Corso Informa+ca di Base Definizioni, Classificazioni e componen1s1ca Hardware Alcune Definizioni • INFORMATICA: scienza e tecnica che tra5a l'elaborazione automa+ca dei da+ e dei procedimen+ di calcolo • CALCOLATORE O ELABORATORE ELETTRONICO: macchina ele5ronica in grado di manipolare automa+camente informazioni, eseguendo operazioni su da+ forni+ in ingresso (input), per o5enere dei risulta+ emessi come da+ in uscita (output) • PROGRAMMA: insieme di istruzioni che possono essere eseguite da un elaboratore ele5ronico. • PROGRAMMATORE: Si occupa di realizzare opera+vamente le applicazioni, scrivendo le istruzioni so5o forma di linee di codice basate su specifici linguaggi di programmazione. Alcune Definizioni • SoFware: Il soFware è un programma o un insieme di programmi in grado di funzionare su un computer o qualsiasi altro apparato con capacità di elaborazione Viene in generale suddiviso in: -‐ soFware di base o di sistema: Indispensabile al funzionamento del computer. -‐ soFware applica1vo Programma, scri5o in qualsiasi linguaggio di programmazione, predisposto per risolvere problemi specifici. Alcune Definizioni Firmware: SoHware registrato in una memoria par+colare del computer, o di una periferica, e che comprende le istruzioni basilari per la "vita" della stessa. L'esempio più noto è il BIOS, che il computer esegue al proprio avvio. Alcune Definizioni HARDWARE: Dall'inglese hard (solido) e ware (componente) Tu5o ciò che in un computer si riconosce fisicamente e quindi tu5e le periferiche, le par+ ele5riche, meccaniche, ele5roniche ed oQche. Hardware interno dell’elaboratore – Unità centrale di elaborazione (CPU) – Memoria – Disco Fisso (HD) – Scheda madre Hardware esterno dell’elaboratore – Tas+era – Mouse – Monitor – Stampante Alcune Definizioni Mul1tasking • Capacità di un elaboratore di servire più lavori (task) in pseudo-‐parallelismo. • Il compito di tener traccia dei lavori che vengono esegui+ in pseudo parallelismo è delegata al sistema opera+vo. In un sistema mul+programmato la CPU passa da un programma ad un altro, facendo girare ognuno di essi per una decina o un cen+naio di millisecondi. Mentre la CPU ad ogni singolo istante fa girare un solo programma, nell’arco di un secondo può lavorare su programmi diversi, dando all’utente l’illusione di parallelismo. • Il mul+tasking simula quindi la presenza di più CPU all’interno di uno stesso sistema. Alcune Definizioni Mul1utenza: Modalità in base alla quale più uten+ collega+ possono contemporaneamente contendersi l’uso delle risorse del sistema StruNura di un calcolatore Componen1 principali: – Unità di controllo di processo (Central Processing Unit) – Memoria principale (Main memory) – Memoria secondaria (Mass storage) – Disposi+vi di ingresso/uscita TIPI DI ELABORATORI Gli elaboratori si differenziano in base alla velocità di elaborazione, alla capacità di memoria, alla 1pologia dei processori, al costo e agli impieghi 1pici • Supercomputer • Mainframe • Minicomputer • Worksta+on • Personal Pc TIPI DI ELABORATORI SUPERCALCOLATORI: elaboratori proge5a+ per o5enere potenze di calcolo estremamente elevate, dedica+ ad eseguire calcoli par+colarmente onerosi. Sono dota+ di più unita centrali e si basano su par+colari architeNure parallele. Trovano u+lizzo nei campi della meteorologia, della fisica della chimica e militare TIPI DI ELABORATORI MAINFRAME • computer u+lizza+ per applicazioni cri+che sopra5u5o da grandi aziende e is+tuzioni, +picamente per elaborare con alte prestazioni ed alta affidabilità grandi moli di da1, come ad esempio nelle transizioni finanziarie, nei censimen+ e nelle sta+s+che. • in grado di servire contemporaneamente migliaia di uten+ connessi a esso a5raverso dei terminali. TIPI DI ELABORATORI MINICOMPUTER • elaboratore stru5uralmente analogo al mainframe. È composto da un computer centrale con terminali e disposi+vi collega+ tra loro. Differisce dal mainframe, nella potenza di calcolo, nel numero di processori e nella capacità di memoria. • U+lizzato dalle piccole e medie imprese TIPI DI ELABORATORI NETWORK COMPUTER • Sviluppato per essere u+lizzato esclusivamente in congiunzione con una connessione a una rete telema+ca. • Elaboratore che funziona in simbiosi con un elaboratore centrale, de5o server, da cui preleva le applicazioni. • Le applicazioni, contenute in un unico cervello centrale, vengono sempre eseguite sui computer locali. • I terminali locali possono anche non avere capacità autonome di elaborazione e sono spesso cos+tui+ solamente da una tas+era e uno schermo. TIPI DI ELABORATORI Elaboratori Monoutente Pc (personal computer) § Elaboratori di uso generale. § Costo medio basso § Elaboratore da scrivania spesso non spostabile Laptop: elaboratore leggero, manegevole spostabile. PDA (personal digital assistant) § Disposi+vo di dimensioni rido5e, con risorse limitate, +picamente touchscreen e dotato di un SO apposito § Possono conne5ersi ad internet § Hanno funzione di PIM fornendo funzioni di agenda lista task, calcolatrice e sveglia/allarme La CPU L'unità centrale di elaborazione (CPU) è cos+tuita dal microprocessore, l'elemento che cara5erizza le prestazioni dell'intero PC. Il suo scopo è quello di eseguire i programmi e ges+re gli altri componen+ del computer. Il microprocessore è un componente integrato di transistor e di altri elemen+ aQ a cos+tuire i circui+ logici che presiedono al funzionamento dell'intero elaboratore. Evoluzione Cpu Nome Data Transistor Micron Clock Speed Data width MIPS 8080 1974 6.000 6 2 Mhz 8 bits 0.64 8088 1979 29.000 3 5Mhz 16 bits 8-‐bit bus 0.33 80286 1982 134.000 1.5 6 Mhz 16 bits 1 80386 1985 275.000 1.5 16 Mhz 32 bits 5 80486 1989 1.200.000 1 25 Mhz 32 bits 20 Pen+um 1993 3.100.000 0.8 60 Mhz 32 bits 100 7.500.000 0.35 233 Mhz 32 bits 64 – bit bus ~ 300 Pen+um II 1997 Evoluzione Cpu Nome Data Transistor Micron Clock Speed Data width Pen+um III 1999 9.500.000 0.25 450 Mhz 32 bits ~510 64-‐bit bus Pen+um 4 2000 42.000.000 0.18 1.5 Ghz 32 bits ~1.700 64-‐bit bus Core 2 Duo 2006/2008 410.000.000 0.045 3.3 GHz 32/64 bits ~22.305 Core 2 Quad 2008/2009 820.000.000 0.045 2.6 / 3 Ghz 32/64 bits Core i5 2009/2010 774.000.000 0.045 2.6/3.2 GHz Core i3 2009/2010 774.000.000 0.032 3.2 GHz MIPS Organizzazione di un Processore Un processore, CPU, esegue una sequenza di istruzioni (programma) prelevate da una memoria. La memoria è esterna alla CPU. La sequenza di operazioni per elaborare una singola istruzione prende il nome di instruc+on cycle. Instruc1on Cycle È suddiviso in due cicli: • fetch cycle: la CPU legge dalla memoria l’istruzione che deve essere eseguita • execu1on cycle consiste in: – decodifica dell’istruzione da eseguire. – le5ura degli operandi dell’istruzione. – esecuzione dell’operazione. Componen1 della Cpu ALU – Svolge le operazioni aritme+che, logiche Registri – Più veloci della memoria principale – registro contatore (PC = program counter) – registro accumulatore (A) – registro istruzione (IR) – Un registro è in grado di contenere un numero di bit diverso a seconda del +po di CPU. – Registri a 8, 16, 32, 64 bit¬ Unità di controllo (Control Unit) – Esegue le istruzioni secondo il ciclo: prelievo, decodifica, esecuzione (fetch, decode, execute) Control Unit Set di istruzioni: insieme di istruzioni binarie che una CPU sa eseguire Le istruzioni sono riconosciute dall’unità di controllo Le istruzioni e la loro complessità variano in base all’archite5ura della cpu. Tipologie CPU • CISC: Un'archite5ura cisc (Complex Instruc+on Set Computer) è dotata di un set di istruzioni che consentono di eseguire operazioni complesse. I microprocessori con questa archite5ura erano pensa+ per essere programma+ in assembler e quindi il progeQsta me5eva a disposizione del programmatore istruzioni anche molto complesse. • RISC: RISC, acronimo dell‘inglese Reduced Instruc,on Set Computer, indica una filosofia di proge5azione di archite5ure per microprocessori formate da un set di instruzioni contenente istruzioni in grado di eseguire operazioni semplici che possono essere eseguite in tempi simili. Interrupt È un evento che interrompe il normale funzionamento della CPU In risposta ad un interrupt, la CPU sospende l’esecuzione del programma corrente ed esegue il programma di ges+one dell’interrupt: interrupt handler Al termine dell’interrupt handler, la CPU riprende l’esecuzione del programma interro5o. La presenza di un interrupt viene iden+ficata alla fine di ogni instruc+on cycle Unità di misura L’instruc1on cycle è composto da una sequenza di micro-‐operazioni eseguite dalla CPU La durata di una micro-‐operazione prende il nome di cycle 1me: t cpu Il valore 1/t cpu è la frequenza di clock della CPU, misurato in megahertz (MHz) Es: frequenza di clock = 500 MHz t cpu = 2 ns (nanosecondi). Prestazioni Microprocessore Le unità di misura per valutare le prestazioni di un microprocessore sono: • MHz (megahertz) non rappresentano un parametro molto significa+vo in quanto indicano solamente il ritmo interno di lavoro del microprocessore e non specificano quan+ cicli occorrono per eseguire le varie istruzioni. • MIPS (Million Instruc1ons Per Second) indicano il numero di istruzioni al secondo che il microprocessore è in grado di eseguire; MIPS = numero istruzioni / tempo di esecuzione * 106 anche questo non è un parametro molto a5endibile in quanto non specifica il +po di istruzioni che vengono eseguite. InfaQ il tempo impiegato per eseguire le istruzioni dipende dal +po di istruzione: per eseguire una somma serve meno tempo che per una divisione Prestazioni Microprocessore Benchmark (banco di lavoro): per avere una valutazione a5endibile. Programmi che fanno eseguire al sistema tuQ i +pi di istruzioni del set: meno tempo un sistema impiega a eseguire il banchmark, migliore è la prestazione. Quindi con il banchmark si misurano le prestazioni di un sistema, mentre gli altri parametri misurano le prestazioni del solo microprocessore. Riepilogo Cpu Riepilogo Cpu • Ges1one della memoria 1. La CPU preleva i da+ da elaborare • CU Control Unit 2. Esamina il contenuto dei registri e determina l’istruzione da eseguire • ALU Aritme1c Logic Unit 3. Eseguite le istruzioni determinate da CU Riepilogo Cpu Bus • è un canale che perme5e a periferiche e componen+ del sistema di "dialogare" tra loro. • Esistono diversi +pi di bus, classifica+ in funzione del +po di da+ che trasportano: bus da+, bus di indirizzi, bus di controllo • Un solo bus può collegare tra loro più disposi+vi. • Bus Parallelo (ISA, PCI e AGP) • Bus Seriale (SATA, PCI Express) Motherboard Scheda ele5ronica principale che raccoglie in sé tu5a la circuiteria ele5ronica e i collegamen+ di interfaccia tra i vari componen+ interni principali del PC (CPU, memoria e le altre schede ele5roniche montate o alloggiate sopra) comprendendo quindi anche i bus di espansione e le interfacce verso le periferiche esterne. È responsabile dunque della trasmissione e temporizzazione corre5a di molte cen+naia di segnali diversi, tuQ ad alta frequenza e sensibili ai disturbi, tra processore e periferiche interne e viceversa. MotherBoard Vediamola dal Vivo ConneNori MotherBoard ConneNori MotherBoard SATA
PATA
AGP
PCI
PCIe
Interfacce • Interfaccia Seriale: consente il trasferimento dei da+ tra il disposi+vo di ingresso/ uscita al computer un bit alla volta • Interfaccia Parallela: il trasferimento dei da+ avviene un byte alla volta (vengono trasmessi contemporaneamente in parallelo, su o5o fili diversi, o5o bit) • Interfaccia usb (universal serial bus): e’ il nuovostandard di interfaccia seriale che ha una maggiore velocità di trasferimento (fino a 16.000 bit al secondo USB 1.1,40 volte più veloce USB 2.0), consente di collegare più disposi+vi a cascata, e consente la connessione e configurazione di nuove periferiche anche a computer funzionante (plug & play) Le Memorie • Con il termine memoria si intende generalmente la memoria centrale di un elaboratore dove risiedono i da+ ed i programmi del calcolatore • La memoria di un calcolatore è raffigurabile ad un enorme casellario, ove ciascuna casella con+ene un’informazione e ove ciascuna casella è referenziabile mediante la sua posizione nel casellario, ovvero mediante il suo indirizzo. • Una casella di memoria, de5a in genere “cella”, è la più piccola unità indirizzabile ed è cos+tuita da un insieme di bit (8-‐16-‐32-‐64 -‐ unit digit). • Il contenuto di una cella di 8 bit vienenormalmente de5o byte. Unità di misura della Memoria • Il byte viene usato come unità di misura della memoria, • il bit viene usato come unità di misura nella trasmissione delle informazioni • Mul+pli del Byte 8 cifre binarie sono pari ad un BYTE (B) 1024 BYTE sono pari ad 1 KiloByte (KB) 1024 KB sono pari ad 1 MegaByte (MB) 1024 MB sono pari ad 1 GigaByte (GB) 1024 GB sono pari ad 1 TeraByte (TB) Tipologie di Memorie • RAM (Random Access Memory) memoria ad accesso casuale, memoria di le5ura/scri5ura usata nei calcolatori per contenere istruzioni e da+ da elaborare; a seconda dell'archite5ura può essere "sta+ca" (SRAM) o "dinamica" (DRAM). • ROM (Read-‐Only Memory) memoria a sola le5ura che con+ene, generalmente, le istruzioni necessarie per avviare il computer (ROM, EPROM, EEPROM) Gerarchie di Memorie TEMPI DI ACCESSO RAM • E’ la memoria principale del computer • Usata per immagazzinare programmi e da+ durante l’esecuzione • Vola+le • Memoria Virtuale per poter simulare una quan+tà di RAM maggiore Cache • La cache è un +po di memoria piccola, ma molto veloce. • Man+ene copie dei da+ ai quali si fa più frequentemente accesso in memoria principale. • Regola dell’80/20, il 20% delle locazioni viene adoperato l’80% del tempo Cache Gli ul+mi processori quad-‐core integrano cache L1 e L2 dedicate per ogni core e un'ampia, condivisa, cache L3 disponibile per tuQ i core. Questa cache L3 condivisa è anche in grado di scambiare da+ sui quali i core potrebbero lavorare in parallelo. BIOS (Firmware) • il programma che il microprocessore usa per inizializzare il computer. • Il BIOS ha tre funzioni principali: q Eseguire una serie di test diagnos+ci sull'hardware e segnalare eventuali guas+ q Localizzare il sistema opera+vo e caricarlo nella RAM; q Fornire una interfaccia soHware a basso livello per l'accesso alle periferiche e all'hardware del PC. • viene salvato su una EPROM. • E' necessaria la modifica/aggiornamento del firmware BIOS quando si debbano collegare schede o periferiche par+colari; il produ5ore deve fornire un programma che effe5ui la modifica. Memorie di Massa • La cara5eris+ca principale della memoria di massa è la "non vola+lità", ovvero la possibilità di memorizzare permanentemente i da+ • Hanno un costo inferiore rispe5o alla memoria principale • Necessitano di tempi di accesso maggiori di ben 5 ordini di grandezza. (millisec vs nanosec) • i maggiori rappresentan+ sono gli hard disk, ma anche suppor+ rimovibili come dischi floppy, CD, DVD, nastri magne+ci, memorie flash Hard Disk • I da+ sono generalmente memorizza+ su disco seguendo uno schema di allocazione fisica ben definito • En+tà Fisiche: § PiaNo: superficie des+nata alla memorizzazione dei da+. § Traccia: ogni pia5o si compone di numerosi anelli concentrici numera+, deQ tracce, ciascuna iden+ficata da un numero univoco. § Cilindro: l'insieme di tracce alla stessa distanza dal centro presen+ su tuQ i dischi § SeNore: ogni pia5o è suddiviso in se5ori circolari, ovvero in "spicchi" radiali uguali § Tes1na: Su ogni pia5o è presente una tes+na per accedere in scri5ura o in le5ura ai da+ memorizza+ sul pia5o; la posizione di tale tes+na è solidale con tu5e le altre sugli altri piaQ. Hard Disk Struttura della superficie
di un piatto:
A) Traccia
B) Settore
C) Settore di una traccia
D) Cluster, insieme di
settori contigui
Dischi Magne1ci Rimuovibili •
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Floppy disk, può contenere al massimo 1.4MB Iomega ZIP fino a 250MB Iomega Jaz fino a 2GB Tempo di accesso superiore rispe5o all’hard disk Pro:economicità – diffusione Contro: bassa capacità -‐ deteriorabilità CD-‐ROM DVD BLU-‐RAY • Sono memorie di +po oQco che vengono incise da un laser • una sola traccia a forma di spirale, la le5ura dei da+ avviene in modo sequenziale • i le5ori di CD-‐ROM imprimono con velocità di rotazione diverse a seconda della tecnologia costruQva (2X, 4X, …… 52X); • i le5ori dvd (1x,16x) • esistono anche suppor+ scrivibili (CD-‐R) mediante apposi+ apparecchi deQ masterizzatori o CD-‐Writer, esistono anche CD riscrivibili più volte (CD-‐RW). • Analogo discorso per i DVD • Formao DVD +/-‐ • Capacità: – 650-‐900Mb CD – 4,7-‐18Gb DVD – fino a 56GB BLU-‐RAY • Pro: diffusione -‐ economicità Disposi1vi di Input I disposi+vi di input sono tuQ quei disposi+vi che l’utente usa per imme5ere i da+ nel computer, che possono essere da+, tes+ o immagini. Esempi: • Tas+era • Mouse • TouchPad • Scanner • Tavole5a Grafica Ve ne vengono in mente altri ????????? Disposi1vi di Output I disposi+vi di output sono tu5e quelle periferiche mediante le quali il pc comunica all’esterno i risulta+ delle proprie elaborazioni. Esempio: • Monitor • Stampan+ • Plo5er • ecc I Monitor Il componente principale di un monitor è il display, cioè il disposi+vo ele5ronico per la visualizzazione. In base alla tecnologia usata si dis+nguono le seguen+ +pologie di display: • Display CRT ( a raggi catodici) • Display LCD (a Cristalli Liquidi) •
•
I Monitor La definizione: è il numero di pixel che lo schermo può visualizzare. misurando la diagonale La dimensione : Essa si calcola dello schermo e si esprime in pollici (un pollice equivale a 2,54 cm). • Il passo della griglia (in inglese dot pitch): E' la distanza che separa due luminosfere (pixel); più questa è piccola più l'immagine sarà precisa. • La risoluzione: Determina il numero di pixel per unità di superficie pixel per pollice lineare (in inglese DPI: Dots Per Inch, trado5o pun, per pollice). • Refresh: indica il numero di volte che l’immagine sullo schermo viene ridisegnata in un secondo (si misura in Hz) I Monitor • Tempo di risposta Indica il tempo impiegato da un pixel per passare da nero a bianco e ritornare nero. • Angolo di visuale Variando l'angolo di visualizzazione, la luminosità, i colori ed il contrasto variano e pertanto l'immagine risulta più scura e sbiadita. Le modalità grafiche • VGA (Video Graphic Adapter) 1024 x 768 Pixel -‐ 256 colori • SVGA (Super VGA) 1280 x 1024 Pixel 16 milioni di colori • HD-‐Ready (1366*768) • FullHD (1920*1080) Stampan1 Periferica capace di trasferire su carta i da+ forni+ da un pc. CaraNeris1che: • Interfaccia: il +po di collegamento al computer • Formato carta: la dimensione, lo spessore, il +po di suppor+ di stampa. • Numero di colori primari: ovvero quan+ inchiostri sono u+lizza+ e quindi quan+ colori può riprodurre (monocroma+ca, tricromica, quadricromica) • Risoluzione massima: il numero di pun+ stampabili sulla carta per unità di lunghezza("dot per inch" DPI). • Velocità: il numero di pagine (normalmente A4) che può essere prodo5a per unità di tempo (sec) Tipologie di stampa • Ad impaNo: il cara5ere viene stampato mediante la pressione di aghi su nastri inchiostra+ interpos+ fra ques+ e la carta (lente e rumorose u+li per fogli carbona+ e moduli con+nui) • A geNo d’inchiostro: Una schiera di cen+naia di microscopici ugelli spruzzano minuscole gocce di inchiostro sulla carta durante lo spostamento del carrello (a colori, silenziose ed abbastanza veloci) • Laser: Mediante un raggio laser viene creata l’immagine da stampare e poi a5raverso del toner (inchiostro in polvere) viene stampata la pagina Sono cara5erizzate da al+ssima velocità oQma definizione e silenziosità. PloNer è una periferica specializzata nella stampa di suppor+ di grande formato. È il disposi+vo di output ideale per i sistemi CAD, dove è impiegato per la stampa di prospeQ e progeQ archite5onici, meccanici, ele5rici, mappe topografiche, curve geometriche, viene anche u+lizzato nell'ambito della grafica e della pubblicità. Modem ll modem è un disposi+vo ele5ronico che rende possibile la comunicazione di più sistemi informa+ci (ad esempio dei computer) u+lizzando un canale di comunicazione composto +picamente da un doppino telefonico. Ha funzione di modulazione/demodulazione per consen+re il trasferimento di informazioni digitali su mezzi di comunicazione analogici Scheda di Rete La scheda di rete è un'interfaccia digitale che viene inserita solitamente all'interno di un Personal Computer, Server, Stampante, Router ecc., che svolge tu5e le elaborazioni o funzioni necessarie a consen+re la connessione ad una rete informa+ca. Sistemi Audio
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