Le periferiche Stefano Bilotta Corso di Informatica (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 1 / 42
Le periferiche La periferica è un dispositivo che si trova alla periferia del calcolatore, esterno dunque al nucleo processore-bus-memorie. Le periferiche sono dei tipi più disparati, possono essere dedicate a svolgere operazioni di raccolta dati, presentazione risultati, ecc... Sono collegate al nucleo del calcolatore tramite un interfaccia al bus di sistema. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 2 / 42
Interfacciamento Ogni periferica è collegata a memoria e processore tramite un interfaccia, ovvero un dispositivo capace di ricevere segnali dal bus e tradurli in comandi per la periferica e viceversa. A livello hardware, le interfacce sono schede connesse alla scheda madre. A volte, certe periferiche come tastiere e mouse sono gestite automaticamente da interfacce integrate nella scheda madre stessa. La scheda di interfaccia, a livello hardware, avrà dunque una porta che arriva all esterno del calcolatore, dove sarà possibile l allaccio fisico della componente periferica. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 3 / 42
Tipi di porte Esistono molti tipi di porte, corrispondenti a diversi tipi di schede di Input/Output e collegamenti: (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 4 / 42
Tipi di periferiche Alcune tipologie di periferiche: Memorie esterne (nastri magnetici, dischi magnetici, dischi fissi portatili, memorie USB), Lettori di dischi ottici (CD/DVD), Dispositivi di input (tastiere, mouse), Dispositivi di output (schermo, stampante, casse audio), Dispositivi per disabili, Dispositivi di comunicazione di rete (modem). (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 5 / 42
Nastri magnetici I nastri magnetici sono dispositivi di grande capienza, ma di bassa velocità. Per leggere o scrivere un dato, è necessario avvolgere il nastro per arrivare alla posizione desiderata. L accesso è sequenziale: leggere i dati in ordine sparso sarebbe un operazione estremamente lenta. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 6 / 42
Nastri magnetici e backup Per queste limitazioni, i nastri magnetici sono utilizzati quasi esclusivamente per archiviazione e backup Si parla di backup quando viene fatta una copia di alcuni dati importanti, in modo da poterli ripristinare se per qualche motivo vanno perduti. Possibile anche il backup dell intero sistema, in modo da poter ripristinare una configuazione funzionante se si verifica qualche problema. Spesso i nastri magnetici vengono utilizzate da grandi aziende (che adottano elaboratori main-frame) per limitare le perdite di dati in caso di guasti (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 7 / 42
Dischi magnetici Il disco magnetico o hard disk è il principale mezzo di archiviazione di massa non volatile sui moderni calcolatori. Esso è formato da una serie di dischi di alluminio ricoperti di materiale magnetico. Il fatto che un punto del disco sia magnetizzato o meno determina se il relativo bit vale 1 o 0. Persistente perchè il materiale resta magnetizzato anche in assenza di un flusso di corrente. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 8 / 42
Dischi magnetici: lettura scrittura La lettura e la scrittura sui dischi magnetici viene fatta tramite una testina sospesa appena sopra la superficie del disco. Quando la testina passa sopra un area magnetizzata, viene indotta una corrente che viene misurata, rilevando il dato memorizzato. In fase di scrittura, viene eseguito il processo inverso: viene indotta una corrente che produce la magnetizzazione. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 9 / 42
Dischi magnetici: struttura di un disco Vediamo la struttura di un singolo disco magnetico TRACCIA SETTORE (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 10 / 42
Dischi magnetici: struttura dei dischi In un disco fisso, molti dischi vengono sovrapposti a formare un cilindro Superficie 1 Superficie 2 Superficie 3 Superficie 4 Superficie 5 Superficie 6 Testine Superficie 7 Superficie 8 (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 11 / 42
Prestazioni Molti fattori determinano le prestazioni di un disco rigido: Il tempo di accesso, ovvero il tempo richiesto affinchè si inizi a leggere o scrivere i dati richiesti, suddiviso in: tempo di latenza (Latency Time), per la selezione del settore, tempo di ricerca (Seek Time), per la selezione della traccia. La velocità di trasferimento (in MB/s), che rappresenta la quantità di dati al secondo che possono essere trasferiti dalla lettura del primo byte. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 12 / 42
Codici di correzione degli errori E possibile che nei dischi fissi si verifichino errori di memorizzazione o di lettura Per rilevarli, insieme ai bit rappresentanti dati, su disco vengono scritti anche dei bit per la correzione degli errori Il metodo più semplice inserisce un bit ogni byte che rappresenta la parità del numero degli 8 bit, chiamato appunto bit di parità. Così viene sempre rilevato un errore relativo ad un singolo bit Spesso utilizzate metodologie più complesse che permettono anche di correggere l errore, se limitato ad un piccolo numero di bit (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 13 / 42
Prestazioni: affidabilità Una caratteristica critica dei dischi fissi è l affidabilità, in quanto un guasto può causare la perdita di tutti i dati memorizzati nel computer. Purtroppo l affidabilità di un singolo disco non sembra migliorare molto con lo sviluppo tecnologico Usate tecniche alternative, come il RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks): l informazione viene sdoppiata su più dischi, in modo che al fallimento di uno i dati siano recuperabili dall altro. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 14 / 42
Memorie di massa USB Per il salvataggio o trasferimento di dati si utilizzano comunemente le memorie USB, ovvero memorie elettroniche persistenti. Capacità: tipicamente 2-64 GB. La porta di interfaccia USB (Universal Serial Bus) è presente ormai praticamente ovunque. Forme varie (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 15 / 42
Dischi ottici I dischi ottici (CD/DVD) presentano una tecnologia di memorizzazione basata sulla riflessione ottica, fenomeno per cui un onda impatta su una superficie riflettente. Vengono scritti e letti tramite raggio laser. CD e DVD condividono le dimensioni fisiche del supporto, che per entrambi è costituito da un disco di 12 cm di diametro e spessore 1 mm di materiale riflettente immerso in un contenitore di materiale plastico. Tra le caratteristiche principali dei dischi ottici compare l alta affidabilità. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 16 / 42
Compact disc Il compact disc (CD) viene introdotto negli anni 80 da Philips e Sony come un nuovo formato audio di alta qualità, utile a rimpiazzare i dischi in vinile. L informazione è codificata tramite dei fori della grandezza di 0.8 µm detti pit, o dall assenza di essi in zone dette land. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 17 / 42
Compact disc: lettura Per la lettura di un CD, un raggio laser viene proiettato sulla superficie riflettente Se il raggio colpisce un pit, viene riflesso in modo leggeremente sfasato Grazie alla precisione del laser è possibile misurare questo sfasamento, e così leggere dove vi siano dei pit e dove non vi sono. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 18 / 42
Compact disc: codifica I pit sono posizionati nel CD lungo un percorso a spirale Il bit 1 è codificato con una modifica (pit land o land pit), mentre gli 0 sono codificati con una persistenza pit oppure di land (ovvero non c è presenza di modifica) La capacità di un CD varia da 650MB a 900MB. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 19 / 42
CD ROM e CD R I CD ROM (Read Only Mode, modalità di sola lettura) possono contenere dati generici che tuttavia non possono essere più modificati. I CD R (detti anche CD vergini) sono invece cd scrivibili tramite un processo (masterizzazione) possibile in determinati lettori con questa funzionalità (masterizzatori) I CD R sono scrivibili una sola volta, dopodichè diventano a tutti gli effetti di sola lettura Eccezione: alcuni masterizzatori consentono di scrivere un CD in più sessioni; i dati scritti dopo ogni sessione sono comunque permanenti La riflessione di pit e land è simulata durante la scrittura: il laser rompe alcuni legami chimici sulla superficie del disco e si creano delle macchie scure che simulano l effetto di un pit. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 20 / 42
CD Riscrivibili Esistono CD scrivibili molteplici volte, detti CD riscrivibili (di solito indicati con il nome CD RW). In questo caso viene utilizzata una lega che può essere alterata più volte. Più costosi dei CD R. Comunque soggetti ad usura, per cui il numero di volte in cui un CD si può riscrivere è limitato. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 21 / 42
Digital Versatile Disk Il Digital Versatile Disk (DVD) è un disco ottico il cui funzionamento è simile a quello del CD. Grazie allo sviluppo tecnologico legato all utilizzo del laser, è possibile scrivere dei pit più piccoli e su una spirale più serrata. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 22 / 42
Digital Versatile Disk: capacità Per mezzo della maggiore precisione di lettura e scrittura, un DVD ha una capacità tipicamente di 4.7 GB. Mentre il CD nasce per l audio ad alta qualità, il DVD è rivolto al video di alta qualità. Due formati di DVD scrivibili coesistono: i DVD-R ed i DVD+R: I lettori li supportano entrambi, mentre per i masterizzatori è spesso necessario ottenere il DVD di tipo giusto. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 23 / 42
Digital Versatile Disk: formati E possibile inoltre creare DVD a doppio strato (double layer). In questo caso, il DVD contiene due strati sovrapposti, ed indirizzando il laser in modo diverso si può selezionare quale leggere. Su questo principio nasce il DVD blu-ray, DVD ad alta capienza spesso utilizzato per il video ad alta definizione. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 24 / 42
Tastiere Le tastiere sono le più tipiche e indispensabili periferiche di ingresso del calcolatore. Quando un tasto viene premuto, la tastiera invia un segnale elettrico, che corrisponde al carattere digitato codificato mediante Byte, all unità centrale di elaborazione. Viene inviato quindi un messaggio (interrupt) al sistema per segnalare tale evento. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 25 / 42
Mouse Il mouse è il secondo principale dispositivo di ingresso del calcolatore. Tale periferica ha assunto un importanza fondamentale data l esistenza di Sistemi Operativi come Windows con sistema punta e clicca. Ogni volta che si sposta, il mouse invia all elaboratore una sequenza di 3 Byte (Spostamento X, Spostamento Y, Stato pulsanti). Tali coordinate dicono all elaboratore dove sta puntando il mouse e innesca l operazione associata a quella zona. Si chiama sensibilità del mouse il fattore che regola la proporzione tra lo spostamento fisico del mouse e quello del puntatore sullo schermo. Per la rilevazione della pressione dei tasti, viene utilizzata una tecnologia simile a quella legata alla tastiera. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 26 / 42
Mouse: rilevazione movimento I primi mouse rilevavano il movimento tramite una sfera, che rotolava scorrendo su una superficie ed il cui movimento veniva misurato da sensori. Largamente diffusi adesso sono i mouse ottici, che rilevano il movimento grazie ad una sorta di telecamera che riprende la zona sottostante al mouse, illuminata da luce proiettata dal mouse stesso. I mouse ottici sono generalmente più precisi e chiaramente non incorrono in guasti meccanici. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 27 / 42
Video Lo schermo video o monitor è invece il principale dispositivo di uscita nella comunicazione con l utente. Constituito da una serie di piccoli quadretti che possono assumere qualsiasi colore, detti pixel (PICTure ELements, elemento grafico). Utilizzando un numero sufficiente di punti, e quindi disponendo di punti molto piccoli, l effetto visivo è quello di un immagine continua. Il numero di punti definisce la risoluzione dell immagine. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 28 / 42
Risoluzione Vediamo come la bontà di un immagine dipenda dalla sua risoluzione, di seguito sono visualizzate le risoluzioni 20x13, 50x33, 100x67, 768x512: (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 29 / 42
Video L immagine viene ridisegnata sullo schermo un elevato numero di volte al secondo, idealmente più di 30 volte al secondo, in un operazione detta refresh. L occhio umano percepisce un numero di fotogrammi paragonabile, quindi vedendo un video si ha la sensazione della stabilità dell immagine. Diversamente, con un numero ridotto di immagini al secondo si ha l impressione che il video proceda a scatti (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 30 / 42
Rappresentazione colori Su di uno schermo, tutti colori si ottengono mescolando i tre colori additivi (RGB) in diverse quantità. Si parla di colori additivi in quanto nel fonderli per ottenere altri colori, le loro lunghezze d onda si sommano. Rosso Blu Verde (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 31 / 42
Rappresentazione colori, base sottrattiva La base sottrattiva viene utilizzata quando mescolando i colori, le frequenze d onda si sottraggono una all altra Utilizzata per esempio nelle stampanti Magenta Ciano Giallo (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 32 / 42
Profondità di colore Il numero di bit utilizzato per rappresentare ogni colore determina la varietà di colori rappresentabili (anche detta profondità di colore o color depth) Utilizzando 24 bit per pixel (8 bit per ogni colore primario) si ottengono circa 16 milioni di colori. Nell elaboratore ogni colore è dunque rappresentato da 3 Byte: il primo corrispondente alla quantità di rosso, il secondo alla quantità di verde e il terzo alla quantità di blu. Immagini per computer più vecchi o a bassa qualità possono contenere solo 256 colori (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 33 / 42
Schermi: qualità Molti fattori determinano la qualità di uno schermo: La tecnologia: CRT (Cathod Ray Tube, a raggio catodico), LCD (Liquid Cristal Display) o LED. Dimensione, misurata in pollici (1 pollice = 2.54 cm) lungo la diagonale dello schermo. La risoluzione, cioè il numero dei pixel rappresentabili Schermi più grandi necessitano di risoluzioni più alte, altrimenti pixel troppo grandi creerebbero un immagine quadrettata Tipiche risoluzioni vanno da 1024x768 pixel a 1600x1200 pixel (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 34 / 42
Schermi: qualità (2) Capacità di refresh, cioè quante volte uno schermo può ridisegnare un immagine su se stesso al secondo Profondità di colore, rappresentata dal numero di bit utilizzabili per descrivere il colore di un pixel Determina la precisione con cui un colore viene rappresentato Proporzione tra largezza ed altezza; tipicamente era di 4:3, ad oggi i rapporti sono solitamente 16:9 o 16:10 i quali calzano il formato cinematografico. Si noti che i moderni monitor touch-screen sono contemporaneamente dispositivi di input e output. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 35 / 42
Stampanti Un altro dispositivo tipico di output di un calcolatore è rappresentato dalle stampanti. Questa risulta più lenta del monitor, tuttavia permette di avere documenti permanenti, e non volatili come le immagini sullo schermo. I due tipi di stampanti più noti sono quelle a getto d inchiostro e laser. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 36 / 42
Stampanti a getto d inchiostro Nelle stampanti a getto d inchiostro, una testina scorre orizzontalmente sul foglio spruzzando gocce d inchiostro in modo da comporre l immagine. Una volta terminata una riga, la carta viene fatta scorrere in modo da passare alla riga successiva. Utilizzando gocce più piccole, si ottiene una stampa più precisa a risoluzione maggiore (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 37 / 42
Stampante laser Un alternativa sono le stampanti laser In questo caso, un laser carica elettronicamente delle zone di un rullo fotosensibile In un secondo momento, le parti caricate attirano particelle di inchiostro in polvere contenute nel toner Grazie alla precisione del laser, è possibile ottenere una precisione di stampa molto alta Meccanismo simile a quello che avviene nelle fotocopiatrici (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 38 / 42
Laser vs getto d inchiostro Le stampanti a getto d inchiostro sono generalmente più economiche delle stampanti laser Il ricambio di inchiostro, considerato il costo a pagina stampata, è invece più oneroso Le stampanti a getto d inchiostro sono spesso vendute sotto costo, l azienda mira a guadagnare sul ricambio delle cartucce Stampando molto, probabilmente sul lungo termine una stampante laser è la scelta più conveniente (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 39 / 42
Stampanti: creazione colori Per ottenere i colori, vengono utilizzati i tre colori sottrattivi Ciano Magenta e Giallo (CYM, Cyan Yellow Magenta) Solitamente è anche incluso il colore nero anche se sarebbe ottenibile tramite gli altri colori (systema CYMK, Cyan Yellow Magenta black) Il nero così è più preciso rispetto a quello ottenuto per combinazione Risparmio di inchiostro, visto che altrimenti per stampare in nero sarebbe necessario utilizzare tutti e tre i colori (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 40 / 42
Stampanti: prestazioni Una misura della qualità di stampa è la sua risoluzione, misurata in punti per pollice (DPI, Dots Per Inch). Le prestazioni delle stampanti sono spesso misurate anche in base alla loro velocità (a parità di qualità), in pagine al minuto. (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 41 / 42
Periferiche per disabili Un settore molto particolare e importante è quello delle periferiche per disabili. Il sintetizzatore della voce ad esempio è un dispositivo che permette di trasformare un testo in suoni che simulano la voce umana. Dispositivo di uscita molto utile per una persona non vedente. Per quanto riguarda l ingresso dei dati, esistono tastiere per i non vedenti, speciali apparecchi per paraplegici e perfino periferiche azionate dal movimento degli occhi. L Informatica può e deve essere un mezzo per mettere in contatto col mondo esterno persone che, altrimenti, non potrebbero comunicare (Hawking è un matematico, fisico e cosmologo britannico, fra i più importanti e conosciuti del mondo, noto soprattutto per i suoi studi sui buchi neri, pur essendo condannato all immobilità). (Stefano Bilotta) Le periferiche Corso di Informatica 42 / 42