1 - Appunti di lezione 1-10 PDF

Preview

Summary

pc ...

Description

Università per Stranieri “Dante Alighieri” CdL “Operatori pluridiscipinari e interculturali d’area mediterranea” CdL “Programmazione e gestione delle politiche e dei servizi sociali d’area mediterranea” CdL “Interpretariato e Mediazione Interculturale”

ABILITA’ INFORMATICHE E TELEMATICHE Ing. Gianluca Gianluca Caminiti [email protected]

INFORMATICA E’ la scienza che si propone di raccogliere, organizzare, elaborare e conservare le informazioni gestendole in modo automatico. Il termine deriva dalla fusione delle parole:

INFORmazione autoMATICA (alt. Information Technology) Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

2

Elaborazione Automatica dell’Informazione Modello di Automa: • ha uno scopo ben preciso • riceve (input) informazioni e/o comandi dall’esterno • elabora (processing) tali informazioni producendo dei risultati • presenta (output) i risultati ottenuti all’esterno

INPUT

Processing

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

OUTPUT

3

Computer = automa speciale • elaboratore

in grado di immagazzinare ed elaborare dati in base ad una serie di istruzioni (il programma)

• elettronico

realizzato mediante componenti elettronici

• digitale

elabora informazioni convertendole in segnali digitali basati sul sistema binario

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

4

Calcolatori meccanici • L'ingresso del calcolatore nel mondo del lavoro risale all'inizio del 1900; la tecnologia delle macchine di calcolo prodotte all'inizio del secolo era meccanografica • Con queste macchine si eseguivano calcoli ad una discreta velocità (per quei tempi), dell'ordine di 60 operazioni al minuto; la loro gestione era tuttavia molto complessa • I “programmi” venivano “scritti” su schede perforate che venivano interpretate meccanicamente dall’elaboratore. Una scheda perforata

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

5

Google su schede perforate • Google • 15 exabyte, ovvero 15,000,000,000,000,000,000 bytes • Le schede ricoprirebbero il New England per un’altezza di 4,5 km (circa 3 volte lo spessore della copertura di ghiaccio dell’ultima glaciazione) • Il Monte Bianco è alto circa 4800 metri • Il New England è ampio circa 186,500 km^2 • L’Italia è circa 300,000 km^2

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

6

Gli anni ’30: Alan Turing • Nel 1936 il logico inglese Alan Turing definisce il modello del calcolatore moderno, la cosiddetta 'macchina di Turing' • Essa è in grado di eseguire operazioni elementari secondo uno schema di calcolo che consenta di risolvere ogni tipo di problema in un numero finito di passi • Non ne verranno costruiti esemplari reali, ma la sua idea costituirà la base dell'architettura dei futuri computer. Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

7

Gli anni ’40: La Guerra ed Eniac Con lo scoppio della Seconda Guerra Mondiale, le esigenze strategiche e militari daranno impulso a nuovi tipi di ricerche e di macchine, tra cui l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), che impiegò per la prima volta valvole elettroniche, e venne utilizzato per calcolare traiettorie balistiche.

ENIAC

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

8

Gli anni ’50: Transistor • Il 1955 vede la nascita di IBM 702: la prima macchina commerciale completamente costruita con transistor e messa sul mercato da IBM. • Dal 1956 fu introdotto il FORTRAN, primo linguaggio di programmazione ad alto livello, a cui seguirono LISP, COBOL, ALGOL e BASIC (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code). IBM 702

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

9

Gli anni ’60

• Nel 1962 nasce al MIT il primo video game, sviluppato da Steve Russell; tuttavia non era molto economico, visto che una partita di un'ora costava circa 300$. • Nel 1964 La Epson inventa la stampante a matrice di punti (dot matrix printer). Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

10

Il 1969 • I laboratori Bell sviluppano il sistema operativo UNIX. • Viene disegnata una semplice combinazione di un processore e di una unità di calcolo (la prima CPU), che sarà poi effettivamente realizzata dalla Intel. Il processore Intel4004 a 4 bit diede inizio alla rivoluzione elettronica; in un unico chip era contenuta tutta la potenza di calcolo dell’ENIAC. • Su commissione del Dipartimento della Difesa USA, ARPANET studia la prima rete (ha solo 4 nodi), che diverrà la più grande rete mondiale: Internet. Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

11

Il computer entra in casa • Fino al 1977 gli elaboratori erano utilizzati soltanto da aziende e organismi governativi, ed avevano prezzi esorbitanti. • In quell’anno viene annunciato l'APPLE II, il primo personal computer, con programmi di videoscrittura, fogli di calcolo, giochi e tanto altro. Segue l’IBM PC nel 1981, ed è il “boom” dell’informatica personale. • Nel 1984 viene annunciato dalla Apple il personal computer Macintosh; si tratta una macchina con interfaccia interamente grafica.

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

12

Microsoft Windows Nel 1977 Bill Gates e Paul Allen fondano la Microsoft

• Otto anni dopo la Microsoft sviluppa Windows 1.0, introducendo aspetti tipici del Macintosh nei computer DOS. • Si verificheranno continue dispute legali tra Microsoft ed Apple a causa dell’eccessiva somiglianza di Windows e Macintosh. Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

13

I Supercomputer • Negli ultimi dieci anni la potenza di calcolo dei PC ha avuto una crescita continua; tuttavia la loro complessità è irrisoria rispetto a quella dei supercomputer: – elaboratori dedicati ad utilizzi in cui vi sia la necessità di sostenere elevati volumi di elaborazione (enti di difesa, centri di ricerca, istituti di meteorologia, aziende aerospaziali ecc.) • Nel 2000 viene presentato il Cray X1, dotato di 4.096 CPU e capacità di calcolo di 52,4 migliaia di miliardi di operazioni; può gestire fino a 65,5 Terabyte di memoria. • Costo minimo: 2,5 milioni di dollari. Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

14

Sviluppo Prestazionale

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

15

Computer: tipologie • supercomputer

Grande potenza di calcolo Calcolo parallelo

• mainframe • minicomputer • personal computer • tablet computer • terminali

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

16

Computer: tipologie • supercomputer • mainframe

funzioni centralizzate di elaborazione dati

• minicomputer

dimensioni notevoli

• personal computer • tablet computer • terminali

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

17

Computer: tipologie • supercomputer • mainframe meno potenti dei mainframe

• minicomputer

dimensioni variabili

• personal computer • tablet computer • terminali

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

18

Computer: tipologie • supercomputer

PC - Utilizzo individuale:

• mainframe

• desktop/tower (da scrivania) • workstation (professionale)

• minicomputer

• notebook/netbook (portatile)

• personal computer • tablet computer

• tascabili /palmari/ smartphone (dimensioni ridotte, lunga autonomia)

• terminali

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

19

Computer: tipologie • supercomputer • mainframe • minicomputer • personal computer • tablet computer • terminali

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

Elaboratori che consentono una diretta interazione con l’utente (touch-screen). Dimensioni tipo: A4. Lunga autonomia. 20

Computer: tipologie • supercomputer • mainframe • minicomputer • personal computer • tablet computer • terminali

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

Terminali “stupidi”, nessuna potenza di calcolo, sfruttano quella di un server cui si collegano 21

Breve Storia del Personal Computer

Altair 8800 - 1975

Moderno Desktop PC Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

Apple ][- 1977

IBM PC - 1981 22

PC: Assemblati e Monolitici • PC Assemblato – componenti separati • tastiera, mouse • monitor • hard disk • casse – flessibile: configurazione personalizzabile – pulsante di accensione sul case Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

23

PC: Assemblati e Monolitici • PC Monolitici (Notebook, ecc.) – i PC portatili sono costituiti da un unico blocco che comprende tutti i componenti – rischio obsolescenza – compromesso fra potenza e peso/autonomia Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

24

Hardware e Software HARDWARE • termine che indica tutte le parti fisiche del computer • l’elaborazione è realizzata direttamente mediante cablaggio e microprogrammazione (circuiti elettronici e transistor) • periferiche: componenti hardware esterne al computer SOFTWARE • programmi (insiemi di istruzioni) che il computer esegue per realizzare l’elaborazione • il software non è tangibile, non è materiale

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

25

PC: architettura di riferimento Macchina di Von Neumann Bus CPU

Elaborazione e controllo

Memoria centrale

I/O int.

I/O int.

...

I/O int.

Memorizzazione Dispositivi di I/O (Periferiche) Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

26

PC: architettura di riferimento Macchina di Von Neumann Bus CPU

Memoria centrale

I/O int.

I/O int.

...

I/O int.

Memoria di massa

Elaborazione e controllo

Memorizzazione Dispositivi di I/O (Periferiche) Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

27

Central Processing Unit (CPU) Microprocessore • Elemento fondamentale del sistema • Dispositivo microelettronico • Esegue effettivamente le istruzioni (linguaggio macchina) • si compone di due parti distinte: unità aritmeticologica (ALU) ed unità di controllo (CU) Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

28

Arithmetic Logic Unit (ALU) Il compito di questa unità è quello di eseguire i calcoli aritmetici, le operazioni logiche e di confronto. +

-

*

/

AND

OR

NOT

<

>

=

Es. 1: ((8776278822+2357887)/6543)-765932= 575751,74 Es. 2: (piantina OR mappa) AND città AND (NOT vaso) Es. 3: select cognome from Elenco where “punteggio > 108”

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

29

Control Unit (CU) • coordina e controlla l’esecuzione dei comandi impartiti alla CPU • gestisce il reperimento di dati e istruzioni dalla memoria interna ed il loro inserimento in apposite locazioni, dette registri, per poter essere elaborati dall’ALU • i comandi vengono interpretati secondo regole ben precise e differenti per ogni tipo di microprocessore (set RISC/CISC) • dopo che l’ALU ha elaborato i dati, la CU si occupa di copiare i risultati nella memoria RAM. Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

30

Ciclo Fetch/Decode/Execute (ciclo macchina)

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

31

Ciclo Fetch/Decode/Execute • Programmi e dati risiedono nella RAM • La CPU esegue continuamente il seguente ciclo: – – – – –

Legge un’istruzione dalla memoria (Fetch1) Decodifica l’istruzione (Decode) Legge dalla memoria i dati utilizzati dall’istruzione (Fetch2) Esegue l’istruzione (Execute) (Scrive in memoria i risultati calcolati - Store)

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

32

Bus RAM ROM

BUS

CPU

PCI USB FDC

BUS

Il Bus è un canale per il trasporto delle informazioni, comune a tutti gli elementi del PC • esistono più BUS che rendono possibile il transito dei dati dalle periferiche alla memoria, dalla memoria alla CPU, dalla CPU alle periferiche. • senza tale meccanismo di trasporto, sarebbe necessario, per ogni componente del PC, tracciare un collegamento fisico distinto verso ognuno degli altri dispositivi

IDE

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

33

Scheda Madre

Un complesso circuito stampato, installato nel case (contiene il Bus e la maggior parte dei collegamenti) Schede più piccole (schede figlie) si installano negli slot per aggiungere funzionalità (es. scheda grafica, scheda di rete) La scheda madre contiene la CPU e la memoria

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

34

Interconnessioni col BUS

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

35

Scheda Madre (alloggiamento)

Parte anteriore

Vista laterale

Alloggiamenti dischi Scheda madre Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

Parte posteriore

Alimentazione 36

Architettura del PC (2) CU Unità di controllo

ALU Unità aritmetico logica

RAM

DISCHI

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

ROM

UNITA’ REMOVIBILI

37

MEMORIE MEMORIA CENTRALE (O PRIMARIA) (circuiti micro-elettronici) • RAM: Random Access Memory • ROM: Read Only Memory MEMORIA DI MASSA (O SECONDARIA) unità di memorizzazione periferiche capaci di mantenere i dati nel tempo, quali: • DISCHI FISSI (HARD DISK) • DISCHI REMOVIBILI • UNITA’ DI BACKUP Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

38

MEMORIA CENTRALE I dati e le istruzioni che devono essere elaborati dalla CPU sono contenuti in diversi tipi di memoria primaria.

Caratteristiche della memoria primaria: veloce • volatile (RAM) – non volatile (ROM) • realizzata con circuiti elettronici (milioni di transistor) •

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

39

MEMORIA RAM Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) Alla CPU occorre sempre lo stesso tempo per accedere a una qualsiasi (casuale) parte della memoria. La memoria RAM è una memoria volatile: quando si spegne il PC tutti i dati contenuti nella memoria RAM vengono persi. La dimensione della RAM è misurata in Gigabyte (GB); maggiore è la quantità di RAM, più spazio sarà disponibile per i programmi e per i dati che possomo essere a disposizione della CPU per l'elaborazione.

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

40

La memoria centrale (RAM) Esistono diverse tipologie di RAM (in dipendenza dalla CPU e dal tipo di PC, es. notebook)

Differenza fra

i tipi di accesso ai dati:

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

41

Unità di Misura

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

42

Indirizzamento di Memoria • memoria suddivisa in celle, ciascuna identificata da un numero, chiamato Indirizzo di Memoria. • lo spazio di indirizzamento indica il massimo indirizzo di memoria rappresentabile, ed è vincolato al numero di bit utilizzati per rappresentare gli indirizzi di memoria. Es. 32-bit  max 4 GB (giga-) 64-bit  max 18 EB (exa-)

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

IndirizziMemoria

..

5

.. 34342 34343

34 234 43

34344 34345

32 234

34346

112

34347 34348

22 4

34349

22

.. ..

54 125

43

MEMORIA ROM Read Only Memory (Memoria a sola lettura) • memoria a sola lettura (contiene istruzioni e dati che non possono essere modificati) • E’ realizzata dal costruttore e contiene i programmi necessari per la diagnostica all’avvio della macchina nonché quelli per caricare il Sistema Opertaivo •Es. il BIOS (Basic Input Output System) - sistema di base per il controllo di entrata ed uscita delle informazioni – è contenuto nella ROM.

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

44

Memorie non volatili: ROM Viene utilizzata in piccole quantità (alti costi), anche in dispositivi diversi dai personal computer (es. mp3, palmari, navigatori satellitari, tel. cellul

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

45

MEMORIE FLASH • tipo di memoria elettronica simile alla ROM (EPROM); • rende possibile lettura e scrittura dei dati; •Applicazioni: schede di memoria esterna (es. pendrive USB, schede SD per cellulari, Hard disk a stato solido ecc.); • bassi costi e velocità sempre più alte le rendono uno strumento di memorizzazione sempre più competitivo; • numero di operazioni di scrittura limitato (ord. grand. 10^5).

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

46

MEMORIA CACHE • tipo di memoria velocissimo (rispetto la RAM) nel reperimento e nella memorizzazione dati; • collocata a stretto contatto con la CPU (livelli L1, L2); • adibita a contenere i dati che la CPU deve elaborare (principio di località); • necessaria per superare il collo di bottiglia CPU/RAM; • nelle CPU di ultima generazione è collocata all’interno del processore stesso per ottimizzarne le prestazioni (L1); CPU

Cache

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

RAM

47

Tipologie di Memorie di Massa •Supporti Magnetici (dischi fissi, dischi floppy, nastri…) – superfici magnetiche trattengono lo stato ‘magnetizzato/non magnetizzato’ •Supporti Ottici (CD-ROM, DVD, BD…) –‘riflessione/non riflessione’ di un raggio laser. •Supporti Elettronici (Memorie Flash, SSD, fotocamere, pendrive, lettori mp3, tablet, cellulari...) –memoria elettronica veloce e permanente (in ascesa)

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

48

Salvare informazioni dalla RAM alla memoria di massa • La RAM è volatile – i dati vengono persi quando l’alimentazione è assente – se il computer “va in crash” o non funziona più correttamente, i dati salvati sul disco possono essere recuperati – SALVATAGGIO di un file è l’operazione di memorizzazione da RAM a memoria di massa – APERTURA (o caricamento) di un file è l’operazione di recupero da memoria di massa a memoria RAM SALVATAGGIO APERTURA Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

49

Hard disk • Periferica di memorizzazione persistente ad alta capacità (da 500 GB sino a 3000 GB) – memorizza programmi e dati permanentemente (anche in assenza di alimentazione) – superficie realizzata con lega metallica che può essere polarizzata (magnetizzata) – è un dispositivo elettro-meccanico

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

50

Hard disk (cont.) • Pila di sottili dischi metallici su cui si muovono testine magnetiche per eseguire le operazion di lettura/scrittura

Abilità Informatiche e Telematiche - G. Caminiti

51

(Floppy) Disk •Tecnologia impiegata:

magnetica

•Capacit...