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componenti di informatica, Appunti di Elementi di Informatica

Università degli Studi di Firenze (UNIFI)Elementi di Informatica
Prof. Andrea Frosini

lezione teorica sui componenti, prima parte del programma.

Tipologia: Appunti

2019/2020

Caricato il 28/11/2021

niccolo-manetti
niccolo-manetti 🇮🇹

4.6

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COMPONENTI COMPUTER
Supercalcolatori :◼
→ Risolvono problemi di calcolo dalla complessità molto elevata
→ Applicazioni :
•Previsioni meteorologiche
•Bioinformatica
•Ingegneria Aerospaziale
Mainframe ◼
→ Prestazioni notevoli: elevate capacità di gestione di periferiche, e buona velocità di calcolo
•utilizzano terminali “stupidi” che non effettuano alcuna elaborazione (calcoli al mainframe)
→ Applicazioni
•Ambito bancario e assicurativo
•Grandi enti pubblici
•Grandi aziende Tipi di Computer
Minicalcolatori◼
•sono dei piccoli mainframe
•utilizzano terminali “stupidi” che non effettuano alcuna elaborazione
→ Applicazioni
•contabili e amministrative
•gestione di filiali di banche
•Medio-piccole imprese
Workstation ◼
→ Calcolatore più potente dei Personal Computer attuali.
→ Applicazioni In ambito ingegneristico e scientifico Stazioni dedicata per il CAD Tipi di ◼ ◼
Computer
Personal Computer (PC) ◼
→ Calcolatori destinati ad uso personale
→ Applicazioni Ambito aziendale o familiare Server di rete (minicomputer) Terminale ◼ ◼ ◼
“intelligente” Workstation (“super” PC) Stazioni Multimediali Laptop (PC portatili) Tipi di ◼ ◼ ◼
Computer
Network Computer◼
→ Computer con minime quantità di memoria e limitate capacità di calcolo. Possono contare sulla
potenza dei server di rete ai quali sono collegati, nonché sulla loro possibilità di immagazzinare
dati.
→ Applicazioni Connessione ad internet Pamltop Telefoni cellulare◼ ◼ ◼
ARCHITETTURA del computer
Hardware e Software:
•Hardware (componente fisica): è l’insieme delle componenti fisiche del sistema
•Software (componente logica): è l’insieme dei programmi che vengono eseguiti dal sistema.
* I programmi e i dati sono organizzati in file
* Un file è un archivio organizzato secondo un certo criterio e residente in memoria.
* I file di dati contengono informazioni (testi, numeri,immagini, suoni)
* I file di programmi contengono sequenze di istruzioni
Architettura :
L’architettura dell’hardware di un calcolatore reale è molto complessa: la macchina di Von
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Scarica componenti di informatica e più Appunti in PDF di Elementi di Informatica solo su Docsity!

COMPONENTI COMPUTER

◼ Supercalcolatori : → Risolvono problemi di calcolo dalla complessità molto elevata → Applicazioni :

  • Previsioni meteorologiche
  • Bioinformatica
  • Ingegneria Aerospaziale ◼ Mainframe → Prestazioni notevoli: elevate capacità di gestione di periferiche, e buona velocità di calcolo
  • utilizzano terminali “stupidi” che non effettuano alcuna elaborazione (calcoli al mainframe) → Applicazioni
  • Ambito bancario e assicurativo
  • Grandi enti pubblici
  • Grandi aziende Tipi di Computer ◼ Minicalcolatori
  • sono dei piccoli mainframe
  • utilizzano terminali “stupidi” che non effettuano alcuna elaborazione → Applicazioni
  • contabili e amministrative
  • gestione di filiali di banche
  • Medio-piccole imprese ◼ Workstation → Calcolatore più potente dei Personal Computer attuali. → Applicazioni ◼ In ambito ingegneristico e scientifico ◼Stazioni dedicata per il CAD Tipi di Computer ◼ Personal Computer (PC) → Calcolatori destinati ad uso personale → Applicazioni ◼ Ambito aziendale o familiare ◼ Server di rete (minicomputer) ◼Terminale “intelligente” ◼ Workstation (“super” PC) ◼ Stazioni Multimediali ◼Laptop (PC portatili) Tipi di Computer ◼ Network Computer → Computer con minime quantità di memoria e limitate capacità di calcolo. Possono contare sulla potenza dei server di rete ai quali sono collegati, nonché sulla loro possibilità di immagazzinare dati. → Applicazioni ◼ Connessione ad internet ◼ Pamltop ◼Telefoni cellulare ARCHITETTURA del computer Hardware e Software:
  • Hardware (componente fisica): è l’insieme delle componenti fisiche del sistema
  • Software (componente logica): è l’insieme dei programmi che vengono eseguiti dal sistema.
  • I programmi e i dati sono organizzati in file
  • Un file è un archivio organizzato secondo un certo criterio e residente in memoria.
  • I file di dati contengono informazioni (testi, numeri,immagini, suoni)
  • I file di programmi contengono sequenze di istruzioni Architettura : L’architettura dell’hardware di un calcolatore reale è molto complessa: la macchina di Von

Neumann è un modello semplificato dei calcolatori moderni Von Neumann progettò, verso il 1947, il primo calcolatore con programmi memorizzabili anziché codificati mediante cavi e interruttori

  • Unità centrale di elaborazione (CPU) → esegue istruzioni per l’elaborazione dei dati e svolge anche funzioni di controllo
    • Memoria Centrale (RAM) → memorizza e fornisce l’accesso a dati e programmi in esecuzione
    • Memoria di Massa (DISCO FISSO) → memorizza permanentemente i dati ed i programmi. Prevede accessi in lettura e scrittura
    • Dispositivi di Ingresso Uscita (I/O) → video e tastiera per comunicare con il pc
    • Dispositivi di collegamento (Bus) CPU: il processore che ha capacità di elaborazione delle informazioni contenute nella memoria principale fa solo 2 operazioni (alcune cpu dedicate ne fanno anche altre), grazie a unità logica aritmetica :
  • somma di bit
  • confronto bit a bit (se sono uguali) → vengono fatte interagire per ottenere un videogioco o utilizzo web. Grazie ad un impalcatura sopra di se → cpu deve essere molto performante
  • L’elaborazione avviene in accordo a sequenze di istruzioni ( istruzioni macchina )
  • Il linguaggio in cui si scrivono queste istruzioni → linguaggio macchina processori servono per fare conti e dove sono le info che dicono a l processore cosa fare? Nella Ram memoria principale COMPONENTI della CPU :
  • UNITÀ DI CONTROLLO: esegue operazioni finalizzate al trasferimento dati o al controllo dell’ esecuzione dei programmi.
  • L’Unità di Controllo (UC) si occupa di coordinare le diverse attività che vengono svolte all’interno del processore chiamate fetch-decode-execute : ◦ si legge, cioè si carica, dalla memoria principale la prossima istruzione da eseguire ( fetch ); ◦ si esegue l’istruzione ( execute ) ; ◦ si memorizza un eventuale risultato (i nformazione elaborat a) in memoria. La frequenza con cui vengono eseguiti i cicli di esecuzione è scandita (sincronizzata) da clock ◦ Ad ogni impulso di clock la UC esegue un ciclo di esecuzione di istruzioni macchina ◦ La velocità di elaborazione di un processore dipende dalla frequenza del suo clock ◦ I processori attuali hanno valori di frequenza di clock che variano tra i 500 MHz e 3 GHz (frequenza di ogni operazione viene misurata in Hz. es. 10 herz, 10 operaz al secondo) (tra 500 e 3000 milioni di impulsi al secondo) La frequenza di clock determina quindi la velocità della CPU
  • UNITÀ LOGICO ARITMETICA (ALU): esegue operazioni matematiche e logiche sui dati che sono contenuti nei registri. 2 operazioni sono: ◦ Somma bit a bit → matematiche) ◦ Sequenza bit a bit (se sono uguali) → logiche ▪ La ALU legge i dati contenuti all'interno dei registri generali, esegue le operazioni e memorizza il risultato in uno dei registri generali - ▪ Vi sono circuiti in grado di eseguire la somma di due numeri binari contenuti in due registri e di depositare il risultato in un registro e circuiti in grado di eseguire il

Il BIOS effettua test diagnostici, quando gli ha diagnosticatoi fa partire il sistema operativo.

  • In fase di avvio del PC il programma di boostrap presente nel BIOS :
    • effettua test diagnostici di base e controlla lo stato delle periferiche collegate, per permettere il caricamento del sistema operativo (POST: Power-On Self Test);
    • carica nella memoria principale (RAM) la parte principale del sistema operativo ( kernel ) → permette di far partire tutti gli altri programmi. MEMORIA DI MASSA
  • Usata per memorizzare grandi quantità di dati e programmi -
  • Non volatile (cioè l’informazione non viene persa quando il computer viene spento) -
  • L’accesso all’informazione non è molto rapido (devo ritonare al mio quadernetto) -
  • Hard disk, Floppy disk, CD-ROM, DVD-ROM, nastri magnetici La memoria di massa o memoria secondaria deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua realizzazione si utilizzano tecnologie basate sul magnetismo (dischi e nastri magnetici) o tecnologie basate sull'uso dei raggi laser (dischi ottici) :
  1. Nel primo caso, si sfrutta l’esistenza di sostanze che possono essere magnetizzate. La magnetizzazione può essere di due tip i (positiva e negativa) che corrisponde ai bit 0 e 1.
  2. Nel secondo caso, si sfrutta la diversa riflessione di un raggio laser su superfici diverse e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini. Ogni unità di superficie può essere forata o non forata e questo corrisponde ai due bit 0 e 1. caratteristiche:
  • I supporti di memoria di massa sono molto più lenti rispetto alla memoria principale (presenza di dispositivi meccanici)
  • Le memorie di massa hanno capacità di memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di quelle delle tipiche memorie principali
  • Il processore n on può utilizzar e direttamente la memoria di massa per l' elaborazione dei dati
  • Il programma in esecuzione deve essere in memoria principale e quindi le informazioni devono essere trasferite dalla memoria secondaria a quella principale ogni volta che servono programmi di deframmentazione(defrag) Il DISCO RIGIDO (hard disk) :
  • La formattazione consiste nella suddivisione del rivestimento magnetico del disco in settori e tracce concentriche.
  • I primi hard disk avevano capacità di 10MB, attualmente possiamo trovare hard disk in commercio da alcuni TeraByte.
  • Le informazioni vengono memorizzate per mezzo di una testina che modifica la polarità magnetica delle singole particelle per rappresentare i numeri binari.
  • La velocità di rotazione può variare dai 60 giri al sec. fino a 10000 rpm (revolution per minute). In media un HD ha velocità dai 4500 ai 7200 rpm. I Dischi ottici: I dischi ottici sono basati sull’uso di un raggio laser per operazioni di lettura
  • Quasi tutte le unità per dischi ottici consentono solamente operazioni di lettura poiché la scrittura è un'operazione complicata, che richiede delle modifiche fisiche del disco (CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory).
  • Quando le unità consentono la scrittura, i dischi ottici generalmente possono essere scritti una sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono durante la fase di scrittura sono

irreversibili (CD WORM ovvero Compact Disk Write Once Read Many). Si usa un masterizzatore. Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente differenti e sono basate sull'uso di raggi laser

  • Il raggio laser è un particolare tipo di raggio luminoso estremamente focalizzato che può essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte
  • Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini il CD-ROM :
  • I CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) sono supporti ottici per la memorizzazione dei dati.
  • I CD-ROM dopo essere registrati una prima volta mediante un masterizzatore, possono essere utilizzati soltanto per la lettura delle informazioni memorizzate.
  • I bit sul CD-ROM sono codificati come aree incise (pit) e aree non incise (land) sulla superficie del disco. Per leggere l’informazione si usa un laser di bassa potenza; i pit e i land hanno angoli di rifrazione diversi e perciò si possono distinguere.
  • La capacità è circa 650 MB. Il DVD-ROM:
  • I DVD-ROM (Digital Versatile Disk) sono supporti ottici per la memorizzazione dei dati. -
  • Sono molto simili ai CD-ROM. L’unica differenza è una capacità molto maggiore 4,7 GB (circa 7 CD-ROM).
  • I nuovi modelli dovrebbero avere capacità di 17 GB
  • Nati per l’esigenza di riprodurre su supporto digitale interi film (il CD-ROM nacque per l’esigenza di un supporto digitale per la musica) I DRIVES:
  • Gli sportelli in cui si inseriscono i floppy disk, o il CD, o qualsiasi altro tipo di disco, sono detti "drives" (da non confondersi con i drivers software).
  • Contengono una testina di lettura/scrittura tramite cui avviene il trasferimento dei dati fra disco e macchina.
  • Esistono vari modelli di drive per CD che si differenziano per la velocità di lettura. Le sigle 20X, 32X, 52X ... indicano la velocità con cui i dati vengono letti da disco. 1X è la velocità di lettura dei normali CD audio. Quindi 32X indica che i dati vengono letti ad una velocità 32 volte superiore a quella di un normale CD audio DISPOSITIVI DI INGERSSO/USCITA
  • Vengono impiegati per far comunicare il calcolatore con l’ambiente esterno, cioè per accettare in ingresso i dati e per visualizzare i risultati ottenuti dall’elaborazione dei dati.
  • Terminali (tastiera, mouse, monitor), stampanti, modem, …
  • L’unità centrale (case) ha degli ingressi detti porte in cui inserire i cavi che collegano i dispositivi di I/O

I dispositivi di input/output (anche detti periferiche), permettono di realizzare l'interazione tra l'uomo e la macchina

  • La loro funzione primaria è quella di consentire l'immissione dei dati all'interno dell'elaboratore (input), o l'uscita dei dati dall'elaboratore (output)
    • Solitamente hanno limitata autonomia rispetto al processore centrale (sono completamente gestiti, controllati e coordinati dal processore)
  • così come le memorie di massa, anche i dispositivi di IO sono collegati ad dei circuiti (CONTROLLER) che gestiscono il coordinamento tra processore, memoria e dispositivi in modo da garantire il corretto trasferimento di dati.