Scarica Fondamenti di informatica e più Appunti in PDF di Fondamenti di informatica solo su Docsity!
INFORMATICA
22\02
TERMINOLOGIA DI BASE Computer :
- Un dispositivo che accetta input, elabora dati, salva (store) data, e produce output, in accordo a un insieme di istruzioni (linguaggi di programmazione / applicazioni). Hardware :
- Tutte quelle componenti elettroniche e meccaniche che definiscono fisicamente un dispositivo qualsiasi (PC, laptop, periferica, smartphone, etc). Software:
- Un programma che dice al computer (o dispositivo) come eseguire un particolare compito. Network :
- Due o più computer (o dispositivi) che sono connessi allo scopo di condividere e/o scambiarsi dati, informazioni, programmi, applicazioni e servizi. Dispositivi Periferici: -Utilizzati per espandere le capacità di input, output e salvataggio (storage) di un dispositivo. Input :
- Qualsiasi tipo di dato sia fornito in ingresso ad uno o più computer. Dati:
- Riferito a quei “simboli” che rappresentano fatti, oggetti o idee (i.e., digital data). Informazione :
- Il risultato dell’elaborazione dei dati atto a fornirne una visione «semantica». In altre parole, una «sintesi» rappresentativa ed esplicativa dei dati. Output :
- Unqualsiasirisultatoprodottodaunoopiùcomputer. Elaborazione:
- Manipolazione dei dati ottenuta in un qualsiasi modo. Memoria : -Area del computer che temporaneamente mantiene i dati/informazioni in attesa di essere elaborati, registrati o forniti in output. Storage : -Area del computer dove sono mantenuti permanentemente dati/informazioni che non necessitano immediatamente di essere elaborati. Applicazione/Servizio : -Collezione di “algoritmi (routines)” che supportano l’esecuzione di una specifica applicazione (Microsoft Office) o di uno specifico servizio (Online Banking). Sistema Operativo :
- Collezione di “algoritmi (routines)” responsabili del controllo e del coordinamento di tutte le attività di un computer (e.g., Windows). LA GESTIONE DELL’INFORMAZIONE Qualsiasi “informazione” immagazzinata o recuperata per mezzo di un dispositivo (e.g., desktop computer, laptop, smartphone) deve essere
rappresentata attraverso un “linguaggio” che può essere capito da quest’ultimo. Questo “linguaggio” è il Codice Binario. Definizione di Codice Binario: è un sistema di codifica che usa le cifre binarie 0 e 1 al fine di rappresentare lettere, cifre, o altri caratteri all’interno di un computer o di un qualsiasi altro dispositivo elettronico (e.g., smartphones, tablets). In Particolare: un BIT (BInary digiT) è l’unità di informazione attraverso la quale un dispositivo gestisce tutti i tipi di informazione al suo interno. Un singolo BIT può avere solo due stati: 0 and 1. Nota: con un singolo BIT solo DUE “elementi” possono essere espressi, ad esempio:
- 1=“A”
- 0 = “B”. Quanti bits sono necessari per rappresentare una “comune” quantità di informazione. Ad esempio, quando si adopera il programma Microsoft Word si stanno maneggiando (più o meno) i seguenti “elementi”: ▪ 52 caratteri di lettere maiuscole e minuscole dell’alfabeto; ▪ 10 cifre (0, 1, 2,..., 9); ▪ Diversi caratteri di punteggiatura (,. ; :! “? ‘ ^ \ ...); ▪ Diversi caratteri matematici (+, -, x, ±, {, [, >,...); ▪ Diversi caratteri nazionali (à, è, ì, ò, ù, ç, ñ, ö,...); ▪ Diversi caratteri grafici particolari (©, #, §, @, €,...); ▪ In totale: circa 220 caratteri. Nota: Con un BIT, si possono rappresentare DUE “caratteri” (detti anche: elementi), ad esempio:
- 0=A;
- 1=!. In realtà, qui si richiede di rappresentare oltre 200 caratteri. Per questo motivo sono necessari più BITS. Dovrebbe, quindi, essere abbastanza chiaro che qualsiasi cosa che viene immagazzinata o recuperata da un dispositivo (e.g., computer) è rappresentata in codice binario. PERCHÈ SI ESIGE L’USO DEL CODICE BINARIO?
La tabella che viene principalmente utilizzata è LA TABELLA ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Ritornando al codice binario, all’interno di ogni dispositivo “l’informazione” è "veicolata" per mezzo di un numero fissato di bytes, ad esempio: ▪ 16 bits (2 bytes); ▪ 32 bits (4 bytes); ▪ 64 bits (8 bytes). Ora, si può comprendere perché il numero di bytes identifica la "potenza" di un dispositivo, poiché maggiore è il numero di bytes: ▪ maggiore è la capacità di un dispositivo di calcolare operazioni complesse; ▪ maggiore è la capacità di un dispositivo di gestire diverse quantità di informazioni; ▪ maggiore è la capacità di un dispositivo di comprendere istruzioni complesse. All'interno di un dispositivo un "numero" (i.e., l'informazione) può essere identificato da tre classi: ▪ Interi Senza Segno (i.e., interi positivi); ▪ Interi Con Segno (i.e., interi positivi e negativi); ▪ Reali (i.e., numeri positivi e negativi con una virgola). La classe specifica dipende da diversi fattori, tra cui: ▪ Tipo di applicazione/servizio; ▪ Complessità dell'applicazione/servizio; ▪ Caratteristiche della applicazione/servizio. In generale, con una base B e con n cifre, è possibile rappresentare: ▪ B – 1. ▪ Un esempio con B=10and4cifre:9999=104 –1. ▪ Un esempio con B=2and4cifre:1111=24 –1(i.e.,1510). Ogni cifra ha il valore di due elevato alla posizione in cui si trova , questo vale quando si vuole trasformare il codice binario in un codice decimale Se il valore è 0, è PARI, mentre se è 1 è dispari La rappresentazione degli interi con segno può essere effettuata in due modi: IL PRIMO: ▪ Dati n bits: un singolo bit è riservato come segno, mentre, il resto dei bits (n-
- sono riservati per il numero. Ad esempio, considerando 8 bits, è possibile riservare il primo bit per il segno (i.e., + o -) e i sette rimanenti bits per i numeri:
Tale rappresentazione è chiamata: rappresentazione in modulo e segno. È molto semplice ma ha un difetto: ▪ Mette a disposizione due rappresentazioni dello 0. Si osservi che: ▪ Da –(2n-1 – 1) sino a +(2n-1 – 1); ▪ Con 16 bits: Da -32.767 sino a +32.767; ▪ Con 32 bits: Da -2.147.483.647 sino a +2.147.483. Passaggi: 1 step: si prende in considerazione il numero più piccolo rispetto a quello che sto prendendo; 2 step: si sottrae il numero preso in considerazione, ad esempio 42, con il numero più piccolo : esempio- 42- 32= 10 ; a questo punto 10-8=2 , 2-2=0.
16 bit: in grado di calcolare 16 bit per ogni operazione Standard di oggi: almeno 64 bit (8 bytes alla volta) quindi posso creare calcoli con grandi numeri e quindi eroga una potenza di calcolo maggiore Vengono caricati dati in dei registri secondo una tipologia specifica di strutture Il meno (per i numeri negativi) non è facile da rappresentare con 0 e 1, quindi... (servono perché servono le negatività per varie cose) ...quindi (metodo “A BOT RISERVATO PER IL SEGNO”) Rappresenta i valori negativi riservando un bit per il segno Per esempio, se nella posizione all'estrema sinistra c’è il bit (1) allora è un valore negativo, se ci metto (0) è positivo QUESTO NON è VALIDO SEMPRE, è SOLO UN ESEMPIO MA il lato NEGATIVO è: se io dovessi riservare un bit per il segno perderei un bit (da 8 diventano 7, da 16 diventano 15) perché il bit viene bruciato e perdo una quantità enorme di potenza di calcolo (da 2048 a 1024 per esempio) MA il lato POSITIVO è: se io lo rappresento così allora la lettura è immediata (leggendo il bit all’estrema sinistra so IMMEDIATAMENTE se è positivo e negativo) Metodo del complemento: cerco di non perdere quella posizione, tengo la potenza di calcolo al massimo possibile: Non chiederti il perché si fa così, è uno standard complicato 2 operazioni di fila: 1: FLIPPING (UNO REVERSE CARD): tutti i valori 0 diventano 1 e tutti i valori 1 diventano 0, inverto il binario 2: SOMMA: sommo +1 al binario invertito. Il risultato è il valore NEGATIVO di quello di partenza Non perdo un bit ma è MOLTO più lento IL CALCOLATORE USA UN SOLO METODO SCELTO DAL PRODUTTORE basatosi su vari fattori Vogliamo dare più spazio alla potenza di calcolo a discapito della velocità? Allora metodo 1 Calcoli più piccoli ma più veloci? Allora metodo 2 27\02\
SOMMA
Le operazioni logiche si dividono in: AND=E ( CONTEMPORANEITÀ ) se entrambe sono vere, è corretto. Ma sono OR=OPPURE ( OPZIONALITA’ ) posso scegliere almeno una, una sia vera. NOT= letteralmente invertire 0–>1; 1–> RICORDA: Le operazioni in binario sono identiche a quelle in decimale quando si tratta della somma. In binari, una coppi si chiama DUINA SOTTRAZIONE Quando mancano le cifre, si mette 0. MOLTIPLICAZIONE E DIVISIONE
I REGISTRI sono fisicamente nella CPU, ma logicamente nella memoria. I registri si occupano della gestione degli indirizzi e della gestione di memoria; fanno parte della RAM. La CPU sfrutta i registri per comunicare con la RAM, per capire quali sono i dati al suo interno. MAR gestisce gli indirizzi; si occupa di tutti gli indirizzi che vengono interrogati dalla RAM. MDR si occupa dei valori delle celle di memoria ( dati ). Qual è il processo della CPU? Conoscere l’’indirizzo grazie al MAR per poi scrivere un determinato dato inserito nel MDR Il funzionamento della MEMORIA si basa sui seguenti due passi (Running Example): Operazione LOAD : per leggere una locazione (A):
- Scrivere l’indirizzo (di A) all’interno del MAR;
- Mandare un segnale di «lettura» alla memoria;
- Leggere il dato (contenuto di A) dall’MDR. Operazione STORE : per scrivere un valore (X) nella locazione (A):
- Scrivere il dato (X) nell’MDR;
- Scrivere l’indirizzo (A) nel MAR;
- Mandare un segnale di “scrittura” alla memoria. In breve: -) L’MAR si occupa degli INDIRIZZI; -) L’MDR si occupa dei DATI. Cosa c’è dietro la CPU? La Processing Unit (Unità di Elaborazione) è un’unità funzionale composta da due sotto-moduli principali: ▪ ALU :è la Arithmetic and Logic Unit(Unità Aritmetico e Logica).Tale sotto- modulo effettua tutte le operazioni (Aritmetiche e Logiche) richieste dal dispositivo. Supporta anche le operazioni di Movimento, l’ALU è nostro sistema di calcolo;
▪ TEMP : è una memoria velocissima/costosissima utilizzata per le operazioni interne dell’ALU (i.e., Cache Memory della CPU). Ma anche molto piccola che supporta i calcoli della ALU. La memoria cash, è legata ai browser web. La Processing Unit contiene le operazioni di base che permettono al dispositivo di lavorare propriamente. Nel nostro caso, LC-2, all’interno contiene diverse istruzioni, tra le quali: ▪ LD,LDI,LDR,ST,STI,STR,LEA. TEMP: ▪ Piccola ,veloce e costosissima memoria; ▪ Operandi e Risultati dell’ALU. Grandezza delle parole elaborate: ▪ Il numero di bits normalmente elabora i dati dalla ALUè una istruzione. La Control Unit (Unità di Controllo) è un’unità di gestione. Essa è composta da due sotto-moduli, ossia PC e IT: ▪ PC: è il Program Counter (Contatore di Programma) e contiene l’indirizzo della prossima istruzione che necessita di essere eseguita; ▪ IR: è l’Instruction Register (Registro delle Istruzioni) e contiene le istruzioni che possiede il PROCESSORE. Lo scopo della Control Unit (Unità di Controllo) è: ▪ Lagestionedell’interoprocessodielaborazione.Ossia: ▪ Legge ciascuna istruzione dalla memoria:
- L’indirizzo dell’istruzione è all’interno del modulo PC; ▪ Esso interpreta ogni istruzione e genera i segnali che «dicono» agli altri componenti cosa fare:
- Una istruzione può impiegare diversi cicli macchina per essere completata. Il valore sarà l’istruzione. INPUT OUTPUT Questa parte dell’architettura evidenzia solamente che qualsiasi dispositivo necessità di altri «dispositivi» differenti per poter prelevare e immagazzinare dati. ▪ Alcuni dispositivi sono sia di input che di output, ad esempio: hard-disk, network. ▪ Il programma che controlla l’accesso ad una «dispositivo» come una periferica (hard-disk) è chiamato: driver. I sistemi dell’imput: la tastiera, il mouse. Output: lo schermo,le casse. ▪ Ogni unità ha nelle proprie capacità di interfacciamento un insieme di registri come il MAR e l’MDR, ad esempio: ▪ LC-2 supporta keyboard (input) e console (output); ▪ keyboard: data register (KBDR) e status register (KBSR); ▪ console: data register (CRTDR) e status register (CRTSR). Lo storage è tra l’Inter sezione tra l’input e output. Perché la webcam è tra le due intersezioni? Input perché considera l’immagine, mentre output è la lucina accesa o spenta. Il driver è un software minimale in grado di comunicare con una periferica. Consente di capire che cosa sia dall’altra parte e come utilizzarlo. Le periferiche interne sono quelle fissate nella macchina; mentre quelle esterne vengono colllegate esternamente. Tutti i dispositivi sono possessori di driver.
Preleva dalla RAM l’istruzione corrente da eseguire: ▪ Da ricordare: l’indirizzo in RAM da leggere è memorizzato in PC (Program Counter); ▪ L’istruzione viene memorizzata in IR (InstructionRegister); ▪ Il PC viene aggiornato all’indirizzo della successiva istruzione (nota, se ogni istruzione occupa N byte, PC viene incrementato di N). ECODE : Riconosce l’istruzione da eseguire: ▪ Da ricordare: un processore ha un set finito di istruzioni che servono ad eseguire tutto ciò che il processore sa fare. Essenzialmente in questa fase si riconosce quale istruzione deve essere eseguita. EXECUTE : Esegue l’istruzione individuata: ▪ Dipende dal tipo di operazione: ad esempio se si tratta di un operazione aritmetica bisognerà recuperare dalla memoria centrale gli operandi, fornirli all'ALU assieme all'operazione da eseguire e salvare nei registri il risultato. RICAPITOLANDO: Program Counter prende l’indirizzo nella cella di memoria, lo passa all’instruction register, capisce che comando sia e in seguito lo passa all’ALU, una volta terminato si ricomincia. La PILA
