Elementi di Informatica

Transcript

1 Elementi di Informatica Marco C. Leoni

2 Introduzione Computer = calcolatore, elaboratore. Macchina (elettronica) per il trattamento automatico delle informazioni. Programmabile. Esegue un numero limitato di istruzioni semplici: Somma di due numeri Controllo se il numero vale zero Copia informazione da una parte all altra della memoria Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 2

3 Evoluzione dei Calcolatori 1642: Blaise Pascal Calcolatore meccanico (somme e sottrazioni). Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 3

4 Evoluzione dei Calcolatori [2] 1671: G. W. von Leibniz Calcolatore meccanico (somme, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni). 1823: C. Babbage Macchina differenziale (somme e sottrazioni). Algoritmo polinomiale alle differenze finite. Risultati perforati su una piastra di rame. 1834: C. Babbage Macchina analitica (somme, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni). Leggeva le istruzioni da schede perforate e poteva eseguire qualsiasi algoritmo basato sulle operazioni implementate. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 4

5 Evoluzione dei Calcolatori [3] Macchina differenziale Macchina analitica Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 5

6 Evoluzione dei Calcolatori [4] 1936: K. Zuse Primo calcolatore funzionante a relè elettromagnetici (Z1). Valvole termoioniche (1ª generazione) 1943: Governo britannico Primo calcolatore digitale elettronico (COLOSSUS). 1946: J. Mauchley & J. P. Eckert valvole termoioniche, 1500 relè, 30 tonnellate, 180kW, 6000 interruttori a più posizioni (ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer). Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 6

7 Evoluzione dei Calcolatori [5] 1952: J. von Neumann Base dei moderni calcolatori (IAS). Parti principali: memoria, unità logica aritmetica, unità di controllo, dispositivi di input/output. Logica binaria. Memoria Unità di controllo Unità logica aritmetica Input Output Accumulatore Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 7

8 Evoluzione dei Calcolatori [6] Arrivano i transistor (2ª generazione) 1960: DEC Primo minicalcolatore (PDP-1), 50 esemplari venduti. Circuiti integrati (3ª generazione) 1964: IBM Prima famiglia di calcolatori (360). 1965: DEC Primo calcolatore a singolo bus (PDP-8). Microprocessori (4ª generazione) 1974: Intel Primo calcolatore general-purpose a 8 bit su singolo chip (8080). 1981: IBM Inizia l era del PC (Personal Computer). Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 8

9 Istruire il Computer Programma = sequenza di istruzioni che descrive come eseguire un certo compito. Le istruzioni vengono eseguite una dopo l altra. Un programma può essere interattivo o batch. Per poter essere eseguito, un programma deve prima essere convertito in istruzioni semplici. Linguaggio macchina = insieme delle istruzioni primitive di un calcolatore. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 9

10 Linguaggi Linguaggio macchina = molto semplice noioso e difficile da utilizzare. Organizzazione strutturata. Livello n: macchina fisica M n e liguaggio macchina L n Livello 1: macchina fisica M 1 e liguaggio macchina L 1 Livello 0: macchina fisica M 0 e liguaggio macchina L 0 Ogni livello vede (e comunica con) quelli adiacenti. La comunicazione avviene tramite interfacce standard il cambiamento di un componente non influisce sugli altri livelli. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 10

11 Schema Architetturale Central Processing Unit Basic Input Output System Random Access Memory Input / Output Bus Hardware CPU BIOS RAM I/O Bus Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 11

12 CPU Central Processing Unit Parte centrale del calcolatore. Dirige e controlla tutte le funzioni: coordina la memoria e le attività delle periferiche, esegue le operazioni aritmetiche e logiche. Tutte le operazioni seguono la logica binaria (0 e 1). Componenti della CPU: CU (Control Unit) ALU (Arithmetic Logic Unit) Registri Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 12

13 CPU [2] Control Unit Dispositivo che genera segnali di controllo: dirige le operazioni della CPU. Arithmetic and Logic Unit Parte del microprocessore dedicata a calcoli matematici e operazioni logiche (AND, OR, NOT, XOR, ). Possono esserci ALU anche all interno di altri dispositivi, per es. nella scheda grafica (in questo caso chiamata GPU = Graphics Processing Unit) o nella scheda audio. Registri Celle di memoria in cui è possibile leggere e/o scrivere dati. Sono usati per le operazioni interne alla CPU. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 13

14 Bus Bidirectional Universal Switch Linea di collegamento (insieme di fili elettrici) sulla quale viaggiano dati, indirizzi, istruzioni di controllo. Connette i diversi componenti. Esistono vari tipi di bus: PCI, ISA, MCA,. I componenti collegati devono essere compatibili con la tipologia del bus stesso. Ogni bus è caratterizzato da una ampiezza, che rappresenta il numero di bit che possono essere inviati contemporaneamente da un componente all altro. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 14

15 RAM E` la memoria principale di lavoro dell elaboratore. Viene cancellata allo spegnimento della macchina. Ospita i programmi in esecuzione e i dati in elaborazione. Random Access Memory Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 15

16 RAM [2] Esempio di slot per l alloggiamento della RAM. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 16

17 BIOS Basic Input/Output System Programma usato dal microprocessore per inizializzare il computer all accensione. Si occupa anche della comunicazione tra sistema operativo e periferiche di I/O. E` contenuto su una memoria EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory). Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 17

18 DispositividiI/O I/O = Input / Output Insieme di interfacce messe a disposizione dal sistema operativo ai programmi per effettuare uno scambio di dati o segnali con altri programmi, con l'utente (a livello sensoriale), col computer o col sistema operativo stesso. Hard disk, scheda video, scheda audio, tastiera, mouse, stampante, lettoremasterizzatore CD/DVD, floppy disk, web cam, monitor, scanner, modem, Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 18

19 DispositividiI/O [2] Le periferiche possono essere: solamente per input (tastiera, mouse) solo per output (stampante) per entrambe le funzioni (CD-ROM scrivibile). Le periferiche vengono gestite tramite i driver : accessorio del sistema operativo che consente la comunicazione tra sistema operativo e periferica; dev essere registrato nel sistema; è possibile aggiornarlo. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 19

20 Moderno Personal Computer 1. Display 2. Scheda madre (motherboard) 3. CPU (microprocessore) 4. Memoria principale (RAM) 5. Schede d espansione 6. Alimentatore 7. Drive del disco ottico 8. Memoria secondaria o di massa (hard disk) 9. Tastiera 10. Mouse Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 20

21 Sistemi Operativi SO, oppure OS (Operating System). Software che, tramite l interfaccia utente, consente l'invio di comandi al computer: controlla e gestisce tutto il traffico di dati all'interno del computer e fra questo e tutte le periferiche, operando anche come intermediario fra hardware e software di sistema e i diversi programmi in esecuzione. E il programma più importante che gira sul computer. Possono essere classificati in diversi modi: Multi-user Multiprocessing Multitasking Multithreading Real time Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 21

22 Sistemi Operativi [2] Per i PC i più noti sono: DOS, Windows (per es. 9x, 2000, XP), Unix, Mac/OS. I tre elementi computer/processore/scheda madre sistema operativo software da eseguire devono essere strettamente compatibili (per esempio, all'acquisto di un programma è essenziale controllare che sia compatibile con il sistema operativo installato sul nostro computer, oltre che con la sua configurazione). Un sistema operativo è composto da tre parti: interfaccia utente (shell), file system e kernel. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 22

23 Sistemi Operativi [3] Interfaccia utente Permette l interazione uomo macchina. File system Gestisce le richieste di accesso alle memorie di massa (per es. hard disk, cd-rom). Definisce il modo in cui i file sono immagazzinati e organizzati sul dispositivo d archiviazione. Può essere locale o distribuito (stoccaggio fisico dei dati su disco / condivisione di dati fra più computer collegati fra loro). File: insieme di informazioni codificate organizzate come una sequenza di byte e immagazzinate come un singolo elemento su una memoria di massa (all interno del file system esistente su di quest ultima). Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 23

24 Bit & byte bit = binary unit, unità di misura dell informazione: quantità minima di informazione che serve a discernere tra due possibili alternative equiprobabili. bit = binary digit, cifra binaria: ovvero uno dei due simboli del sistema numerico binario, classicamente chiamati zero (0) e uno (1). Definisce uno stato logico. byte = sequenza di bit, il cui numero dipende dall'implementazione fisica della macchina sottostante. Per convenzione negli ultimi anni lo si intende formato da 8 bit, quindi è in grado di assumere 2 8 = 256 possibili valori. bit = b byte = B Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 24

25 Multipli del byte Prefissi SI Prefissi binari Nome Simbolo Multiplo Nome Simbolo Multiplo kilobyte kb 10 3 kibibyte KiB 2 10 megabyte MB 10 6 mebibyte MiB 2 20 gigabyte GB 10 9 gibibyte GiB 2 30 terabyte TB tebibyte TiB 2 40 petabyte PB pebibyte PiB 2 50 exabyte EB exbibyte EiB 2 60 zettabyte ZB zebibyte ZiB 2 70 yottabyte YB yobibyte YiB 2 80 Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 25

26 Sistemi Operativi [4] Kernel Fulcro del sistema, gestisce tutte le parti: Memoria virtuale Gestore file system Driver per il controllo delle periferiche Schedulatore (assegna tempo di elaborazione ai processi in esecuzione) Diversi tipi: microkernel (funzioni base), monolitico (più veloce ed efficiente, più complesso da manutenere), modulare (separa alcune funzioni non essenziali). E il programma cuore che ha il compito di fornire ai moduli del sistema operativo e ai programmi in esecuzione le funzioni fondamentali e l accesso all hardware. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 26

27 Hard disk Il disco fisso è la memoria di massa principale. E utilizzato per memorizzare dati a lungo termine. Costituenti fondamentali: Uno o più dischi in alluminio o vetro, rivestiti da materiale ferromagnetico, in rapida rotazione. Due testine per ogni disco, una per lato (vicinissime alla superficie) le testine sono tenute sollevate dal movimento dell aria dovuto alla rotazione dei dischi e servono per leggere/scrivere i dati. Caratteristiche principali: Capacità (GB) Tempo di accesso (ms) Velocità di trasferimento (B/s) Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 27

28 Floppy disk Detti anche floppy o dischetti. E formato da: una scatola rettangolare o quadrata; un disco sottile e flessibile ( floppy). 3 ½ La lettura/scrittura delle informazioni avviene tramite il cosiddetto Floppy Disk Drive (FDD). 5 ¼ Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 28

29 USB Flash Drive Universal Serial Bus Standard di comunicazione seriale per interfacciare periferiche differenti. Chiave (chiavetta) USB, penna USB, pendrive. Memoria di massa, grande capacità ( 32MB). Veloci, leggere (pochi grammi), trasportabili, riscrivibili. Dimensioni molto contenute: solitamente qualche centimetro. Facili da utilizzare, non necessitano di alimentazione. Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 29

30 CD / DVD Compact Disc CD. CD±R, CD±RW, Capacità: MB. Digital Versatile Disc DVD. DVD±R, DVD±RW, DVD-RAM, DVD±R DL, DVD-D Capacità: GB Elementi di Informatica - Marco C. Leoni 30