Introduzione ai Sistemi di Elaborazione delle Informazioni: Hardware e Software, Dispense di Elementi di Informatica

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Prof. Andrea Borghesan

venus.unive.it/borg [email protected]

Ricevimento: martedì, 12.00-13.00. Dip. di Matematica Modalità esame: scritto + tesina facoltativa

SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE

INFORMAZIONI

Hardware e Software

 Con HARDWARE si indicano tutte le componenti del pc che hanno consistenza fisica, interne od esterne, elettroniche o elettromeccaniche. Deriva da  Hard = duro  Ware = componente

 Con SOFTWARE si indica la parte “evanescente” dell‟elaboratore, cioè l‟insieme dei programmi che consentono all‟hardware di svolgere compiti utili

SOFTWARE E MACCHINE VIRTUALI

 L‟hardware è l‟unica macchina reale , mentre i vari strati software corrispondono a macchine virtuali  Le operazioni (chiamate istruzioni ) che l‟hardware sa eseguire costituiscono il linguaggio macchina del calcolatore  Le istruzioni del linguaggio macchina sono molto semplici e il calcolatore le esegue in modo molto efficiente

 Il software ha lo scopo di mostrare ai suoi utenti il calcolatore come una macchina virtuale (non esistente fisicamente), più semplice da usare rispetto all‟hardware sottostante

IL LINGUAGGIO MACCHINA

Tutti i dispositivi elettronici sono predisposti al riconoscimento di due stati fisici, rappresentati da un differente stato di polarizzazione magnetica (positiva o negativa)

Sulla base di tale principio, il linguaggio macchina, che consente il funzionamento di qualsiasi elaboratore, è basato sulla codifica binaria delle informazioni: ciascuna unità elementare dell‟informazione viene rappresentata da il bit ( binary digit ) che corrisponde ad una cifra che può assumere esclusivamente i valori 0 o 1

IL SISTEMA BINARIO

 Sistema di numerazione di tipo posizionale in base 2 cioè caratterizzato dall‟utilizzo di due soli numeri, 0 e 1, invece dei dieci previsti dal sistema decimale

 Inventato dal matematico tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz, e successivamente ripreso dal matematico inglese G. Boole

 E‟ utilizzato in informatica per la semplicità con cui rappresentare un‟informazione ricorrendo a due soli stadi, ed anche per la corrispondenza con i valori logiciVero/Falso

PASSAGGIO DAL SISTEMA DECIMALE AL SISTEMA BINARIO

• La sigla LSB sta per Least Significant Bit , mentre MSB sta per Most Significant Bit
• La trasposizione da decimale a binario si effettua partendo dall‟MSB all‟LSB, cioè dall‟ultimo al primo resto della successione di divisioni effettuate

Numero binario 1 0 0 1 1 0 1 1

Peso 27 26 25 24 23 22 21 20 Valore decimale 128 0 0 16 8 0 2 1

PASSAGGIO DAL SISTEMA BINARIO AL SISTEMA DECIMALE

Avendo un numero binario, per trasformarlo in numero decimale basta moltiplicare ogni cifra per il rispettivo peso. La cifra in posizione N si considera moltiplicata per 2^ N. Esempio:

Successivamente si sommano i risultati ottenuti per ottenere il numero decimale Il valore decimale corrispondente al numero binario 10011011 è 128+0+0+16+8+0+2+1=

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

L‟elaboratore può essere rappresentato dallo schema logico definito da Von Neumann negli anni „ 40

Memoria centrale

ESTENSIONE DELL’ARCHITETTURA DI VON

NEUMANN E CALCOLO PARALLELO 1/

 Ad oggi gli elaboratori seguono i principi fondamentali dell‟architettura di Von Neumann, con l‟aggiunta di nuove soluzioni per migliorare le prestazioni:

• Processori dedicati per l‟esecuzione di operazioni specifiche in parallelo alla CPU in modo efficiente
• Macchine parallele o multiprocessore in grado di effettuare calcoli complicati con notevole velocità

ESTENSIONE DELL’ARCHITETTURA DI VON

NEUMANN E CALCOLO PARALLELO 3/

ATTENZIONE!!! Il computer, seppur dotato di più microprocessori (come ad esempio i sistemi dotati di tecnologia Dual Core o Quad Core ) funzionano sempre e comunque in modo sequenziale e mai simultaneo! La sfida futura su cui lavorano le aziende informatiche è quella di riuscire a progettare dei microprocessori in grado di eseguire più operazioni differenti contemporaneamente

HARDWARE: LA CPU

L‟unità Centrale di Elaborazione CPU (Central Processing Unit) è il microchip presente sulla scheda madre (Motherboard) del computer, elabora i dati in ingresso e fornisce una risposta in uscita.

La CPU ha il compito di eseguire le istruzioni fornite dal programma in quel momento residente in memoria centrale e di sovrintendere alle operazioni di trasferimento dei dati tra quest‟ultima e le periferiche. La CPU raggruppa le funzioni di calcolo, controllo e di supervisione.

HARDWARE: LA CPU

REGISTRI

CU

ALU

CPU

Ai/dai bus esterni

Ai/dai bus esterni

HARDWARE: LA CPU

• Il microprocessore va raffreddato perché il trasferimento delle informazioni è fisico

Grazie agli sviluppi tecnologici si riesce a ridurre costantemente le dimensioni della CPU: in questo modo aumenta la frequenza (circuiteria più compatta)

Maggiore è la frequenza, più si produce calore e tanto maggiore è il raffreddamento necessario

• La potenza di calcolo delle istruzioni della CPU è misurata in MIPS (Milioni di Istruzioni per Secondo) mentre la sua velocità è misurata in Megahertz (MHz) o Gigahertz (GHz)