Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni. Marco Falda Dipartimento di Ingegneria dell Informazione tel

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1 Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Marco Falda Dipartimento di Ingegneria dell Informazione tel

2 Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Rappresentazione delle Informazioni testi, numeri, immagini, suoni Strumenti per elaborarle: calcolatori elettronici architettura fisica, logica e di rete cenni alla programmazione 2 / 50

3 Testi Diapositive sul sito Consigliati L. Console, M. Ribaudo, U. Avalle: Introduzione all Informatica nuova edizione, UTET, J. Glenn Brookshear: Informatica una panoramica generale, 9 a edizione. Pearson, / 50

4 Altre informazioni Esame: circa 30 domande a risposta multipla Ricevimento: su appuntamento 4 / 50

5 Programma Concetti di Base 1. Architettura 2. Sistemi Operativi 3. Reti di Calcolatori 4. Codifica dell Informazione 5. Algoritmi, Linguaggi e Programmi 5 / 50

6 Sovraccarico di informazioni Stiamo producendo l equivalente di milioni di MB di dati per ogni abitante della Terra Più del 90% dei dati sono conservati sotto forma digitale nei computer, per risparmiare spazi e risorse rispetto la carta il video e pellicole 6 / 50

7 Sovraccarico di informazioni Purtroppo non ci sono ancora strumenti completi per accedere a tutta la informazione disponibile Le informazioni non indicizzate ammontano a più di 500 miliardi di documenti già presenti in Rete, mentre la parte indicizzata è di circa 5 miliardi di documenti con uno sviluppo di milioni di nuove pagine al giorno 7 / 50

8 Interazione tra uomini e calcolatori 8 / 50

9 Compiti dell Informatica Medica [N. Lorenzi] Produrre strutture per rappresentare dati e conoscenze visualizzare relazioni complesse Sviluppare metodologie per l acquisizione e la presentazione dei dati evitare il sovraccarico per l utilizzatore 9 / 50

10 Compiti dell Informatica Medica [N. Lorenzi] Gestire il cambiamento tra le persone, i processi e la tecnologia dell informazione ottimizzare l utilizzo delle informazioni Integrare le informazioni da diverse sorgenti in applicazioni permettere la massima efficacia di utilizzo 10 / 50

11 Settori di applicazione Information Technology amministrazione (appuntamenti, contabilità) applicazioni specialistiche (patologie, farmaci) gestione degli esami medici (digitalizzazione, refertazione assistita) Telemedicina (telecardiologia, teleradiologia,...) Trattamento elettronico delle informazioni scientifiche e della letteratura 11 / 50

12 Applicazioni avanzate Nell ambito dell Intelligenza Artificiale diagnosi e terapie basate su protocolli sistemi esperti per il supporto decisionale apprendimento automatico Esempi di utilizzo dell apprendimento automatico monitoraggio della farmacoterapia interpretazione di immagini neuroradiologiche 12 / 50

13 Concetti di Base

14 Informazione e Informatica Il termine deriva dal Francese Information automatique Il suo principale obiettivo è l elaborazione dell informazione in maniera automatica. l informazione è l insieme dei dati forniti dall ambiente in forma comprensibile e relativi ad un particolare contesto 14 / 50

15 Una definizione di Informatica L Informatica è la scienza che si occupa della rappresentazione e dell elaborazione dell informazione importanza dei modelli di rappresentazione (permettono l automazione) È limitativo ridurre l Informatica a mera tecnologia 15 / 50

16 Strutture Informative di base il bit Etimologia: binary digit = cifra binaria È l unità elementare di informazione (0 o 1) alla base anche della codifica fisica 16 / 50

17 Strutture Informative di base il byte Una sequenza di 8 bit si definisce byte Si usano spesso i multipli (di potenze di 2) 2 10 Kilo K 2 20 Mega M 2 30 Giga G 2 40 Tera T 17 / 50

18 Architettura di un Calcolatore

19 Hardware e Software Hardware: insieme dei dispositivi fisici che costituiscono un calcolatore Software: insieme dei programmi utilizzati per determinarne le operazioni 19 / 50

20 Breve storia del Calcolatore L idea di utilizzare dispositivi meccanici per effettuare in modo automatico computazioni risale al 600 (Pascal, Leibniz) Negli anni 30 vengono realizzate le prime macchine elettromeccaniche di grandi dimensioni (Zuse in Germania, Mark 1 ad Harvard) Nel 1946 viene presentato all Università della Pennsylvania l ENIAC: il primo elaboratore elettronico digitale a valvole termoioniche (180 mq valvole 30 tonnellate 300 molt x sec) 20 / 50

21 Macchina di von Neumann Ideata negli anni 40, è alla base dei moderni calcolatori Tre componenti: CPU, memoria, periferiche; poste in comunicazione dal bus Sia i dati sia i programmi sono posti nella memoria Limiti: operazioni sequenziali processori aggiuntivi, gerarchie di memorie bus CPU CPU Memoria Memoria Periferiche Periferiche 21 / 50

22 L Unità Centrale di Elaborazione (CPU) Controlla i programmi ed esegue le istruzioni Control Unit (CU) Unità Logico-Aritmetica (ALU) registri clock ALU ALU Registri Registri Dati in ingresso (input o mem. centrale) CU CU Operazioni da eseguire (programma) Dati in uscita (risultati) 22 / 50

23 La struttura di un processore È formato da milioni di transistor (165 nel Cell ) racchiusi in uno o più circuiti integrati detti chip Sono scritti sul silicio tramite fotolitografia (90nm nel Cell) Sono racchiusi in un package e comunicano tramite piedini (o pin) 23 / 50

24 Il ciclo Fetch Decode Execute 1. Fetch di un istruzione 2. Decodifica dell istruzione 3. Fetch dei dati 4. Esecuzione dell istruzione 5. Restituzione del risultato 24 / 50

25 Il ciclo Fetch Decode Execute ADD CPU R i R j R k 75 PC 1500 IR ADD / 50

26 CISC / RISC Complex Instruction Set Computer numerose istruzioni, complicate programmazione più semplice tempo di esecuzione maggiore e.g.: Motorola 6800, Intel 80x86, Intel Pentium Reduced Instruction Set Computer poche e semplici istruzioni programmazione più complicata pochi cicli di clock per eseguirle e.g.: IBM PowerPC, Sun SPARC 26 / 50

27 La Memoria Principale (o centrale) Memoria ad accesso diretto e molto veloce; usata per memorizzare i programmi da eseguire e i relativi dati Tipologie ROM (sola lettura) RAM (lettura e scrittura) 27 / 50

28 La memoria RAM È una memoria volatile da cui la necessità della ROM Memoria ad accesso casuale (quindi non sequenziale) Organizzata in celle identificate da un indirizzo / 50

29 La memoria ROM Conserva i dati e i programmi in essa memorizzati anche quando il computer viene spento: memoria non volatile Contiene i programmi necessari all avvio del computer, programmi che devono essere sempre disponibili 29 / 50

30 La Memoria Secondaria (o di massa) È una memoria di supporto per memorizzare dati e programmi permanentemente è più capiente della RAM (meno costosa ma più lenta) Non è direttamente accessibile al processore sempre attraverso la RAM 30 / 50

31 Tipologie di Memoria Secondaria Classificabili in base alla tecnologia magnetiche: disco fisso (, floppy disk) ottiche: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW stato solido: penne USB 31 / 50

32 I dischi fissi Sono costituiti da più piatti coassiali magnetizzati rpm Hanno interfacce standard EIDE, SCSI, / 50

33 I supporti ottici Tecnologia ottica (laser) possono essere riscritti meno più lenti dei dischi fissi (1x = 1,4 Mbps) Evoluzioni CD: 700MB DVD: 9GB Blue-Ray: 25 GB 33 / 50

34 Memory cards Nascono nell ambito della fotografia digitale molti formati: SD, Memory Stick, SmartMedia,... Si basano tutte su una memoria Flash (EPROM) sono state provviste di una porta USB la loro capienza supera il GB, velocità di 15 MBs 34 / 50

35 La memoria cache È una memoria temporanea intermedia tra registri e RAM Può essere interna al processore o esterna vari livelli: L1, L2,... Aiuta ad aumentare la velocità di accesso ai dati località spaziale e temporale 35 / 50

36 La gerarchia di memorie Capacità crescente Registri Cache RAM HD CD, DVD Nastri Velocità e costi crescenti 36 / 50

37 Le Periferiche Servono a fornire i dati da elaborare al computer e per ottenere da esso i risultati Sono asincrone rispetto al processore non si può prevedere quando termineranno l elaborazione Per sincronizzarle si usano gli interrupt 37 / 50

38 Interfacce di ingresso (input( input) tastiera: inserimento di caratteri e comandi mouse, trackball: specifica della posizione scanner, fotocamere: acquisizione di immagini microfono: acquisizione di suoni modem: collegamento alla rete 38 / 50

39 La tastiera È il principale dispositivo di ingresso I tasti sono raggruppabili in: tasti alfanumerici: caratteri, numeri tasti speciali: INVIO,, TAB frecce: HOME, FINE, su, giù,... tasti funzione: F1, F2, / 50

40 Dispositivi di puntamento Si sono sviluppati con le interfacce grafiche mouse: a rotellina, ottici trackpoint touchpad schermi sensibili al tatto 40 / 50

41 Gli scanner Sono strumenti che permettono di digitalizzare documenti foto su pellicola possono essere convertite e memorizzate in un computer il testo di documenti cartacei può essere riconosciuto 41 / 50

42 Interfacce di uscita (output( output) schermo: visualizzazione stampante, plotter: trasferimento su carta modem: collegamento alla rete casse acustiche: riproduzione di suoni macchine a controllo numerico: manufatti 42 / 50

43 Lo schermo Due principali tipologie a tubo catodico (CRT) a cristalli liquidi (LCD) 43 / 50

44 Lo schermo Parametri principali diagonale (in pollici, 2.54 cm) risoluzione (es x 768) profondità di colore (in bit) frequenza (almeno 85Hz nei CRT, fissa negli LCD) 44 / 50

45 Le stampanti Tecnologie più comuni getto d inchiostro laser sublimazione 45 / 50

46 I bus Sono linee di collegamento tra la CPU, la memoria centrale (bus interni) e le periferiche (bus esterni) Trasportano indirizzi, dati o segnali di controllo possono essere usati direttamente dalle periferiche, se liberi, dai controller (DMA) collo di bottiglia dell architettura di von Neumann 46 / 50

47 Per costruire un PC Processore: CPU, GPU Memoria principale: RAM Memoria secondaria: disco fisso Periferiche: ingresso - tastiera, mouse uscita monitor, scheda audio, stampante Scheda Madre: ROM, bus,... Dispositivi per la connessione ad Internet 47 / 50

48 Esempio di preventivo PROCESSORE AMD Athlon 64 X2 Processor MEMORIA 1 GB [2 x 512 MB] di memoria DDR2 a doppio canale a 533 Mhz UNITÀ DISCO RIGIDO 320GB (7200rpm) Serial ATA Hard Drive with 8MB DataBurst cache UNITÀ OTTICHE 16 X DVD +/- RW 48 / 50

49 Tipologie di Calcolatori PDA (Personal Digital Assistant) Portatili Personal Computer (PC) Network Computer Workstation Mainframe Supercomputer 49 / 50

50 Acronimi principali CPU ROM RAM CD DVD USB HD CRT LCD (central processing unit) (read only memory) (random access memory) (compact disk) (digital versatile disk) (universal serial bus) (hard drive) (cathode ray tube) (liquid crystal display) unità di elaborazione centrale memoria di sola lettura memoria ad accesso casuale disco compatto disco digitale versatile bus universale seriale unità a disco rigido tubo a raggi catodici schermo a cristalli liquidi 50 / 50