Access Memory, ossia memoria ad accesso casuale). Una volta che questi dati sono finiti in memoria devono essere elaborati. Immaginiamo di voler fare una somma tra due numeri, per esempio 3 e 4. Per fare questo dobbiamo usare il programma di windows che simula la calcolatrice. Una volta avviato il programma, digitiamo le due cifre (3 e 4) e poi premiamo sul tasto di uguale per farci restituire il risultato (Fig 1.2) Fig. 1.2 In memoria ci sono andati a finire sia il programma della calcolatrice, sia i numeri di cui si vuole calcolare la somma. Quindi la memoria centrale non contiene solo i dati ma anche i programmi che elaborano questi dati. In particolare, quando accendiamo il computer, possiamo notare che viene eseguito 5

6 in automatico il programma windows il quale viene caricato proprio nella memoria centrale del computer. Ma in che modo il computer esegue i calcoli? Lo fa grazie al processore, detto anche CPU (Central Processing Unit). Il processore è composto da due elementi: l'unità aritmetico-logica e l'unità di controllo. L'unità aritmetico logica è detta anche ALU (Arithmetic Logic Unit) e serve a eseguire i calcoli aritmetici (le quattro operazioni) e anche quelli logici. Dire che il computer sa fare i calcoli logici vuol dire che esso è in grado di fare discriminazioni logiche elementari tra i dati, come un essere umano. Per esempio, dati due numeri, un computer è in grado di stabilire se essi sono uguali o sono diversi. Nel caso in cui sono diversi, il computer è anche in grado di stabilire chi dei due numeri è il maggiore. L'unità di controllo è detta anche CU (Control Unit) si occupa dello spostamento dei dati e dei programmi tra la memoria centrale e l'alu. Una volta che l'elaborazione è terminata essa deve essere resa disponibile all'esterno della CPU. Ecco perché c'è bisogno di una unità di output come può essere un monitor o una stampante La memoria centrale La memoria RAM è formata da un insieme di celle, ognuna delle quali possiede delle informazioni che, come abbiamo visto sopra, possono essere dati e programmi (Fig. 1.3) Fig

7 Notiamo che ogni cella di memoria ha un indirizzo (rappresentato dalla colonna a sinistra), che serve a identificare la cella così come un numero civico identifica una casa. Dentro le celle le informazioni sono rappresentate da parole formate da 0 e da 1 (parole binarie). Quando si spegne il computer, tutto il contenuto della memoria centrale viene perso. Ecco perché essa viene detta anche memoria volatile. Oltre alla RAM, nel computer esiste un altro tipo di memoria centrale detta ROM (Read Only Memory) perché si tratta di una memoria di sola lettura, nel senso che noi non siamo in grado di inserire in essa i dati o i programmi, come facciamo per la RAM. La ROM contiene un programma che viene inserito dal costruttore e che serve al computer per avviarsi. Questo programma contenuto nella ROM è noto col nome di BIOS (Basic Input Output System) 1.5. Le memorie di massa Per conservare i dati e i programmi in modo permanente è necessario memorizzarli su supporti magnetici. Essi vengono detti memorie di massa. Le memorie di massa, a differenza della memoria centrale, consentono di mantenere l'informazione, anche dopo che il computer è stato spento. Se creo un file, lo salvo e spengo il PC, alla nuova riaccensione sono in grado di riappropriarmi dii tale file. Esistono diversi tipi di memorie di massa. Elenchiamo i principali: hard disk, CD-ROM(in sola lettura), pen drive, CD-RW (in lettura e scrittura) 1.6. Unità di misura delle memorie L'unità elementare di informazione è il bit (o oppure 1) che equivale ad acceso (nel caso di 1) o spento(nel caso di 0). Otto bit formano un byte. Per esempio, è un byte. Poi 1024 byte formano un kilobyte (KB) KB formano 1 megabyte (MB) MB formano un gigabyte (GB) GB formano un terabyte (TB) 7

8 Ecco la tabella riassuntiva (Fig. 1.4) 1 bit Unità elementare di informazione 8 bit 1 byte 1024 byte 1 KB 1024 KB 1 MB 1024 MB 1 GB 1024 GB 1 TB Fig. 1.4 Esercizio: Immaginiamo di avere un file di 12KB. A quanti bit corrispondono? In base alla tabella, corrispondono a 12x1024x8, ossia bit Classificazione dei computer In ordine di prestazioni, i computer si possono classificare nel seguente modo: Supercomputer Mainframe Minicomputer Personal Computer PDA (Personal Digital Assistant) Computer molto potenti e costosi, si usano nei centri di calcolo per operazioni molto complicate come le simulazioni. Sono computer grossi e costosi che si trovano in aziende o banche e servono a gestire i loro dati. A questo computer potente sono collegati diversi terminali che possono usare i programmi messi a disposizione del mainframe. Per questo si dice che il mainframe è multiutente Sono computer a metà strada tra un mainframe e un computer di casa. Si usano nelle medie imprese e anche essi sono multiutente E' il computer che siamo abituati a vedere e può essere usato da una sola persona. Per tale motivo è detto monoutente. La versione da scrivania è detta desktop mentre quella portatile è detta laptop o notebook. I PDA (Personal Digital Assistant) sono dei piccoli computer con un minischermo che servono principalmente a svolgere funzioni di agenda elettronica. 8

9 1.8. Classificazione del software Il software si classifica in software di base e applicativo. Quello di base è costituito dal sistema operativo (Windows, Mac, Unix, Linux etc) il cui compito è quello di permettere il funzionamento dell'hardware. Il software applicativo è un insieme di programmi che servono a soddisfare determinate esigenze. Alcuni di essi sono usati da una massa molto grossa di utenti, come il pacchetto Office formato da Word, Excel, Access e Power Point. Altri programmi vengono invece costruiti su misura per l'utente. Significa che chi ha bisogno di un software particolare, si rivolge ad un professionista e se lo fa sviluppare pagandogli il lavoro che svolge La scheda madre La scheda madre è il componente hardware principe del computer. Infatti esso ospita tutti i componenti del computer, come la memoria centrale, il processore e altre varie schede di espansione, come la scheda grafica e quella sonora. Le schede di espansione si inseriscono negli slots presenti sulla scheda madre Le porte di comunicazione Un computer comunica col mondo esterno attraverso delle prese che si chiamano porte di comunicazione. Ne esistono di vari tipi: (Fig. 1.5) Porte seriali: La comunicazione seriale è chiamata così poiché i bit viaggiano in serie, o meglio, uno dopo l'altro, in un unico canale di comunicazione. Ciò limita la velocità in quanto il sistema si vede obbligato a mandare un'unica unità di dati (byte) alla volta, piuttosto che più unità come avviene con le porte parallele e USB. Le porte seriali hanno 9 o 25 piedini, detti anche pin. Porte parallele: La trasmissione di dati in parallelo consiste nell'inviare dei dati simultaneamente su più canali (fili). Le porte parallele presenti sui PC permettono di 9

10 inviare simultaneamente 8 bit (un byte) attraverso 8 fili. Le porte parallele, a differenza di quelle seriali, hanno i forellini. Porte USB: USB sta per universal serial bus. Ed è veloce più di 50 volte rispetto alla porta seriale Porta parallela Fig Come si rappresenta l'informazione nel computer poiché un elaboratore serve a elaborare i dati, è necessario trovare un sistema per rappresentarli. Quando noi digitiamo un carattere sulla tastiera, per esempio la lettera 'A', essa deve avere una opportuna rappresentazione nella memoria centrale del calcolatore. E' necessario associare ad ogni carattere una rappresentazione che sia 10

11 comprensibile al computer. E l'unica comprensibile al computer è la rappresentazione nel sistema binario, ossia un sistema di numerazione che fa uso dei soli simboli 0 e 1. Invece il sistema di numerazione a cui siamo abituati noi è il sistema decimale perché fa uso di dieci simboli che sono le cifre da 0 a 9. Per rappresentare un carattere della tastiera si usa una sequenza di otto cifre fatte di 0 e 1. Tale sequenza è detta sequenza binaria o parola binaria. Perché si usano esattamente otto cifre? La risposta sta nel fatto che i caratteri che dobbiamo rappresentare nel calcolatore sono quelli che vediamo sulla tastiera (lettere minuscole, lettere maiuscole, numeri, caratteri di interpunzione, etc) ed altri caratteri speciali, non visibili sulla tastiera. In totale, i caratteri da rappresentare sono 256. Per rappresentare 256 caratteri con parole binarie ho bisogno di 8 cifre. Infatti con una sola cifra le combinazioni che posso avere sono: 0, 1 Immaginiamo di fare le seguenti associazioni: 0 A 1 B Ossia, con una sola cifra, possiamo rappresentare solo due caratteri (Notiamo che 2 = 2 1 ). Ora vediamo che succede con due cifre. Le combinazioni sono: 00,01,10,11. Immaginiamo di fare le seguenti associazioni: 00 A 01 B 10 C 11 D Ossia, con due cifre, possiamo rappresentare 4 caratteri (Notiamo che 4 = 2 2 ). Ora vediamo che succede con tre cifre. Le combinazioni sono: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110,111 Immaginiamo di fare le seguenti associazioni: 11

12 000 A 001 B 010 C 011 D 100 E 101 F 110 G 111 H Ossia, con tre cifre, possiamo rappresentare 8 caratteri (Notiamo che 8 = 2 3 ). Se ripetiamo lo stesso ragionamento per quattro cifre, ci accorgiamo che possiamo rappresentare 16 caratteri (Notiamo che 16 = 2 4 ). Allora con 8 cifre possiamo rappresentare 256 caratteri (Notiamo che 256 = 2 8 ) La velocità del processore La velocità del processore di un computer descrive il numero massimo di calcoli al secondo che il processore può eseguire e viene espressa in Megahertz (MHz) o Gigahertz (GHz). Un processore di 1 MHz è capace di fare un milione di operazioni al secondo, mentre uno di 1 Ghz è capace di fare 1miliardo di operazioni al secondo. 12