INFORMAZIONE DIGITALE Cmputer => macchina in grad di elabrare dei dati a partire da prgrammi che descrivn l elabrazine da cmpiere Hardware + Sftware = definiscn le capacità del pc I dati vengn rappresentati cn numeri interi => rappresentazine digitale (per mezz di simbli) = bit Entità minima di infrmazine = bit (Binary Digit), valri 0 e 1 (assenza presenza di un fenmen), discreta. Per pter rappresentare un numer maggire di infrmazini => sequenze di bit Cdifica dell infrmazine = prcess a cui si fa crrispndere un infrmazine a una sequenza di bit. Cdifica binaria = cn N bit pss cdificare infrmazini differenti. Se dev rappresentare M infrmazini si deve selezinare un numer di bit in md che Byte = 8 bit ( infrmazini). Slitamente si usan multipli del byte (KB, MB, GB, TB) L alfabet latin può essere cdificat usand un Byte (cmpst da 220 caratteri) = cdice ASCII. Data una sequenza di bit, il test che essa cdifica può essere ttenut suddividend la sequenza in gruppi di 8 bit ( un byte), si determina il carattere crrispndente a gni byte. ASCII base => usa sl 7 degli 8 bit (n caratteri nazinali); ASCII estes => usa tutti gli 8 bit Cdifica immagini: suddivisine dell immagine in una griglia, gni quadratin prende il nme di pixel e può essere cdificat in binari (1 se ner predminante, 0 se bianc predminante). La rappresentazine sarà più fedele all aumentare dei pixel. Il clre può essere generat unend 3 clri base (cdifica RGB), usand 8 bit per gni clre si pssn ttenere 256 sfumature per gni clre (Rsse, Verde, Blu) => 16,7 milini di clri diversi 1 pixel a 2 clri => 1 bit 1 pixel a 256 clri => 1 byte (1*8 bit) 1 pixel a 16,7 milini di clri => 3 byte (3*8 bit) Una rappresentazine binaria dell immagine deve dare infrmazini anche sul numer di righe e clnne dell immagine e sui clri usati. Qualità immagini digitali: Risluzine = precisine cn cui viene effettuata la suddivisine di un immagine in pixel. Si misura in pixel Prfndità del clre = numer di clri diversi che pssn essere rappresentati, si misura in bit ( byte in base al numer di clri) Dimensine immagini = numer di bit che servn a memrizzare l immagine (risluzine * prfndità di clre) Tecniche di cmpressine che permettn di ridurre la dimensine dell immagine. Cmpressine lss less => n perdita di infrmazini (gif, png)
Cmpressine lssy => perdita di infrmazini Run lenght encding : tecnica di cmpressine lss less, invece di elencare i pixel un per un si elenca il numer di pixel cnsecutiv dell stess clre Cmpressine gif: lss less se i clri sn pchi (8 bit) se ha più clri l immagine viene deterirata Cmpressine jpeg: rinuncia a una parte dell infrmazine dell immagine che nn sarebbe cmunque percepita dall cchi uman grafica bitmap rster =>le immagini cdificate in pixel grafica vettriale => segmenti e attributi dell immagine sn memrizzati separatamente, la qualità dell immagine è indipendente dal fattre di ingrandiment cdifica immagini in mviment si digitalizzan i ftgrammi del filmat. Si memrizza il prim ftgramma e nei successivi si memrizzan sl le differenze dal prim; dp un tt di ftgrammi se ne memrizza un cmplet cdifica suni digitalizzazine tramite dei campinamenti sull nda, il numer di campinamenti racclti per secnd definisce la frequenza di campinament (almen 40.000 al secnd). La sequenza dei valri numerici ttenuti dai campinamenti può essere facilmente cdificata in sequenze di bit. Cdifiche standard: mp3 (lssy), midi (sl per musica) cdifica dei numeri ntazine psizinale: base = numer di cifre del sistema cnversine da base 10 a base 2: calcl il quziente e il rest della divisine per 2 del numer, se il rest è pari segn 0 se dispari 1. Ricminci usand il nuv quziente. Quand il quziente arriva a 0 mi ferm ntazine esadecimale = 16 cifre, più cmpatt della ntazine binaria, cnversine esadecimale, binaria più semplice (cifra per cifra). ARCHITETTURA DEGLI ALBORATORI Attività principale del pc => fare calcli -> prcessre Il prcessre deve cnscere: ram Prcessre + memria principale (ram) = unità centrale del pc Altre cmpnenti (periferiche) = dispsitivi di input, dispsitivi di utput, memria secndaria Memria principale Cstituisce il cure del pc (assieme al prcessre). Immagazzina i prgrammi che istruiscn il prcessre sull elabrazine da svlgere e i dati da elabrare. (NB: prgrammi e dati = sequenze di bit) La ram deve:
1. Registrare sequenze di bit 2. Recuperare una sequenza precedentemente registrata Per memrizzare i bit utilizza le cariche elettriche => memria vltile La ram è suddivisa in celle da 8 bit (1 byte), sn l unità minima di lettura e scrittura, sn numerate cnsecutivamente, a gni cella è assciat un numer (indirizz della stessa). La dimensine della ram è data dal numer di celle dispnibili (Mega Giga Byte) Il prcessre può: scrivere/leggere una sequenza di 8 bit in una cella della ram. => deve specificare l indirizz della cella (sequenza di bit), l indirizz deve avere una lunghezza prefissata) Il numer di celle indirizzabili => spazi di indirizzament (32/64 bit) Temp di access = temp per leggere /scrivere in una cella, nn dipende dalla sua psizine Ram => memrizza prgrammi e dati, la sua dimensine influisce sulle prestazini del pc Altri tipi di memria Rm = memria di sla lettura, nn è vlatile, cntiene le inf usate quand si accende il pc (btstrap) Sram = ram statiche, nrmalmente usate per la memria cache Dram = ram dinamiche, usate per la memria principale Vram = ram vide, usate per la gestine delle immagini Prcessre (cpu) Cstituisce il cure del pc (assieme alla ram). Esegue le istruzini cntenute nei prgrammi memrizzate nella ram (scritte in linguaggi macchina). Il prcessre lavra per cicli di esecuzine, a gni cicl il prcessre recupera dalla ram la prssima istruzine e la esegue Hardware cpu: Unità di cntrll: crdina le attività del prcessre Registri: piccle unità di memria (2-8 byte) su cui è pssibile eseguire calcli velci. Registri speciali => Prgram cunter : cntiene l indirizz in memria della prssima istruzine da eseguire Registr di istruzine: cntiene l istruzine da eseguire attualmente Registri generici: inf sull stat di esecuzine Unità lgic aritmetica (alu): esegue calcli aritmetici e test lgici Funzinament cpu: l unità di cntrll scandisce i cicli di esecuzine della cpu grazie al clck. A gni cicl: 1. Recupera dalla memria l istruzine che si trva all indirizz segnat nel prgram cunter, l istruzine vien trasferita dalla memria al registr di istruzine 2. Incrementa di un il valre del prgram cunter (al prssim cicl leggerà l perazine successiva) 3. Legge il registr istruzine e ne interpreta il cntenut pi decide il da farsi : a. Lettura
b. Scrittura c. Calcl aritmetic/lgic d. Salt cndizinale Per eseguire calcli (tramite la alu) su dei dati la cpu ha bisgn di averli nei prpri registri generici => trasferirli dalla memria in un registr (lettura), dp l elabrazine ritrasferirl dal registr alla memria (scrittura). Ogni istruzine di elabrazine deve essere preceduta da apprpriate istruzini di lettura e essere seguita da apprpria istruzini di scrittura => devn cntenere l indirizz di memria su cui perare, il registr generic su cui perare. Calcl aritmetic lgic => i dati si trvan già nei registri generici, l unità di cntrll segnala alla alu: Quale perazine eseguire In quali registri generici si trvan i dati da elabrare In quale registr generic deve mettere il risultat Le dimensini dei registri generici (wrd) stabilisce qual è il massim numer che si può calclare (32/64 bit) Salt cndizinale => scrive nel prgram cunter un indirizz di memria divers da quell prgrammat, permettend di saltare a un istruzine diversa vi antepne la verifica di un dat, esegue il salt sl se il test ha risultat psitiv. Permette di: scrivere istruzini diverse per trattare circstanze diverse, ripetere più vlte una stessa sequenza di istruzini fin a che un cert requisit nn è sddisfatt Linguaggi macchina: insieme di istruzini che una cpu può eseguire (linguaggi ibm) Frequenza cpu: numer di cicli di esecuzine per secnd (3/4 G Hz) Memria cache Cmpnente accessria della cpu, via di mezz tra la memria principale e i registri. Depsit intermedi per dati che vengn usati di frequente ma devn essere tlti dai registri per ragini di spazi Bus Grupp i cavi che trasmettn dati dalla memria alla cpu e viceversa. Un cavett per ciascun bit => la dimensine del bus stabilisce quanti bit pss trasferire alla vlta Scheda madre Base su cui sn mntate cpu e ram, cllegate tra lr dai bus Periferiche Cllegament periferiche => prte (esterne/interne). Prte parallele: i bit che arrivan dalla periferica vengn trasferiti cntempraneamente al pc. Prte seriali: i bit vengn trasferiti un alla vlta. Prte plug and play: il pc riesce a ricnscere da sl la periferica, permette di attaccarla e staccarla mentre il pc è acces Le periferiche peran in md asincrn cl prcessre, sn schiave del prcessre (gestine marter/slave) è il prcessre che deve crdinare le attività di tutti i dispsitivi
A ciascuna prta sn assciate degli spazi di memria della scheda madre (indirizzi particlari) Interrupt: segnale che le periferiche invian al prcessre quand hann trasferit un dat che vglin venga cnsiderat, interrmpe l attività del prcessre e l cstringe a eseguire il driver della periferica. Memria secndaria A differenza della ram (vlatile, di piccle dimensini, cstsa) è permanente, men cstsa, di maggiri dimensini e più lenta. Hard disk: memria magnetica, cd e dvd: dischi ttici, chiavi usb Access sequenziale: per accedere alle inf dev scrrerle tutte /access dirett: direttamente a qualunque punt Indirizzament: nella memria secndaria parliam di blcchi (mlt più grandi delle celle della ram) perché la memria secndaria è più grande e perché la sua lettura/scrittura è più lenta Funzinament dischi magnetici: supprti su cui è psizinat un material magnetizzabile, plarizzazine psitiva negativa. Il disc viene mantenut a una velcità di rtazine cstante, per la lettura/scrittura una testina si muve in sens radiale. I dischi si suddividn in tracce (cncentriche), settri (fette di disc), blcchi (traccia suddivisa dai settri) Access dirett ai dai, temp di access dipende da: Seek time: temp perché la testina arrivi alla traccia Latency time: temp perché il settre passi stt la testina Temp di trasferiment: temp necessari a trasferire i bit del blcc alla ram e viceversa Dischi ttici Si usa un raggi laser e la riflessine della luce (nn riflette 1, riflette 0), necessitan di un lettre/ masterizzatre. Cd, dvd, blu-ray Periferiche utput Mnitr => caratteristiche: risluzine, prfndità del clre. Frequenza di aggirnament dell immagine, dimensine del mnitr (pllici), tiplgia di mnitr La cpu scrive l immagine da visualizzare sulla vram. Risluzine e prfndità dipendn dalle capacità fisiche del vide e dalla dimensine della ram Stampante (a aghi, a gett di inchistr, laser) Periferiche imput Scheda audi, tastiera, muse, scanner (immagine bit map)
SOFTWARE E SISTEMA OPERATIVO Maggire astrazine dalle caratteristiche fisiche della macchina => maggire facilità di utilizz e maggire rapidità nella prgrammazine Sistema perativ = autmatizza la gestine di mlti cmpiti cntribuend a alzare il livell di astrazine Il s viene mandat in esecuzine al mment dell accensine del pc (bt strap). Parte del s deve essere sempre mantenut in memria principale, sempre prnta per l esecuzine Funzini s: Per mette di avere in esecuzine più prgrammi cntempraneamente => gestine cpu e ram Permette di interagire cn il pc Gestine s, installare e disinstallare prgrammi, cnfigurare il pc e il s Attività vera e prpria => eseguire un prgramma, eliminare/rinminare i fil, usare le periferiche Gestine del prcessre Esecuzine prgrammi => dppi click, il s cerca il prgramma nella memria secndaria, l cpia nella memria principale, impsta il registr prgram cunter cn l indirizz in memria principale della prima istruzine del prgramma Sistemi mn utente/mn prgrammati: Un sl utente può eseguire un sl prgramma (prcess) alla vlta => il prcessre nn viene sfruttat al megli, sprec di temp Sistemi multi prgrammati: quand il prcessre è nell stat di idle l si può sfruttare per eseguire (parte di ) un altr prcess. Il s si ccupa dell alternanza tra i prcessi in esecuzine. In realtà in esecuzine c è un sl prcess, ma l alternanza è mlt frequente Prcess => Esecuzine : sta utilizzand il prcessre Prnt: ptenzialmente in cndizine di usare il prcessre, che però è ccupat Attesa: aspetta il verificarsi di un event estern Un prcess può abbandnare l stat di esecuzine per: Terminazine: il prcess termina la sua esecuzine e lascia il sistema Attesa: richiesta i i/ di risrse, una vlta che l event si è verificat il prcess trna a essere prnt Viene fermat per realizzare in md equ l alternanza tra i prcessi È pprtun fermare un prcess se un prgramma nn si ferma mai, se più utenti vglin usare il pc. Scheduling del prcessre => ad esempi Rund Rbin: a gni prcess viene assegnat un quant di temp del prcessre (time slice), dp il prcess viene rimess in attesa, in cda cn gli altri prcessi prnti Aument dei prcessi => degrad delle prestazini del sistema
Tabella dei prcessi = per gni prcess vi è un descrittre. Queste infrmazini servn per realizzare l perazine di cambi di cntest => quand un prcess lascia il prcessre le inf sul su stat vengn memrizzate nel su descrittre e nella tabella dei prcess, csì quand trnerà in esecuzine il prcess ptrà ripartire dal punt in sui si era interrtt Gestine della memria principale Multiprgrammazine => più prgrammi in memria cntempraneamente Si divide la memria in sezini chiamate partizini (alcuni blcchi cnsecutivi della memria principale). La dimensine delle partizini è un multipl delle dimensini della memria principale, la decisine dei blcchi è decisa a priri. Una partizine è individuata da: un indirizz di inizi partizine (base) e un di fine partizine (limite) Partizini multiple cn allcazine cntinua => quand il prcessre genera un indirizz una unità specifica (mmu) gli smma il valre della base, si spsta csì tutt ciò che il prcessre fa nell area di memria di sua cmpetenza. La mmu cntrlla che nn superi il valre del limite (i prgrammi nn pssn interferire tra lr) Partizini fisse => dimensine decisa a priri, quest prvca frammentazine interna a ciascuna partizine e frammentazine esterna cmplessiva Partizini variabili => dimensine decisa al mment del caricament del prcess, la frammentazine esterna esiste cmunque Allcazine nn cntinua => prgrammi spezzettati Segmentazine: il prcess viene suddivis in base ai cntenuti. Prblema = gestine di segmenti di dimensini diverse Paginazine: il prcess viene divis in pagine di uguale dimensine (1-4 kb). La memria viene divisa in frame, a gni frame è assegnata una pagina Prgrammi e/ dati di grandi dimensini, alcuni ptrebber essere trpp grandi per essere cntenuti nella ram ppure i dati che vengn elabrati ptrebber essere trpp grandi => Memria virtuale: permette di avere in esecuzine un insieme di prcessi la cui dimensine supera la capacità di memria Swapping => i prcessi sn in esecuzine un alla vlta, quand un prcess nn è in esecuzine pss tglierl tempraneamente dalla ram e metterl in memria secndaria. Quand trna in esecuzine l riprt nella ram spstand eventualmente un altr prcess Paginazine a richiesta => il prcess e i sui dati sn divisi in pagine e la memria in frame, la tabella delle pagine asscia a gni pagina un frame. Quand una pagina serve al prcessre viene prmssa in ram a scapit di un altra. Il s adtta tecniche per intuire quali pagine nn servirann per un p e quali quasi subit Trashing => se la memria è trpp piccla per l insieme dei prgrammi caricati il prcessre va in trashing, passa più temp a spstare i prcessi dalla memria secndaria alla ram che a eseguire i prgrammi
Gestine della memria secndaria La memria secndaria serve a memrizzare prgrammi e dati in md permanente. File = un insieme di inf mgenee che vengn memrizzate insieme e a cui viene assegnat un nme. File di prgramma (installazine, esecuzine, disinstallazine), file di dati (dcumenti creati e elabrati cn prgrammi specifici) File system => parte del s che si ccupa di gestire e strutturare le infrmazini memrizzate sulla memria secndaria. Il file è cmpst da un nme (per ricnscerl) e da un estensine. Cartella = rganizzazine gerarchica dei file Pathname = percrs da seguire per raggiungere un file nella memria secndaria Organizzazine fisica di file: i file ccupan dei blcchi sul disc, il s deve sapere quali sn i file memrizzati sul disc, sapere dve si trvan per recuperarli, ttimizzare l spazi sul disc Device directry => tabella che cntiene un elenc dei file descriptr relativi a ciascun file Ottimizzare l spazi sul disc => Allcazine cntinua = file memrizzat in una sequenza di blcchi cnsecutivi. Il file descriptr memrizza l indirizz del prim blcc + la dimensine del file ( numer di blcchi). Prblema : se il file cresce l dev spstare in blcc, cancelland il file si crean dei buchi (rislvibile cn la cmpattazine) Allcazine sparsa = i blcchi che cmpngn il file sn sparsi per il disc Allcazine sparsa indexata: il file descriptr cntiene l elenc d i tutti i blcchi e le sue dimensini varian assieme a quelle del file Allcazine sparsa linkata: il file descriptr cntiene l indirizz del prim blcc, in fnd a ciascun blcc c è l indirizz di quell successiv => access sequenziale Sftware: Sistema perativ => indispensabile, ne dipendn le funzini cmuni a tutti i prgrammi Prgrammi applicativi => pzinali, necessari per funzini specifiche cmpatibili cn il sftware di base Cpiright: prgramma cpert dai diritti d autre => nn pss cpiarl, mdificarl, rivenderl, può essere cmmerciale (va acquistat), shareware (gratuit per un perid di prva), freeware (gratuit) Senza cpiright: sftware di pubblic dmini, nn cpert dai diritti d autre Sftware prprietari: cdice srgente segret cdice pen surce: cdice liberamente dispnibile Sftware liber Libertà di eseguire il prgramma per qualsiasi scp
Libertà di studiare il su funzinament e adattarl alle prprie esigenza (=> access cdice srgente) Libertà di ridistribuirne cpie Libertà di miglirare il prgramma e distribuire i migliramenti (=> access cdice srgente) Prerequisiti: access cdice srgente, libertà di cpia e ridistribuzine, libertà di mdifica e miglirament Il sftware liber è spess gratuit ma nn sempre. Il sftware gratuit nn è per frza liber LE RETI INFORMATICHE Tipi di reti: lcale, gegrafiche (internet) Anni 70 => mdell centralizzat. Cllegament di mlti utenti a un unic elabratre ptente attravers terminali. Svantaggi: necessari pc centralizzati sempre più ptenti, nn flessibile (guasti), nn ecnmic Anni 80 => mdell distribuit. Cllegare in rete gli elabratri. Vantaggi: flessibilità (l rttura di una macchina blcca un sl utente), ecnmicità Internet -> nat da ARPAnet (fine anni 60) intercnnessine delle reti già esistenti (inter-netwrking). Anni 90 => esplsine di interne (creazine del wrd wide web) Tipi di cmunicazine: sincrna, asincrna, bradcast, multicast, pint t pint => internet cme mezz di cmunicazine universale Cmpnenti di internet: - Hst ( sistema terminale) = pc - Cllegamenti = cavi/nde elettrmagnetiche - Cmmutatri di pacchett = ruter/switch - ISP (internet service prvider) => ptrebbe essere istituzinale, cntiene un insieme di cllegamenti e cmmutatri di pacchett, frnisce l access a internet Gli hst pssn essere identificati cme client (pc che richiede servizi) server (pc che frnisce un servizi) Sftware per le reti - Prgramma client = eseguit da un hst che richiede e riceve un servizi da un prgramma server in esecuzine su un altr hst - Prgramma peer t peer (p2p) = l hst funzina sia cme client che cme server Prtclli => cntrllan l invi e la ricezine di infrmazine. Definisce il frmat e l rfine dei messaggi scambiati csì cme le azini intraprese in fase di trasmissine/ricezine di un messaggi Principali prtclli internet = nme cllettiv di TCP/IP. TCP = trasmissin cntrl prtcl, IP = internet prtcl
Prtclli rganizzati su una serie di livelli. Il livell n di un dispsitiv in rete cmunica cn il livell n di un altr dispsitiv. Un prtcll di livell n svlge le sue funzini usand ii servizi frniti dal livell n-1 e frnisce servizi al livell n+1. Per gni cppia di livelli => interfaccia. Al di stt del livell più bass => supprt fisic per il trasferiment dei dati. Svantaggi dei livelli => pssibilità che un livell duplichi le funzinalità di quell inferire; un livell può richiedere infrmazini presenti sl su un altr livell Prtclli TCP/IP 1. applicazine rul: varie funzini relativi ai prgrammi applicativi di internet, esempi FTD, http. Crean messaggi di vari tipi 2. trasprt rul: trasferiment del messaggi dal livell di applicazine dell rigine alla destinazine (da un hst all altr) tcp => garantisce il trasferiment dai messaggi, cntrlla il fluss in rete, frazina il messaggi in pacchetti udp => nn frnisce nessuna garanzia di cnsegna del messaggi 3. rete rul: trasferiment dei pacchetti dall rigine alla destinazine (da un hst all altr) prtcll IP: definisce l inf che deve essere aggiunta al pacchett per realizzare il trasferiment nella rete prtclli per instradament: determinan i percrsi che devn seguire i pacchetti spess chiamat livell IP 4. cllegament rul: trasferiment dei pacchetti da un nd della rete a quell successiv esempi: ethernet, ppp 5. fisic rul: trasferire i singli bit da un nd della rete all altr dipendenti dall effettiv mezz trasmissiv del cllegament indirizzi IP e DNS indirizz IP => unic per gni pc (assegnati dalla Assigned Number Authrity). Il prvider (ISP) assegna un indirizz ip gni vlta che ci si cllega a internet, scegliendl tra quelli che ha acquistat. IPv4 => 32 bit, 4 campi da 8 bit ciascun, slitamente 4 decimali separati da un punt IPv6 => 128 bit DSN (Dmani Name System) => traduce gli indirizzi simblici in indirizzi IP. Gli indirizzi sn cstruiti a partire dall schema gerarchic basat sul cncett di dmini (dmini di prim livell =.cm;.net;.rg) Prta elettrnica => identificativ utente @ struttura basata sul dmini Neme server ( server DSN)= gestiscn la crrispndenza tra nmi simblici e indirizzi IP numerici
Prtcll TCP => suddivide il messaggi in frammenti più brevi (pacchetti) Prtcll IP => definisce l infrmazine che deve essere aggiunta al pacchett per realizzare il trasferiment nella rete, cntiene: - infrmazine (quantità limitata) - numer prgressiv (identificatre) - indirizz IP del destinatari i pacchetti IP sn inviati attravers internet un alla vlta, pssn seguire percrsi diversi (vantaggi nel cas di cngestini guasti), sn pi rirdinati secnd in numer identificatre cllegare un pc a internet => tramite un ISP (internet service prvider) - access residenziale mdem = dispsitiv per usare la rete telefnica cme mezz di cmunicazine tra pc, permette di cnnettere il pc dell utente a quell del prvider (che abilita l invi r la ricezine delle inf da internet) mdem dial up (stessa linea del telefn, 56K); ADSL (velcità asimmetrica, prgettat per brevi distanze tra mdem residenziali e ISP, usa tre bande di frequenza nn svrappste: utente, Isp, canale telefnic) - access aziendale universitari (LAN) pc cllegati stt frma di rete lcale (lan), cmunemente usat ethernet. Intranet = nme che viene rete lcale rganizzazine. Tramite un pc dett gateway una rete lcale può essere cnnessa a internet - access senza fili wireless, una variante della lan. Un pc dett hub è fisicamente cllegat a internet. Prtcll usat: ethernet l www (wrd wide web)=> tutti i web server e i lr file. Richiesta di visualizzare una pagina web => tramite un URL (universal resurce lcatin). 3 parti principali: - prtcll: http:// (indica al pc cme gestire il file) - nme del server (nme simblic dell indirizz IP) - percrs della pagina (identifica il file e la sua psizine) le pagine sn rappresentate stt frma di srgente = descrizine di cme la pagina deve apparire all utente (pagine rappresentate cme un grafic), tipicamente scritt in htlm