Elementi di Informatica

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• Sistema numerico (digitale)

• Sistema automatico

• Sistema a ‘programmazione registrabile’

• Struttura elettronica

Elaboratore numerico

Distinzione tra digitale ed analogico

Sistema numerico (digitale)

2 3 1 0

Analogico digitale

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3

Digitalizzazione

Una grandezza analogica

…. Campionamento ….

Digitalizzazione

…. quantizzazione ...

011 100 110 101 111

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Digitalizzazione

…. Grandezza digitalizzata ...

000001 010 011 100 110 101 111

Un elaboratore opera su una rappresentazione (ottenuta mediante opportuna codifica) del valore dell’informazione

Tali rappresentazioni del valore sono contenute in registri

Un registro è atto a memorizzare, secondo apposite convenzioni, un numero finito di valori distinti di un’informazione

L’elaboratore numerico, eseguendo un programma, opera sulle rappresentazioni dei valori delle informazioni e le trasforma in rappresentazioni dei risultati

Le operazioni avvengono sui dati contenuti nei registri

Le istruzioni del programma in esecuzione sono contenute in registri

Elaboratore numerico

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REGISTRO: organo preposto alla memorizzazione dei dati (contenitore di dati)

MEMORIA della macchina: un insieme di registri

Operazioni di trasferimento (e memorizzazione) dei dati

Registri e Memoria

NB: nella memoria della macchina vengono memorizzati sia il programma che i dati iniziali, intermedi e finali della elaborazione

Modello di macchina a programma

La stessa macchina può eseguire diversi programmi e quindi risolvere diversi problemi: macchina polifunzionale (general purpose)

Elaboratore

Dati iniziali Risultati

Programma

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due distinte fasi operative

• caricamento del programma

• esecuzione del programma

- il caricamento del programma si ottiene con l'esecuzione di uno specifico programma

- l'esecuzione di un programma viene realizzato dal processore attraverso un "ciclo operativo"

- accesso ad una istruzione (fetch) - esecuzione dell'istruzione (execute)

-

HARDWARE

Insieme di tutti i circuiti delle macchine e dei componenti elettronici, elettrici e meccanici di un sistema elaboratore.

-

SOFTWARE

Insieme dei programmi operanti sulla macchina, sufficienti a coprire tutte le esigenze di elaborazione

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Modello di macchina di von Neumann

Unità di Controllo

MEMORIA Unità di

Ingresso

Unità di Uscita

Unità Logica ed aritmetica

(ALU) controllo

dati

Unità di Ingresso per l'acquisizione dei dati e dei programmi e per il loro trasferimento in memoria

Unità di Memoria per la registrazione sia dei dati che delle istruzioni del programma

Unità di Controllo presiede a tutte le operazioni, interpreta le istruzioni prelevate dalla memoria e ne guida l'esecuzione inviando appositi segnali alle altre unità

Unità Aritmetico-Logica (ALU), dedicata alla esecuzione delle operazioni aritmetiche e logiche

Unità di Uscita per il trasferimento all'esterno dei risultati presenti in memoria

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COMPONENTI HW DI UN CALCOLATORE

Processore

Memoria Centrale

Memoria di massa Unità di ingresso Unità di uscita

MEMORIA

Termine che individua tutta una serie di supporti delegati alla memorizzazione dei dati oggetto di una elaborazione.

VOLATILI

a tecnologia elettronica

MEMORIA CENTRALE

PERMANENTI

a tecnologia magnetica o ottica

MEMORIE di MASSA

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Principali caratteristiche di una memoria

MEMORIE

La capacità delle memorie viene espressa in multipli del byte

byte una stringa di 8 bit 1 0 1 0 1 0 0 0

1 KB (Kilobyte) =2¹⁰ =1.024 byte 10³ byte 1 MB (Megabyte) =2²⁰ =1.048.576 byte 10⁶ byte

1 GB (Gigabyte) =2³⁰ 10⁹ byte

1 TB (Terabyte) =2⁴⁰ 10¹²byte

1 PB (Petabyte) =2⁵⁰ 10¹⁵ byte

CAPACITA’

Tempi di accesso

Per le memorie elettroniche, da qualche ns a un centinaio di ns

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LA MEMORIA CENTRALE

Supporto fisico di allocazione / reperimento istruzioni e dati di una elaborazione.

-Organizzata come:

"un insieme ordinato di registri"

. . .

registro

• Ciascun registro è identificato univocamente da un indirizzo, codificato in binario

• I registri hanno tutti lo stesso parallelismo

• Operazioni di

• scrittura, immissione di un valore in un registro (distrugge ciò che era registrato precedentemente)

• lettura, estrazione del valore di un

000000 000001 000010

111111

MEMORIA CENTRALE

(struttura)

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Memoria centrale

• Costituita da elementi bistabili atti a contenere e mantenere dati o informazioni

• due tipi:

– RAM (Read Access Memory): accesso in lettura/scrittura o ad accesso casuale

– ROM (Read Only Memory): memoria a sola lettura

RAM (Random Access Memory)

• accesso in lettura/scrittura o ad accesso casuale (cioe’ un dato e’ letto in un tempo che e’ indipendente dalla sua posizione)

• Il contenuto della memoria RAM è volatile: al cessare dell’alimentazione esse perdono l’informazione in esse contenute

ROM (Read Only Memory)

• memoria a sola lettura

• sono programmabili una sola volta

• Il contenuto delle ROM è indipendente dall’alimentazione del computer e le informazioni in esse contenute sono permanenti

• Le ROM sono necessarie in quanto in esse risiedono informazioni vitali per la fase di bootstrap (partenza) del computer

Memoria centrale

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21

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IL PROCESSORE (CPU)

Nucleo di un calcolatore, preposto al controllo ed alla elaborazione dei dati

Es.: Intel Pentium

Unità Logico-Aritmetica + Unità di controllo + alcuni Registri

Elementi di una CPU

Unità logico-aritmetica (ALU)

O1 O2

U

+-*/

Funzionamento realizzato mediante appositi circuiti (circuiti di commutazione logica)

Un insieme di circuiti logici in grado di eseguire, su comando dell’unità di controllo, le operazioni elementari di elaborazione dei dati

O1, O2 registri operandi U registro risultato

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Unità di controllo

L’unità di controllo accede alla memoria, preleva le istruzioni da eseguire, le interpreta e le esegue tramite la ALU

I circuiti del calcolatore sono predisposti per l’esecuzione di alcune operazioni elementari, ma attendono di volta in volta appositi segnali di abilitazione per essere attivati

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Memoria ad alta velocità (cache) + altri registri (operandi ALU + altri) Memory Address Register

(contiene l’indirizzo della locazione di memoria da accedere)

Memory Data Register (contiene copia del valore letto o da scrivere in memoria)

Processor Status Word (contiene informazioni sullo stato dell’elaborazione)

Struttura semplificata di una CPU

Parallelismo (in bit)

(lunghezza in bit dei registri di macchina)

… valori tipici attuali 32 o 64 bit

Frequenza di clock

(indica velocità di elaborazione)

1 operazione elementare al sec. = 1 Hz

400 ml. di operazioni elementari al sec.= 400 MHz

Principali parametri di una CPU

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Evoluzione delle CPU

Unità di ingresso / uscita

Unità di Ingresso (Input)

Tutti i dispositivi che consentono di inviare dati (e/o comandi) all'elaboratore dall’esterno.

Unità di Uscita (Output)

Tutti i dispositivi che consentono di inviare dati e/o comandi dall'elaboratore all’esterno.

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Unità di ingresso

TASTIERA

Si distinguono 4 zone di tasti:

- zona alfanumerica - zona numerica - zona funzioni

- zona controllo cursore

MOUSE

Strumento di puntamento. Piccola apparecchiatura accessoria di input che in alcuni ambienti sostituisce o integra la tastiera.

Altre unità di ingresso

TRACKBALL

SCANNER

LETTORE

TAVOLETTA GRAFICA

UNITA’

MULTIMEDIALI

AUDIO VIDEO

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Unità di uscita Video

monocromatico o a colori

alfanumerico (organizzato a caratteri) o grafico (organizzato per punti - pixel)

dimensioni in pollici (14” , 17”, ...)

Video grafico

La qualità delle immagini dipende dalla distanza fra due punti (pixel)

Più piccola e’ questa distanza, più nitida è l’immagine

VGA risoluzione 640 * 480 SVGA risoluzione 800 * 600 1024 * 768 1280 * 1024

1600 * 1280

Risoluzione più alta

Immagine più nitida

Unità di uscita

Stampanti:

si differenziano per:

-tecnica di scrittura dei caratteri

-qualità e velocità di stampa

-tipo di trascinamento carta

-tipo di modulo supportato

-capacità di stampa grafici

-capacità di stampe a colori

-...

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dpi (dots per inch) -- misura la qualità

Numero di punti che la stampante è in grado di riprodurre in un pollice lineare (2,54 cm)

Definizioni

ppm (pagine per minuto) -- misura la velocità

(stampanti laser e inkjet)

Numero di pagine che la stampante è in grado di riprodurre in un minuto

cps (caratteri per secondo) -- misura la velocità (stampanti ad aghi)

Numero di caratteri che la stampante è in grado di riprodurre in un secondo

Unità di uscita

Stampanti laser Stampe di alta qualità

Utilizzano la tecnica della fotoriproduzione

(la stessa delle fotocopiatrici)

Stampanti a getto di inchiostro

Stampe di buona qualità

Più lente e più economiche

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Unità di uscita

Stampanti ad aghi Una matrice di aghi compone il carattere da stampare o il disegno

1 da 9 a 24 aghi

Unità di uscita Stampanti a linee parallele

Stampante ad impatto che ha tante testine di stampa quanti caratteri in un rigo

Non grafiche Veloci

Stampanti termiche

La stampa avviene “bruciando” la carta Silenziose

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