Concetti di base

1. Concetti di base Lezione 1

2. Codifica binaria

3. L’usodell’informazione • Un computer deve: • memorizzare l’informazione • elaborare l’informazione • fare l’input/output dell’informazione

4. L’uso dell’informazione • Il computer memorizza ed elabora informazioni che devono essere rappresentate in una forma gestibile • Rappresentazione digitale

5. Tipi di informazione Mondo esterno codifica rappresentazione digitale informazione decodifica Computer: memorizzazione, elaborazione

6. Rappresentazione digitale = rappresentazione binaria • L’entità minima di informazione che possiamo trovare all’interno di un elaboratore prende il nome di bit • binary digit – cifra binaria • un bit può assumere due valori • Rappresentazione binaria • solo due simboli (0 e 1)

7. Perché la rappresentazione binaria? • Le informazioni rappresentate nel sistema binario possono essere elaborate secondo vari criteri e con vari strumenti • I due simboli (0 e 1) possono essere rappresentate da: • Due stati di carica elettrica di una sostanza • Al passaggio/non passaggio di corrente attraverso un cavo conduttore • …

8. Perché la rappresentazione binaria? • I due simboli (0 e 1) possono essere rappresentate da: • … • Due stati di polarizzazione di una sostanza magnetizzabile • Al passaggio/non passaggio di luce attraverso un cavo ottico

9. Codifica dell’informazione • Per poter rappresentare un numero maggiore di informazione si usano sequenze di bit • Per esempio, per rappresentare quattro informazioni diverse possiamo utilizzare due bit che ci permettono di ottenere quattro configurazione distinte 00 01 10 11 Il processo secondo cui si fa corrispondere ad un’informazione una sequenze di bit prende il nome codifica dell’informazione

10. Codifica binaria • Esempio: un esame può avere quattro possibili esiti: ottimo, discreto, sufficiente, insufficiente • Codifico • ottimo con 00 • discreto con 01 • sufficiente con 10 • insufficiente con 11

11. Codifica binaria • Con 2 bit si codificano 4 informazioni (22) • Con 3 bit si codificano 8 informazioni (23) • … • Con N bit si possono codificare 2N informazioni differenti

12. Codifica binaria • Se il problema è quello di dover rappresentare M informazioni differenti si deve selezionare il numero di N bit in modo tale che 2N >= M • Esempio: per rappresentare 40 informazioni differenti devo utilizzare 6 bit perché 26 = 64 • 5 bit non sono sufficienti perché 25 = 32

13. Codifica binaria • Esiste una particolare aggregazione di bit che è costituita da 8 bit (28 = 256 informazioni) e prende il nome di byte • Di solito si usano i multipli del byte

14. Codifica dei caratteri • Alfabeto anglosassone • Lettere maiuscole e minuscole • Cifre numeriche (0, 1, 2, …, 9) • Simboli di punteggiatura (, . ; : ! “ ? …) • Segni matematici (+, -, {, [, >, …) • Caratteri nazionali (à, è, ì, ò, ù, ç, ñ, ö, …) può essere codificato usando un byte (220 caratteri circa) • Il metodo di codifica più diffuso tra i produttori di hardware e di software prende il nome ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

15. Codifica dei caratteri (ASCII)

16. Codifica delle parole • Parole sono sequenze di caratteri • Codifica della parole cane 01100011 01100001 01101110 01100101 c a n e • Il problema inverso: data una sequenza di bit, il testo che essa codifica può essere ottenuto nel modo seguente: • si divide la sequenza in gruppi di otto bit (byte) • si determina il carattere corrispondente ad ogni byte

17. Hardware

18. Hardware Struttura fisica (architettura) del calcolatore formata da parti meccaniche, elettriche, elettroniche

19. Hardware: architettura dei computer (in breve) • In un computer possiamo distinguere quattro unità funzionali: • il processore • la memoria principale • la memoria secondaria • i dispositivi di input (inserimento)/output (restituzione di risultati) • Il processore e la memoria principale costituiscono l’unità centrale del computer

20. Processore Memoria principale Unità centrale Stampante Periferiche del calcolatore Tasteria e monitor Memoria secondaria Periferiche di input/output Componenti principali di un computer

21. L’uso dell’informazione • Un computer deve: • memorizzare l’informazione • usando la memoria principale (RAM) • usando la memoria secondaria • elaborare l’informazione • usando il processore (Central Processing Unit - CPU) • fare l’input/output dell’informazione • usando i dispositivi di input/output

22. L’uso dell’informazione • Un computer deve: • memorizzare l’informazione • usando la memoria principale (RAM) • usando la memoria secondaria • elaborare l’informazione • usando il processore (Central Processing Unit - CPU) • fare l’input/output dell’informazione • usando i dispositivi di input/output

23. Il processore • I programmi: sequenze di istruzioni per l’elaborazione delle informazione • Definiscono quale debba essere il comportamento del processore

24. Il processore • I programmi e i dati risiedono nel memoria secondaria Processore Memoria principale Stampante Memoria secondaria

25. Il processore • I programmi e i dati risiedono nel memoria secondaria • Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale Processore Memoria principale Stampante Memoria secondaria

26. Il processore • I programmi e i dati risiedono nel memoria secondaria • Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale • Il processore è in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi Processore Memoria principale Stampante Memoria secondaria

27. Componenti principali di un computer Processore Memoria principale Unità centrale Stampante Periferiche del calcolatore Tasteria e monitor Memoria secondaria Periferiche di input/output

28. 0 1 2 3 4 5 N Componenti principali di un computer Processore Memoria principale Unità centrale • Sequenza di celle • Ad ogni cella è associato un indirizzo (un numero progressivo a partire da 0) Conserva i programmi e i dati usati dal processore

29. Memoria principale (RAM) 345 0 • Tutte le celle hanno la stessa dimensione: 8, 16, 32, o 64 bit • Le operazioni che si eseguono sulla memoria sono operazioni di lettura e scrittura • Una cella può contenere un dato o un’istruzione 1 13.200.985 2 3.890 LOAD 3568 R1 3 LOAD 56 R1 4 5 ADD R1 R2 N

30. Memoria principale (RAM) • Le unità di misura della memoria RAM variano a seconda del tipo di calcolatore e vengono espresse in MB • Nei PC generalmente si va dai 128MB ai 512MB • Alcune server hanno 1-2 GB di RAM

31. Memoria principale (RAM) • Alcune proprietà della memoria principale • Veloce: per leggere/scrivere una cella ci vuole un tempo di accesso dell’ordine di poche decine di nanosecondi (millesimi di milionesimi di secondo = 10-9 sec.) • Volatile: è fatta di componenti elettronici, togliendo l’alimentazione si perde tutto • Costosa

32. L’Unità centrale: altri tipi di memoria • Memoria di sola lettura (ROM) • Memoria cache • Buffer

33. Componenti principali di un computer Processore Memoria principale Unità centrale Stampante Periferiche del calcolatore Tasteria e monitor Memoria secondaria Periferiche di input/output

34. L’uso dell’informazione • Un computer deve: • memorizzare l’informazione • usando la memoria principale (RAM) • usando la memoria secondaria • elaborare l’informazione • usando il processore (Central Processing Unit - CPU) • fare l’input/output dell’informazione • usando i dispositivi di input/output

35. Memoria secondaria • Più lenta e meno costosa che la memoria principale • In grado di memorizzare i programmi e i dati in modo permanente • Quando si “lancia” un programma questo viene copiato dalla memoria secondaria (di solito un hard disk) nella memoria principale: caricamento del programma

36. Memoria secondaria • La memoria secondaria deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua si utilizzano tecnologie basate: • sulmagnetismo • dischi magnetici (hard disk e floppy disk) • nastri magnetici • sull’uso dei raggi laser • dischi ottici (CD-ROM, DVD)

37. Caratteristiche della memoria secondaria • Le dimensioni della memoria secondaria sono di solito molto maggiori di quelle della memoria principale • I supporti di memoria secondaria sono più lenti rispetto alla memoria principale (presenza di dispositivi meccanici)

38. La memoria magnetica • Sfrutta il fenomeno fisico della polarizzazione • I due diversi tipi di magnetizzazione (positiva e negativa) corrispondono alle unità elementari di informazione (0 e 1) • La testina di lettura/scrittura cambia la polarizzazione

39. I dischi magnetici • Sono i supporti di memoria secondaria più diffusi • Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video

40. I dischi magnetici • Hard disk: sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria secondaria fisso all’interno del computer • vari GB di memoria • Floppy disk: sono supporti rimovibili • Ogni computer è dotato di almeno una unità di lettura/scrittura • Oggi sono comuni floppy disk da 3,5 pollici di diametro, capacità 1,44 MB

41. La memoria ottica • Usa il raggio laser e sfrutta la riflessione della luce • Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini • Ogni unità di superficie può essere forata o non forata • L’informazione viene letta guardando la riflessione del raggio laser

42. La memoria ottica 1 0 1 0 0 1 0 0 1

43. La memoria ottica 1 0 0 1

44. I dischi ottici • Quasi tutte le unità per dischi ottici consentono solamente operazioni di lettura (CD-ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory) • Poiché la scrittura è un’operazione che richiede delle modifiche fisiche del disco • Quando le unità consentono la scrittura, i dischi ottichi generalmente possono essere scritti una sola volta

45. I dischi ottici • Vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate • Hanno un capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici • Le dimensione tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi vanno dai 500 MB in su, fino a uno o più GB • Hanno costo inferiore, sono più affidabili e difficili da rovinare

46. Aumenta la capacità memorizzazione byte 100*picosecondi Registri KB Mem. cache nanosecondi Mem. centrale MB 10*nanosecondi Dischi magnetici e/o ottici GB microsecondo/ millisecondi Nastri magnetici >10 GB 10*millisecondi Aumenta la velocità di accesso

47. L’uso dell’informazione • Un computer deve: • memorizzare l’informazione • usando la memoria principale (RAM) • usando la memoria secondaria • elaborare l’informazione • usando il processore (Central Processing Unit - CPU) • fare l’input/output dell’informazione • usando i dispositivi di input/output

48. Componenti principali di un computer Processore Memoria principale Unità centrale Stampante Periferiche del calcolatore Tasteria e monitor Memoria secondaria Periferiche di input/output

49. I dispositivi di input/output • Per realizzare l’interazione uomo-macchina, sono necessari i dispositivi di input/output • La loro funzione primaria è quella di consentire • l’immissione dei dati all’interno del computer (input) o • l’uscita dei dati dal computer (output)

50. I dispositivi di input/output • Solitamente hanno limitato autonomia rispetto al processore centrale • Si collegano alle porte (o interfacce) del computer • Ad alto livello le porte sono le “prese” cui si connettono i dispositivi • Ne esistono di tipi diversi a seconda del tipo di collegamento e della velocità di trasmissione