RIASSUNTO La codifica delle informazioni

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1 RIASSUNTO La codifica delle informazioni u Rappresentazione dell informazione all interno di un calcolatore codifica caratteri (codice ASCII) codifica numeri interi (rappresentazione in base 2) codifica delle immagini (rappresentazione di pixel)

2 RIASSUNTO Struttura di un computer Memoria centrale (RAM) Memoria periferica Unità di uscita Unità di controllo Unità di ingresso PROCESSORE Unità logico aritmetica

3 RIASSUNTO La memoria centrale u Fornisce la capacità di memorizzare le informazioni (sotto forma di bit) u Le operazioni che si possono effettuare sulla memoria sono le operazioni di lettura e scrittura di informazioni nelle celle u Le dimensioni della memoria: nei computer attuali le dimensioni tipiche della memoria centrale vanno dagli 8 ai 128 Mbyte

4 RIASSUNTO La memoria centrale u Un altro aspetto che caratterizza la memoria è il tempo di accesso (tempo necessario per leggero o scrivere un informazione in una cella): ordine dei nanosecondi (miliardesimi di secondo) u La memoria centrale perde ogni suo contenuto quando si interrompe l alimentazione elettrica. Questa caratteristica viene chiamata volatilità

5 Struttura di un computer Memoria centrale (RAM) Memoria periferica Unità di uscita Unità di controllo Unità di ingresso PROCESSORE Unità logico aritmetica

6 Il Processore u Il processore è il componente che fornisce la capacità di elaborazione delle informazioni contenute nella memoria centrale u L elaborazione avviene in accordo a sequenze di istruzioni (istruzioni macchina)

7 Il Processore u Nella maggior parte dei computer sia il programma che i dati devono essere caricati in memoria centrale u La memoria contiene quindi almeno due tipi di informazioni: la sequenza di istruzioni che devono essere eseguite dal processore; l insieme di dati su cui tali istruzioni operano u Il processore è costituito da varie componenti che svolgono compiti differenti

8 Il Processore: l unità di controllo u L Unità di Controllo (UC) si occupa di coordinare le diverse attività che vengono svolte all interno del processore u Il processore svolge la sua attività in modo ciclico: ad ogni ciclo corrisponde l esecuzione di una istruzione macchina u Ad ogni ciclo vengono svolte diverse attività controllate e coordinate dalla UC si legge dalla memoria centrale la prossima istruzione da eseguire; si esegue l istruzione

9 Il Processore: l unità di controllo u La frequenza con cui vengono eseguiti i cicli di esecuzione è scandita da una componente detta clock u Ad ogni impulso di clock la UC esegue un ciclo di esecuzione di istruzioni macchina u La velocità di elaborazione di un processore dipende dalla frequenza del suo clock u I processori attuali hanno valori di frequenza di clock che variano tra i 16 MHz e 1200 MHz (tra 16 e 1200 milioni di impulsi al secondo)

10 Il Processore: l Unità Aritmetico-Logica u L'Unità Aritmetico-Logica (ALU) è costituita da un insieme di circuiti in grado di svolgere le operazioni di tipo aritmetico e logico u La ALU legge i dati prelevati dalla memoria centrale, esegue le operazioni e memorizza il risultato u Vi sono circuiti in grado di eseguire la somma di due numeri binari contenuti, circuiti in grado di eseguire il confronto tra due numeri

11 Struttura di un computer Memoria centrale (RAM) Memoria periferica Unità di uscita Unità di controllo Unità di ingresso PROCESSORE Unità logico aritmetica

12 La memoria periferica u La memoria centrale non può essere troppo grande a causa del suo costo elevato u Non consente la memorizzazione permanente dei dati (volatilità) u Per questi motivi nell architettura di un calcolatore sono stati introdotti due tipi di memoria: Memoria centrale veloce, volatile, di dimensioni relativamente piccole; Memoria periferica, più lenta e meno costosa, con capacità di memorizzazione maggiore ed in grado di memorizzare i dati in forma permanente

13 La memoria periferica u La memoria periferica viene utilizzata per mantenere tutti i programmi e tutti i dati che possono essere utilizzati dal computer u La memoria periferica viene anche detta memoria di massa u Quando si vuole eseguire un certo programma, questo dovrà essere copiato dalla memoria di massa a quella centrale (caricamento)

14 La memoria periferica u I supporti di memoria di massa sono molto più lenti rispetto alla memoria centrale (presenza di dispositivi meccanici) u Le memorie di massa hanno capacità di memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di quelle delle tipiche memorie principali

15 La memoria periferica u Il processore non può utilizzare direttamente la memoria di massa per l'elaborazione dei dati u Il programma in esecuzione deve essere in memoria centrale e quindi le informazioni devono essere trasferite dalla memoria periferica a quella centrale ogni volta che servono

16 La memoria periferica u Nel caso della memoria centrale si ha sempre l'accesso diretto ai dati, nel caso della memoria periferica solo alcuni supporti consentono l'accesso diretto mentre altri supporti permettono solo l'accesso sequenziale u La memoria centrale consente di indirizzare il singolo byte di informazione, nelle memorie di massa le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi, di solito da 1 KByte in su

17 La memoria periferica u La memoria periferica deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua realizzazione si utilizzano tecnologie basate sul magnetismo (dischi e nastri magnetici) o tecnologie basate sull'uso dei raggi laser (dischi ottici) u La magnetizzazione è permanente fino a quando non viene modificata per effetto di un agente esterno u I due diversi tipi di magnetizzazione corrispondono alle due unità fondamentali di informazione (bit)

18 La memoria periferica: I dischi magnetici u I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria periferica più diffusi u Sono dei supporti di plastica o vinile, su cui è depositato del materiale magnetizzabile u Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video u Entrambi i lati di un disco possono essere sfruttati per memorizzare le informazioni

19 La memoria periferica: i dischi magnetici u I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una fetta di disco. I settori suddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi (o record fisici) Traccia Testina Blocco Settore

20 La memoria periferica: i dischi magnetici u La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione u Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile in un disco magnetico e il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri che rappresentano il numero della traccia e il numero del settore u I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in quanto è possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco senza dover leggere quelli precedenti

21 La memoria periferica: i dischi magnetici u Per effettuare un'operazione di lettura (scrittura) su un blocco è necessario che la testina raggiunga l'indirizzo desiderato (la testina è ferma ed è il disco che si muove) u Il tempo di accesso alle informazioni sul disco è dato dalla somma di tre tempi dovuti a: spostamento della testina in senso radiale fino a raggiungere la traccia desiderata (seek time); attesa che il settore desiderato si trovi a passare sotto la testina; tale tempo dipende dalla velocità di rotazione del disco (latency time); tempo di lettura vero e proprio dell'informazione

22 La memoria periferica: i dischi magnetici u Una classificazione dei dischi magnetici è quella che distingue tra hard disk e floppy disk u Gli hard disk sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria periferica fisso all'interno dell'elaboratore u Sono generalmente racchiusi in contenitori sigillati in modo da evitare qualunque contatto con la polvere u I dischi rigidi hanno capacità di memorizzazione elevata, si va da dischi da circa 512 MByte per i personal computer più obsoleti, fino a dischi da più GByte

23 La memoria periferica: i dischi magnetici u I floppy disk (dischetti flessibili) sono supporti rimovibili u Ogni elaboratore è dotato di almeno una unità di letturascrittura detta drive, all'interno della quale l'utente può inserire i propri dischetti u I floppy disk sono di materiale plastico e ricoperti da un piccolo stato di sostanza magnetizzabile u I tempi di accesso sono più alti di quelli dei dischi rigidi u Oggi sono comuni floppy disk da 3.5" (capacità di memorizzazione dai 500 KByte ai due MByte)

24 La memoria periferica: i dischi ottici u Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente differenti e sono basate sull'uso di raggi laser u Il raggio laser è un particolare tipo di raggio luminoso estremamente focalizzato che può essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte u Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini

25 La memoria periferica: i dischi ottici FONTE LUMINOSA

26 La memoria periferica: i dischi ottici u Ogni unità di superficie può essere forata o non forata e questo corrisponde ai due diversi tipi di informazione elementare (bit) L'informazione contenuta su un'unità di superficie può essere letta guardando la riflessione del raggio laser proiettato sulla superficie stessa Aggregazioni di informazioni possono essere ottenute dividendo una superficie di grandi dimensioni in molte unità elementari, ognuna delle quali rappresenta un singolo bit

27 La memoria periferica: i dischi ottici u I dischi ottici sono basati sull uso di un raggio laser per operazioni di lettura u Quasi tutte le unità per dischi ottici consentono solamente operazioni di lettura poiché la scrittura è un'operazione complicata, che richiede delle modifiche fisiche del disco (CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory). u Quando le unità consentono la scrittura, i dischi ottici generalmente possono essere scritti una sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono durante la fase di scrittura sono irreversibili (CD WORM ovvero Compact Disk Write Once Read Many). Si usa un masterizzatore.

28 La memoria periferica: i dischi ottici u I dischi ottici vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate u I dischi ottici hanno una capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici ma sono più lenti u Le dimensioni tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi vanno dai 500 MByte in su, fino a uno o più GByte u I dischi ottici hanno costo inferiore e sono molto più affidabili e difficili da rovinare

29 La memoria periferica: i dischi ottici u DVD (Digital Versatile Disk) o (Digital Video Disk) u Capacità di 4,7GB (in continuo aumento) u Il lettore DVD costa poco più di un lettore CDROM e legge anche i CDROM u DVD-R scrivibili solo una volta u DVD-RAM leggibili e scrivibili