Dispensa di Informatica I.1

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1 IL COMPUTER: CONCETTI GENERALI Il Computer (o elaboratore) è un insieme di dispositivi di diversa natura in grado di acquisire dall'esterno dati e algoritmi e produrre in uscita i risultati dell'elaborazione. Il computer accetta dati dall'esterno, li elabora seguendo le istruzioni di programmi e produce i risultati alla fine del processo di elaborazione attraverso un insieme organizzato di risorse Il sistema di elaborazione avviene quindi - attraverso un insieme organizzato di risorse diverse, quest'ultime classificabili in due grandi famiglie: risorse hardware e software. Risorse hardware: parte fisica del sistema, costituita da componenti elettrici, elettronici, meccanici ed ottici; Risorse software: programmi e procedure che fanno funzionare l'hardware. Un elaboratore è costituito, essenzialmente, da: l'unità di elaborazione centrale (CPU, acronimo di Central Processing Unit); la memoria centrale; i dispositivi di input/output (I/O); le unità di memoria di massa. Dispensa I.1 versione 1.0 mail: lamonica@associatesonline.it Pagina 1

2 RISORSE HARDWARE E SOFTWARE Si chiama hardware di un elaboratore l insieme dei dispositivi meccanici, magnetici, elettrici ed elettronici che lo compongono. Si chiama software di un elaboratore l insieme dei comandi e dei programmi usati per determinare le operazioni che la macchina, o un generico sistema programmabile, deve svolgere. In parole povere il software rappresenta quell insieme di programmi che sono necessari all hardware per compiere le azioni. Il software viene suddiviso: in software di base e in software applicativo. Il software di base è quello che controlla e gestisce direttamente l hardware del calcolatore. L obiettivo principale del software di base è facilitare all utente l uso delle diverse parti di un elaboratore. Appartengono alla categoria di software di base: il firmware e il sistema operativo. Con il termine, invece, di software applicativo ci riferiamo a quella miriade infinita di prodotti che servono all utente per svolgere e facilitare operazioni specifiche. I prodotti di videoscrittura, per esempio, sono considerati software applicativi. Altri esempi sono i prodotti per la gestione degli archivi, quelli per la gestione contabile e quelli per la gestione grafica. Il software applicativo si installa sul software di base (Sistema Operativo) Il Sistema Operativo si prende carico di fare da interfaccia tra gli applicativi e l hardware della macchina. L hardware della macchina compie le azioni secondo quanto richiesto dagli applicativi tramite il Sistema Operativo. Il firmware di un elaboratore è l insieme di quei programmi già forniti dal produttore al momento dell acquisto. E residente in una memoria ROM interna, e parte al momento dell accensione della macchina, fungendo così da collegamento tra l hardware e il software vero e proprio. All atto dell accensione, fatto un controllo su alcuni circuiti, la macchina va a leggere l area di memoria nella quale è depositato il sistema operativo per predisporsi al normale colloquio con l utente. Questa operazione di caricamento automatico del sistema operativo prende il nome di bootstrap. Dispensa I.1 versione 1.0 mail: lamonica@associatesonline.it Pagina 2

3 IL SISTEMA OPERATIVO Il sistema operativo è il gestore di tutte le risorse del calcolatore, catalogabili come segue: la memoria centrale il microprocessore dispositivi di input e di output i file disposti sulla memoria di massa. Il compito principale del sistema operativo è quello di gestire in maniera indipendente dall hardware l utilizzo degli elementi di cui sopra da parte degli utenti e dei loro programmi applicativi. Il Sistema Operativo si comporta dunque da interfaccia tra gli utenti e/o i programmi applicativi e l hardware. UTENTI ED APPLICATIVI S.O. HARDWARE Un programma applicativo, prima di poter essere effettivamente eseguito dalla macchina, deve essere più volte analizzato, e solo dopo si potrà effettuare la decodifica vera e propria. Ogni singolo comando di un applicativo per essere reso comprensibile alla macchina (hardware dell elaboratore) cui è diretto deve subire più modifiche/integrazioni (potremmo dire traduzioni). Questo permette al programma applicativo di rivolgersi con gli stessi comandi a hardware diversi tramite il S.O. che si comporta da interfaccia. Poiché il S.O. si rivolge ad hardware diversi (lo stesso programma si deve interfacciare con periferiche/nuovo hardware che possono nel corso del tempo essere aggiunti al PC) deve esso essere in grado di utilizzare dei moduli che gli facciano da ponte con le diverse periferiche. Tali ponti si chiamano driver e possono essere messi a disposizione del S.O. (installati) nel momento in cui la nuova periferica viene connessa. DRIVERS Dispensa I.1 versione 1.0 mail: lamonica@associatesonline.it Pagina 3

4 Architettura di un P.C. Il termine architettura riferito ad un elaboratore sta ad indicare l organizzazione logica dei componenti interni della macchina e le modalità secondo le quali questi cooperano tra di loro per compiere azioni più o meno complesse. I calcolatori moderni, dal personal ai mini computer, hanno in comune un modello fondamentale di macchina chiamato modello di Von Neumann. Questo modello di macchina è nato nel 1946 e fu ideato da John Von Neumann Un istruzione, per essere eseguita, deve necessariamente essere presente nella memoria centrale, in questo modo l esecuzione del programma è più veloce. Con il segnale di clock tutte le operazioni sono regolarmente temporizzate. Siffatta sincronizzazione temporale è di importanza fondamentale. L elaboratore esegue ogni elaborazione asincronamente con il clock. I dati in ingresso (acquisiti tramite le unità in input che chiameremo periferiche di input o input devices) sono elaborati dall elaboratore. L elaboratore carica i dati di input sulla MEMORIA CENTRALE dove sono conservate anche le istruzioni (programmi) che deve eseguire. I risultati delle elaborazioni effettuate sono resi disponibili all utente tramite le unità di output (che chiameremo periferiche di output o output devices). L elaboratore può anche conservare i dati per poterli utilizzare in futuro. Le memorie dove vengono conservati questi dati sono chiamate MEMORIE DI MASSA. Dispensa I.1 versione 1.0 mail: lamonica@associatesonline.it Pagina 4

5 LIVELLI DEI LINGUAGGI Un programma applicativo, prima di poter essere effettivamente eseguito dalla macchina, deve essere più volte analizzato, e solo dopo si potrà effettuare la decodifica vera e propria. Questo è necessario perché lo stesso programma applicativo si possa rivolgere a più hardware. Successivamente è illustrato uno schema che riassume i livelli che un programma deve attraversare prima di poter effettivamente assumere una forma comprensibile per l hardware dell elaboratore. Livello 5 Livello del linguaggio orientato al problema Traduzione (compilatore o interprete) Livello 4 Livello del linguaggio assemblatore Traduzione (assemblatore) Livello 3 Livello del sistema operativo Interpretazione parziale (sistema operativo) Livello 2 Livello della macchina convenzionale Interpretazione (microprogramma) Livello 1 Livello della microprogrammazione (hardware) Nello schema sopra riportato sono indicati i livelli numerati in modo decrescente e la denominazione, dal più esterno, vicino all utente, fino all hardware, sotto il livello 1. Quindi è indicata l operazione che viene svolta nel passaggio da un livello a quello successivo. Tra parentesi, infine, è riportato il nome del modulo software che si occupa di eseguire la suddetta operazione. Via via che si scende di livello la struttura diventa sempre più quella caratteristica della macchina. L insieme delle istruzioni appena scritte dal programmatore prende il nome di programma sorgente, e non è subito interpretabile dalla macchina, ecco quindi che il programma deve essere trattato in una forma più elementare. I livelli più bassi servono principalmente per supportare i moduli che operano ai livelli più alti. Si badi che è solo al livello 1 che si agisce direttamente sui circuiti dell hardware, per cui è solo questo livello che si può dunque chiamare livello fisico dell elaboratore. Tutti i livelli superiori perciò non fanno altro che definire una macchina virtuale, una macchina cioè dotata di un linguaggio, di una serie di regole e di una sua struttura, una macchina tuttavia soltanto simulata. Dispensa I.1 versione 1.0 mail: lamonica@associatesonline.it Pagina 5

6 CICLO DI ESECUZIONE DEI PROGRAMMI La logica sequenziale secondo cui il programma viene eseguito si chiama ciclo di esecuzione, ed è riportato nella successiva figura. Ogni passaggio da una fase all altra del ciclo di esecuzione sono regolati dal clock. Nella prima fase, chiamata input, il programma viene caricato in memoria centrale. Nella seconda fase, richiesta prima istruzione, l elaboratore prende in esame la prima istruzione passandola al microprocessore. Nella terza fase avviene la decodifica in comandi elementari comprensibili al calcolatore, comandi rivolti a componenti specifici dell elaboratore. Nella fase di esecuzione l istruzione viene eseguita. Terminata l esecuzione la macchina legge dalla memoria un altra istruzione e ricomincia così il ciclo. Questa sequenza di passi si svolgerà nello stesso identico ordine fino a che non sarà stata eseguita l ultima istruzione Dispensa I.1 versione 1.0 mail: lamonica@associatesonline.it Pagina 6