1.3 Concetti base dell Informatica: Elaboratore

1.3 Concetti base dell Informatica: Elaboratore Insegnamento di Informatica Elisabetta Ronchieri Corso di Laurea di Economia, Universitá di Ferrara I semestre, anno 2014-2015 Elisabetta Ronchieri (Universitá) Insegnamento di Informatica I semestre, anno 2014-2015

Argomenti Componenti Hardware Software Generazioni di calcolatori Prima Seconda Terza Quarta Quinta Categorie di elaboratori 1 / 29

Componenti Hardware rappresenta il mezzo con il quale l informazione é elaborata. Identifica tutto ció che é materiale, ossia che ha un peso fisico. É tutto ció che si puó danneggiare dal punto di vista meccanico ed elettronico. Software rappresenta il metodo con il quale l informazione é elaborata. Identifica i programmi e i dati, ossia tutto ció che non ha un peso fisico. É l insieme delle istruzioni che consentono all elaboratore di funzionare e di svolgere il proprio lavoro. 3 / 29

Componenti Senza hardware non esisterebbe il software, ma é vero anche il viceversa. Con l evoluzione della parte hardware e software si ha lo sviluppo dell Informatica. 4 / 29

Hardware Elemento Unitá di elaborazione o processore (CPU) 1 Memoria principale o centrale (RAM) 2 Unitá di Ingresso e Uscita (I/O) 3 Descrizione Svolge le elaborazioni e il trasferimento di dati, quindi esegue i programmi. Serve per memorizzare i dati e i programmi. Ha dimensioni limitate. É volatile perdendo il suo contenuto quando si spegne il calcolatore. Permette quindi un accesso rapido all informazione. Fa comunicare il calcolatore con l esterno. 1 CPU sta per Central Processing Unit. 2 RAM sta per Random Access Memory. 3 I/O sta per Input/Output. 5 / 29

Hardware Elemento Bus di sistema Memoria secondaria o Memoria di massa Periferiche Descrizione Collega gli elementi funzionali precedenti. Serve per memorizzare grandi quantitá di informazioni. É persistente. Permette un accesso meno rapido all informazione. É collegata ai dispositivi di Ingresso e Uscita. Trattano le informazioni in modo specifico. Sono collegate ai dispositivi di Ingresso e Uscita. 6 / 29

Software É un insieme complesso di programmi. Si divide in due categorie: 1 Software di base o di sistema (livello piú basso): fa da base per i programmi appartenenti al livello piú alto. 2 Software applicativo (livello piú alto): redige testi; effettua calcoli; compie operazioni utili con il computer. 7 / 29

Software di sistema Permette all elaboratore di funzionare e di svolgere le operazioni. Indica alla CPU come impiegare al meglio e usare le risorse. É l elemento fondamentale per l utilizzo di tutte le risorse hardware e software. Si compone di molti programmi separati che funzionano contemporaneamente. Ogni programma é organizzato in modo modulare. Si adatta alle richieste dell utente, dei software applicativi e dell hardware. Gestisce al meglio i numerosi moduli, dispositivi e programmi che compongono il computer. 8 / 29

Software di sistema Organizzato in vari livelli o moduli software. Spesso impiega un numero consistente di risorse di elaborazione e di memoria per svolgere queste funzioni. Livello Modulo Descrizione 0 Driver Gestisce le periferiche e gli altri componenti hardware 1 Kernel Distribuisce le risorse di calcolo tra le applicazioni in uso 2 Gestore dei processi Fa comunicare tra loro vari software applicativi in uso 3 Gestore della memo- Gestisce le risorse di memoria tra i software in uso ria 4 Gestore di Ingresso e Uscita Fa comunicare il Kernel con le periferiche di Ingresso e Uscita Usa il gestore di memoria per immagazzinare le informazioni di Ingresso e Uscita 5 Filesystem Gestisce la memoria di massa del sistema 6 Interprete dei comandi Consente l interazione tra sistema e utente 9 / 29

Software applicativo Include i programmi usati dagli utenti. Non ha una definizione precisa, poiché i software che ne fanno parte hanno diversi impieghi. É detto applicativo, in contrapposizione a quello di sistema, il quale serve solo per far funzionare il computer. Esempi di questo software sono: programmi per elaborare i testi; fogli elettronici; database; browser Web. 10 / 29

Prima generazione Coincide con il calcolatore IAS 4 e altri. Dal punto di vista hardware, ha scarsa capacitá di memorizzazione e bassa velocitá. Dal punto di vista software: richiede la programmazione in codice binario; non prevede la definizione di variabili e la realizzazione del ciclo di attesa; non supporta la programmazione e la struttura dei programmi (quindi assenza di librerie, compilatori e monitor); supporta la soluzione di problemi prettamente numerici. 4 IAS sta per Institute for Advanced Studies 12 / 29

Seconda generazione Coincide con l arrivo dei transistor nel 1948. Dal punto di vista software: realizza cicli d attesa e definisce variabili; usa linguaggi come FORTRAN e COBOL (tralascia la programmazione puramente binaria); supporta la programmazione e la struttura dei programmi; usa elaboratori specializzati per la parte di Input e Output. 13 / 29

Terza generazione Coincide con l avvento dei circuiti integrati nel 1965. Dal punto di vista hardware: usa memorie prodotte con tecnologia a semiconduttore; sfrutta il concetto di parallelismo che permette a vari livelli (per esempio di istruzione) di velocizzare l esecuzione di una certa funzione eseguendo piú passi in parallelo su moduli diversi. Dal punto di vista software, sfrutta i primi sistemi operativi per gestire la condivisione da parte di piú utenti delle risorse di un computer, quali memoria e processore. 14 / 29

Quarta generazione Coincide con l era VLSI 5. Dal punto di vista hardware: usa circuiti ad elevata integrazione potenziando i concetti di parallelismo, aumentando le funzionalitá di elaborazione e le capacitá di memorizzazione; usa i primi microprocessori, elaboratori paralleli o supercomputer. Dal punto di vista software, usa linguaggi orientati al parallelismo, quali C++, e al problem solving. 5 VLSI sta per Very Large Scale Integration 15 / 29

Quinta generazione Punta ad affrontare i problemi tipici dell intelligenza umana, come la comprensione del linguaggio naturale. Migliora la capacitá di apprendere automaticamente; Controlla l elaborazione in modo parallelo; Usa un grande numero di elaboratori molto semplici in analogia con i neuroni. 16 / 29

Categorie classiche Supercomputer, l elaboratore piú potente al mondo, in grado di effettuare operazioni estremamente pesanti per processi di calcolo intensivi (quali simulazioni fisiche, analisi molecolari e previsione meterologiche). Mainframe in grado di spartire le risorse di calcolo tra molti utenti anche collegati a distanza. Minicomputer, elaboratore intermedio di media potenza, offre meno del mainframe disponibile in diverse dimensioni (da quella paragonabile ad un frigorifero, a quella di un PC). Personal Computer (PC) che gestisce 1 solo utente. Terminale, simile al PC ma con prestazioni limitate, in grado di comunicare con il computer a cui sono connessi ma non effettua elaborazioni: é un elaboratore elementare non avendo capacitá di calcolo. 18 / 29

Supercomputer Provenienza della figura http://www.netlib. org/utk/people/ JackDongarra/PAPERS/ tianhe-2-dongarra-report. pdf É il piú grande e costoso, ma ha una potenza di calcolo impressionante. Sfrutta la procedura dell elaborazione parallela, eseguendo un numero elevato di operazioni con elevate prestazioni. Gestisce migliaia di risorse di calcolo. Esempio: Tianhe-2 in Cina, consuma 17 MW (come 17 pale eoliche da 1MW, o centrale a biomassa), elabora 33.86 quadrilioni (10 15 ) di operazioni al secondo. Informazioni sui top supercomputer al mondo: http://top500.org/ Fujitsu K é al 4 posto. 19 / 29

Mainframe Provenienza della figura http://www-03.ibm.com/ ibm/history/exhibits/ mainframe/mainframe_ album.html É noto come big iron o il big di ferro. Ha un costo molto elevato. Generalmente usato per scopi specifici, come archiviazione di grandi quantitá di dati. É una tecnologia utilizzata in vari ambiti, quali quello degli affari, del governo e della scienza. 20 / 29

Mainframe Provenienza della figura http://www-03.ibm.com/ ibm/history/exhibits/ mainframe/mainframe_ album.html Ha una elevata velocitá di calcolo, utilizzando molte risorse di calcolo contemporaneamente. É in grado di gestire milioni di operazioni contemporaneamente richieste da piú utenti. Ha inglobato nuove tecnologie, come la virtualizzazione. Garantisce elevati livelli di sicurezza. Gli utenti inseriscono i dati tramite un terminale dotato di monitor e tastiera, ma non effettuano l elaborazione eseguita dal mainframe. 21 / 29

Personal Computer É il meno costoso e di dimensioni contenute. É prevalentemente per uso personale. Puó essere fisso o portatile. Categoria PC Fisso PC Portatile Tipi Desktop, Workstation e Server Laptop, Notebook, Smartphone, Palmare (PDA) e Tablet 22 / 29

Personal Computer: fisso Desktop Workstation Ha un compito specifico, quale Non ha un compito specifico. elaborazione di disegno Hanno orientamento aperto. tridimensionale o montaggio di video. Necessita di una costante alimentazione dalla rete elettrica. Composto da un unitá centrale, una tastiera e un monitor. 23 / 29

Personal Computer: fisso Server É specializzato nella connessione di rete. Spesso immagazzina grandi archivi di dati usabili da piú utenti. 24 / 29

Personal Computer: portatile É molto leggero e maneggevole. Integra nello stesso corpo monitor, tastiera, unitá disco fisso e batteria. Usa batterie ricaricabili. Ha dimensioni ridotte che li rende usabili ovunque. 25 / 29

Personal Computer: portatile Notebook Laptop Laptop É piú ingombrante di un Notebook. Contiene un maggior numero di periferiche, come le unitá ottiche per la lettura di CD e DVD e una dotazione completa per la connessione di periferiche sterne. É usabile al posto del desktop, ma ha poca autonomia. Offre una minore velocitá di calcolo rispetto al desktop, a favore di una maggiore autonomia delle batterie. 26 / 29

Personal Computer: portatile Tablet É privo di tastiera fissa, o munito di tastiera che scompare dietro il monitor. É dotato di schermo sensibile al tocco (con sensori touch screen) usato per introdurre dati. 27 / 29

Personal Computer: portatile Palmare o PDA (Personal Digital Assistant) I E un piccolo computer con un peso di circa 400 gr. I E usato per organizzare e pianificare impegni, ma anche per visualizzare documenti, navigare in Internet e inviare messaggi di posta elettronica. 28 / 29

Personal Computer: portatile Smartphone o telefono intelligente É tra i piú piccoli elaboratori in assoluto. Consente di effettuare chiamate vocali, ma anche di navigare in Internet e ricevere diversi tipi di informazione, quali e-mail, quotazioni di borsa e risultati sportivi. Integra le funzioni PDA e quelle del cellulare. Usato per applicazioni semplici, come registrazione di un appuntamento. 29 / 29