I dati all interno dei Computer

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1 I dati all interno dei Computer Nei sistemi elettronici digitali e nei computer in particolare, le informazioni vengono rappresentate in codice binario la cui lunghezza massima (misurata in bit ) dipende dal tipo di processore. Un bit (binary unit) corrisponde all informazione binaria e può valere 0, oppure 1 All interno di un PC l informazione è presente come segnali elettrici (0 = nessun segnale elettrico interruttore aperto lampadina spenta; 1 = presenza di segnale elettrico interruttore chiuso lampadina accesa ) equispaziati nel tempo Un Byte corrisponde ad 8 bit, 1 kbyte corrisponde a 1024 (2 10 ) Byte, 1 MByte corrisponde a 1024 (2 10 ) kbyte, cioè 2 20 Byte 1 GByte corrisponde a 1024 (2 10 ) Mbyte, cioè 2 20 kbyte, cioè 2 30 Byte 1 TByte corrisponde a 1024 (2 10 ) Gbyte, cioè 2 20 MByte, cioè 2 30 kbyte, cioè 2 40 Byte Il numero 45 = (101101) 2 sarà rappresentato usando 1 Byte come Il numero 45 = (101101) 2 sarà rappresentato usando 2 Byte come La Word è la lunghezza dei dati nativa di un microprocessore, ed è il numero di bit usati per rappresentare una informazione all interno del pc. Le lunghezze tipiche di una word sono 32 o 64 bit (4 o 8 Byte) Il numero 45 = (101101) 2 sarà rappresentato usando 1 Word 32 come Anche le lettere, i segni di interpunzione ed altri simboli possono essere rappresentati in codice binario attraverso la codifica ASCII; I numeri codificati ASCII non possono essere utilizzati direttamente per fare calcoli numerici il numero 1 è codificato ASCII con la stringa , che non corrisponde al valore numerico

2 I dati all interno dei Computer - ASCII (American Standard Code for Information Interchange, si pronuncia askii)

3 Tipologie di Computer PC (Personal Computet): sono i computer da casa o da ufficio, usati per lo più come elaboratori di testo (word processor), per reperire o gestire informazioni (Internet, basi di dati), come strumenti da ufficio (amministrazione, programmi gestionali), per la comunicazione ( ), per la grafica o i giochi, a loro volta si differenziano in: NoteBook e Netbook: Computer portatili. Sono usati da chi deve spostarsi spesso per lavoro avendo sempre il proprio computer a portata di mano. Sono dotati di una batteria che consente un'autonomia di alcune ore per lavorare anche durante gli spostamenti, a parità di potenza, i portatili sono più costosi dei normali PC Palmari e Tablet: Sono computer di capacità ridotta nati dall'evoluzione delle agende elettroniche tascabili, i palmari sono in grado di svolgere alcune funzioni base dei computer, come la navigazione in Internet, la posta elettronica, l'elaborazione di testi, ecc. Workstation: usati principalmente nei laboratori di ricerca e nelle università. Sono computer più potenti dei PC adatti per il calcolo e la programmazione oppure per la grafica avanzata (set virtuali, montaggio video, effetti speciali cinematografici, ecc.) e per la ricerca Mainframe: Sono grandi computer usati in grosse aziende, nelle banche e ovunque ci sia bisogno di gestire una complessa e delicata rete di computer e apparecchiature, per la gestione centralizzata di tutto il sistema, sono gli eredi diretti dei primi computer grandi come armadi (che si vedono in certi film di spionaggio degli anni '60 '70) e ne rispecchiano ancora la struttura di base, con una macchina centrale cui fanno capo diversi terminali secondari. Supercomputer: utilizzati in ambienti con necessità di calcolo avanzato. Potentissimi e costosissimi (possono arrivare a costare anche molti milioni di Euro), si trovano solo presso i grandi centri di ricerca.

4 Struttura Interna e Componenti di un PC Case TOWER MIDI TOWER MINI TOWER DESKTOP Il formato del case dipende dal formato della scheda madre, e dal numero dei lettori di hard disk e cd/dvd presenti Alimentatore HardWare (Ferraglia) Parte Fisica del Computer (che si può toccare) Componente che fornisce l energia per il funzionamento del PC [500W / 1000 W = 5 / 10 lampadine di grossa potenza]

5 La Motherboard Può essere di vari formati (AT, BabyAT, ATX, MiniATX, MicroATX, BTX, microbtx, picobtx, WTX) a seconda della tipologia dei Pc, dal tipo di CPU e dal numero di slot per schede interne PCI EXPRESS Slots Connettori Periferiche Slot PCI CPU Socket Pila di Sistema B.I.O.S. SATA Slots MEMORIA CENTRALE CHIP SET FLOPPY (PATA) ALIMENTAZIONE

6 La Motherboard

7 I Bus I Bus sono canali che permettono ai componenti di un PC (interni e/o esterni) di scambiarsi informazioni; diversamente dalle connessioni da un dispositivo ad un altro, i bus possono collegare tra loro più dispositivi. Sono costituiti da piste, cavi di rame o anche fibre ottiche,direttamente su circuito stampato oppure tramite un apposito cavo; possono essere di tipo: Parallelo: Se voglio trasmettere numeri rappresentati con 8 bit ho bisogno di 8 fili, un filo per ogni posizione. Trasmettiamo i numeri 240, 170, 57, 39, 156; questi saranno trasmessi uno per volta con la posizione binaria 7 associata al filo più in alto di figura Sono di questo tipo i bus: PATA: vecchi Hard Disk Drive, Compact Disk Drive, Floppy Disk Drive PCI : vecchie schede interne al case AGP: vecchie schede video Porta Parallela: vecchie periferiche, ad esempio stampanti SCSI: (si pronuncia scasi): dispositivi veloci (nei server).[640 MByte/s] Seriale: Se voglio trasmettere numeri rappresentati con un qualsiasi numero di bit ho bisogno di 1 solo filo Trasmettiamo i numeri 240, 170, 57, 39, 156; questi saranno trasmessi uno per volta, ed ognuno a partire dalla posizione binaria 7 fino alla posizione binaria 0 Sono di questo tipo i bus: SATA: Hard Disk Drive, Compact Disk Drive (interni e/o esterni al case) [150 MByte/s] PCI express: schede interne al case (scheda video, scheda tv, scheda di rete, etc.) [20 GByte/s] Porta Seriale e PS2: vecchie periferiche, ad esempio mouse di prima generazione USB: nuove periferiche, stampanti, mouse, tastiere, pendrive, etc.[60 MByte/s]

8 I Microprocessori sono componenti elettronici realizzati in un unico circuito integrato CPU: (Central Processing Unit - Unità di Elaborazione Centrale) È il luogo dove avvengono le operazioni matematiche del PC. È costitutita da: ALU (Aritmetic Logic Unit unità artmetico logica) che è la parte che esegue le operazioni Pc (Program Counter contatore di programma) che tiene il segno del punto di esecuzione di un programma Controller (controllore) Controlla le fasi delle operazioni Cache Memory (memoria cache della CPU) È un tipo di memoria usata dalla CPU per memorizzare dati che devono essere letti e/o scritti in maniera veloce e frequentemente Il termine MHz usato sui depliant indica la velocità del clock (segnale elettrico che sincronizza le operazioni) La potenza di calcolo della CPU si indica con l unità di misura MFLOPS (milioni di operazioni al secondo), la potenza di calcolo, a parità di clock, dipende dalla complessità della CPU (es: catena di montaggio) Essendo un componente di grossa potenza sviluppa molto calore, è quindi necessario mondarci sopra un dissipatore ed una ventola per ridurre la temperatura altrimenti la CPU si distrugge

9 I Microprocessori sono componenti elettronici realizzati in un unico circuito integrato LA CPU NON È L UNICO MICROPROCESSORE PRESENTE IN UN PC CHIPSET: (coppia North_Bridge, South- Bridge) Smistano e regolano il traffico delle informazioni sulla Motherboard, fra: CPU e Memoria centrale CPU e Scheda Video Memorie di massa interne al Case e periferiche CPU e Scheda Video Memoria centrale e Memorie di massa interne al Case Processore grafico (o motore grafico) Si trova sulla scheda grafica, elabora i dati che arrivano dal bus (PCI-Express) in modo che il monitor li possa visualizzare Processori DSP e microcontrollori Sono particolari microprocessori che gestiscono il funzionamento di dispositivi elettronici (quali Hard Disk Drive, Compact Disk Drive, Floppy Disk Drive, Stampanti, Routers) e la comunicazione di questi dispositivi ed il bus di comunicazione

10 Memorie - Caratteristiche Tipo di accesso (modo con cui leggo/scrivo sul dispositivo) RAM: (Random Access Memory - memoria ad accesso diretto o arbitrario) posso leggere/scrivere i dati direttamente nel posto voluto. Uno dei primi esempi di memoria ad accesso diretto è il disco musicale in vinile, infatti posso spostare la testina di lettura direttamente nel punto desiderato SAM: (Sequential Access Memory - memoria ad accesso sequenziale) per leggere/scrivere nel posto voluto, devo scorrere tutti i dati precedenti Uno dei primi esempi di memoria ad accesso sequenziale è il nastro di una musicassetta (o videocassetta), infatti per ascoltare un brano alla fine della cassetta devo avvolgere il nastro fino alla fine aspettando molto tempo Possibilità di scrittura/lettura ROM: (Read Only Memory memoria di sola lettura) posso solo leggere dal dispositivo RWM: (Read and Wryte Memory - memoria di lettura e scrittura) posso sia leggere che scrivere il dispositivo Permanenza dei dati Volatili:(i dati vengono persi allo spegnimento del computer) Non volatili :(i dati rimangono memorizzati anche se spengo il computer)

11 Memorie - Caratteristiche Tipo di supporto Ottico: Le informazioni vengono memorizzate facendo di fori microscopi su uno strato incidibile mediante un Laser (se devo memorizzare un 1 faccio un foro, se devo memorizzare uno 0 non faccio niente),. Le informazioni vengono lette mediante lo stesso laser (ma con potenza più ridotta) Magnetico: Le informazioni vengono memorizzate su un disco generalmente metallico (contenuto in un involucro sigillato contenente atmosfera modificata), su cui è depositata una polvere magnetica costituita da microcalamite. Se la microcalamita è disposta lungo la circonferenza ho uno 0, se la microcalamita è disposta lungo il raggio ho un 1. La scrittura e la lettura sono eseguite mediante una testina magnetica che galleggia al di sopra del disco metallico che gira a forte velocità (7200 rpm) Allo Stato Solido: Le informazioni vengono memorizzate all interno di dispositivi elettronici fatti di silicio intrappolando elettroni, se ho elettroni intrappolati ho memorizzato un 1, se non ci sono elettroni intrappolati ho uno 0 Capacità Quantità di informazioni che si possono memorizza in quel dispositivo, si misura in Byte Velocità Numero di bit che il dispositivo di memoria riesce a leggere/scrivere in un secondo, si misura in Byte/s

12 Memorie Memoria centrale (o principale, o di sistema o volgarmente solo RAM): E la memoria di lavoro del computer, in cui il S.O. e le applicazioni vengono caricati ed eseguiti (si trova anche nelle schede interne) Tipo di accesso: RAM Possibilità di scrittura e/o lettura: RWM Permanenza dei dati: Memoria volatile Tipo di supporto: Allo stato solido Capacità: > 1 Gbyte Velocità: > 3200 GByte/s Memoria Cache Usata dalla CPU per fare i calcoli ricorrenti, di piccole dimensioni fisiche e capacità, è estremamente veloce (da non confondere con la web cache) Tipo di accesso: RAM Possibilità di scrittura e/o lettura: RWM Permanenza dei dati: Memoria volatile Tipo di supporto: Allo stato solido Capacità: alcuni Mbyte Velocità: elevatissima (limitata dalla velocità del bus di collegamento) Memoria del BIOS:(Basic I/O System) Contiene il Bios che è il codice eseguito all accensione del PC, il quale controlla i collegamenti, esegue il test della Memoria Centrale, localizza il SO e lo carica nella Memoria centrale. Tipo di accesso: RAM Possibilità di scrittura e/o lettura: FLASH ROM Permanenza dei dati: Memoria non volatile Tipo di supporto: Allo stato solido Capacità: circa 1 Mbyte

13 Memorie di Massa - Hard Disk (di grande capacità, utilizzate per immagazzinare in modo permanente i dati) Tipo di accesso: RAM Possibilità di scrittura e/o lettura: RWM Supporto dei dati: Supporto Magnetico Permanenza dei dati: Memorie non volatili Capacità: Molto grandi [per computer desktop >100 GB] Velocità: Molto basse rispetto a memoria centrale e cache Allocazione: Sia interni al case sia esterni Un disco rigido si compone di uno o più dischi paralleli Ogni disco è composto da due facce numerate dette piatti Ogni piatto si compone di numerosi anelli concentrici numerati, detti tracce L insieme delle tracce poste alla stessa distanza dal centro si chiama cilindro Ogni traccia è suddiviso in spicchi uguali numerati detti settori L insieme di due o più settori contigui è detto cluster

14 Memorie di Massa - CD/DVD (di grande capacità, utilizzate per immagazzinare in modo permanente i dati) I dati sono memorizzati su una spirale che percorre tutto il disco e compie giri ad una velocità costante di 0.12 cm/s Tipo di accesso: RAM Possibilità di scrittura e/o lettura: R, ROM, R/W Supporto dei dati: Supporto Ottico Permanenza dei dati: Memorie non volatili Capacità: Molto grandi [CD > 700 MB o 80 min] [DVD > 4.7 GB] Velocità: Molto basse rispetto a memoria centrale e cache Allocazione: Sia interni al case sia esterni I CD possono essere: CD -ROM: Incisi dal fabbricatore (solo lettura) CD -R: incidibili dall utente una sola volta CD -R/W: Incidibili e cancellabili più volte + o - : Riferito alla codifica di scrittura I DVD possono essere: DVD ROM, DVD R, DVD - R/W, + o Double Side: Incidibili su entrambe le facce del supporto Double Layer: su ogni faccia sono presenti due strati incidibili Double Side/Double Layer: Incidibili su 4 strati (2 strati per faccia)

15 Memorie di Massa (di grande capacità, utilizzate per immagazzinare in modo permanente i dati) Tipo di accesso: RAM Dispositivi ZIP Supporto: Magnetico Capacità: >120 MB Possibilità di scrittura e/o lettura: RWM Permanenza dei dati: Memorie non volatili Velocità: Molto basse rispetto a memoria centrale e cache Chiavetta USB (Pen-Drive) Supporto: Allo Stato Solido Capacità: > 1 GB Floppy Disk Supporto: Magnetico Capacità: 1.44 MB SD, Mini SD, Micro SD Supporto: Allo Stato Solido Capacità > 1 GB

16 Schede Per PC Schede aggiuntive (interne al case) per collegare particolari tipi di periferiche al PC in quanto, o non sono periferiche standard, o la complessità dei dati trattati potrebbe rallentare fortemente il sistema. Scheda Video: Componente che permette di mostrare l'output su un monitor. Scheda Audio: Dispositivo elettronico che estende le capacità di base del PC con funzioni sonore e musicali. Scheda di Rete: Si tratta di un dispositivo che permette di collegare il PC ad altri PC in una rete. Scheda TV: Componente che permette di collegarsi ad una antenna per poter visualizzare il segnale televisivo sul monitor. Schede di espansione: Servono per esempio per aumentare il numero di porte USB del computer

17 Le Periferiche Una Periferica è un Dispositivo Hardware collegato esternamente al Case, le cui funzioni sono controllate dal S.O. attraverso i relativi Driver (Software che serve a dire al Sistema Operativo il modo di funzionamento della periferica), si distinguono in : Periferiche di Ingresso: In cui il flusso dati è dalla periferica al PC Periferiche di Uscita: In cui il flusso dati è dal PC alla periferica Periferiche di Ingresso/Uscita: In cui il flusso dati è bi-direzionale