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Introduzione all'informatica: Architettura del computer e memoria, Slide di Fondamenti di informatica

Università degli Studi di Genova (UNIGE)Fondamenti di informatica

Fondamenti di informatica Struttura del computer e pixel

Tipologia: Slide

2020/2021

Caricato il 09/01/2021

GiorgiaGalliano
GiorgiaGalliano 🇮🇹

4.5

(2)

6 documenti

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INFORMATICA SLIDE!
Informatica!
Il termine informatica deriva dalla contrazione dei termini!
– informazione-automatica!
Alla base dell’informatica c’è il concetto di trattamento automatico
dell’informazione – che cosa è l’informazione?!
– che cosa sono i dati?!
l'informatica è la scienza che si occupa della conservazione, dell'elaborazione e!
della rappresentazione dell'informazione.!
L’informatica è naturalmente associata ai calcolatori elettronici. Alcune definizioni
la indicano appunto come la scienza della programmazione (coding) e dell’utilizzo
dei computer.!
Questa definizione è limitativa, perché pone l’accento principalmente sull’aspetto
tecnologico.!
Componenti importanti dell’informatica sono metodologiche: in questo corso un
aspetto fondamentale è il pensiero computazionale.!
!
I DATI sono rappresentazioni originarie, cioè non interpretate, di un fenomeno,
evento, o fatto.!
Misure della temperatura in una stanza, della posizione di una persona in una città
effettuata con GPS, o il numero di abitanti di un’area geografica sono esempi di
dati.!
L’informazione deriva dalla interpretazione di dati che li rende significativi per il
destinatario: l’informazione consente di prendere decisioni.!
Informazione:!
– insieme di dati!
– interpretati!
– comprensibili per il destinatario,!
consentono di prendere decisioni!
INFOMAZIONE E DATI:!
L’informazione riguarda il modo in cui un sistema acquisisce conoscenza dal
mondo esterno attraverso l’interpretazione di dati.!
Esempio:!
Dati: temperatura, vento, pressione atmosferica acquisite da una stazione meteo
nell’ultima settimana. Informazione: previsioni del tempo in quella località; posso
quindi decidere come vestirmi o se prendere l’ombrello.!
Elaboro, interpreto, estraggo informazione dai dati.!
INFORMAZIONE E CONOSCENZA:!
Informazione è qualcosa che quando viene fornito dissipa un dubbio, una
incertezza!
Informazione -> conoscenza!
L’informazione può essere di varia natura: usiamo unità di informazione
(linguistiche, musicali, pittoriche, ecc...) per rappresentare l’informazione!
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Anteprima parziale del testo

Scarica Introduzione all'informatica: Architettura del computer e memoria e più Slide in PDF di Fondamenti di informatica solo su Docsity!

INFORMATICA SLIDE

Informatica

Il termine informatica deriva dalla contrazione dei termini

  • informazione-automatica Alla base dell’informatica c’è il concetto di trattamento automatico dell’informazione – che cosa è l’informazione?
  • che cosa sono i dati? l'informatica è la scienza che si occupa della conservazione, dell'elaborazione e della rappresentazione dell'informazione. L’informatica è naturalmente associata ai calcolatori elettronici. Alcune definizioni la indicano appunto come la scienza della programmazione (coding) e dell’utilizzo dei computer. Questa definizione è limitativa, perché pone l’accento principalmente sull’aspetto tecnologico. Componenti importanti dell’informatica sono metodologiche: in questo corso un aspetto fondamentale è il pensiero computazionale. I DATI sono rappresentazioni originarie, cioè non interpretate, di un fenomeno, evento, o fatto. Misure della temperatura in una stanza, della posizione di una persona in una città effettuata con GPS, o il numero di abitanti di un’area geografica sono esempi di dati. L’informazione deriva dalla interpretazione di dati che li rende significativi per il destinatario: l’informazione consente di prendere decisioni. Informazione:
  • insieme di dati
  • interpretati
  • comprensibili per il destinatario, consentono di prendere decisioni INFOMAZIONE E DATI: L’informazione riguarda il modo in cui un sistema acquisisce conoscenza dal mondo esterno attraverso l’interpretazione di dati. Esempio: Dati: temperatura, vento, pressione atmosferica acquisite da una stazione meteo nell’ultima settimana. Informazione: previsioni del tempo in quella località; posso quindi decidere come vestirmi o se prendere l’ombrello. Elaboro, interpreto, estraggo informazione dai dati. INFORMAZIONE E CONOSCENZA: Informazione è qualcosa che quando viene fornito dissipa un dubbio, una incertezza Informazione -> conoscenza L’informazione può essere di varia natura: usiamo unità di informazione (linguistiche, musicali, pittoriche, ecc...) per rappresentare l’informazione

Informazione -> simboli -> significato DATA SCIENZE E BIG DATA: Internet è una fonte inesauribile di grandi quantità di dati. Termini come «big data», «intelligenza artificiale», «data science» sono diventati di uso comune per riferirsi a strumenti software in grado di elaborare enormi quantità di dati per fornire servizi. Ad esempio, dalla analisi (automatica, effettuata via software) dei dati sui miei acquisti online e dei siti che visito, Google e altre aziende sono in grado di ricavare messaggi e pubblicità personalizzata. PENSIERO COMPUTAZIONALE: «Il pensiero computazionale rappresenta un atteggiamento ed un complesso di abilità che sono universalmente applicabili e che chiunque, non soltanto gli informatici, dovrebbe essere desideroso di apprendere e di utilizzare» (p.33). Questa famosa affermazione di Wing è stata ripresa da molti ed è diventata uno dei pilastri motivazionali per l’introduzione del pensiero computazionale nell’educazione. Il COMPUTER O IL CALCOLATORE ELETTRONICO Per introdurre la struttura del computer, utilizziamo una analogia con il «modello di processore umano», introdotta da Card, Moran e Newell nel 1983. Perceptual Processor (processore percettivo): gestisce lo stimolo sensoriale (vista, udito, tatto...) proveniente dal mondo esterno (dati) e ne estrae informazioni; Cognitive Processor (processore cognitivo): elabora le informazioni ricevute dal processore percettivo e prepara le azioni da inviare al... ...Motor Processor (processore motorio): gestisce e controlla le azioni dei muscoli.

  • terminali:Terminali “stupidi”, nessuna potenza di calcolo, sfruttano quella di un server cui si collegano
  • smartphone, tablet: Sistemi mobili per utilizzo individuale: applicazioni (app) diversificate, interazione multimodale (integra più sensi)
  • sensori: accelerometro, giroscopio, videocamera, microfono, ...
  • dispositivi indossabili (wearables), ad es smartwatch e pervasive, ubiquitous, disappearing computers:
  • Computer di dimensioni estremamente ridotte e con potenze
  • di calcolo crescenti
  • Utilizzati in una sempre più^ ampia gamma di applicazioni
  • Nelle automobili, negli elettrodomestici e in casa (domotica), in «ambienti sensibili» interattivi per la didattica, per edutainment e intrattenimento, per terapia e riabilitazione, per sport e wellness, per la cultura (tecnologie per la migliorare la fruizione nei musei), per le arti (musica, danza, installazioni interattive) Unitàcentraledielaborazione(CentralProcessing Unit): un insieme di circuiti, detto microprocessore, che controlla l’attività del computer.
  • IlclockdiunaCPU,misuratoinMHzoinGHz(ad esempio 2 GHz), è la frequenza con cui vengono eseguite le istruzioni elementari.
  • CompitodellaCPUèquellodileggereistruzionie dati dalla memoria e di decodificare ed eseguire le istruzioni; il risultato dell’esecuzione di una istruzione dipende dal dato su cui opera e dallo stato interno della CPU stessa.

EsempidiCPU:IntelCorei3,i5,i7,AMDAthlonII,...

L’unità centrale di elaborazione è costituita da:

  • un insieme di registri:spazidimemorizzazione (singole celle di memoria interne alla CPU) accessibili ad una velocità superiore di quella della memoria principale;
  • una unità logico aritmetica(ALU):esegue operazioni aritmetiche, logiche e confronti sui dati della memoria principale o dei registri;
  • una unità^ di controllo(UC)che esegue le istruzioni secondo quello che viene detto ciclo di accesso-decodifica-esecuzione. La CPU esegue ogni istruzione attraverso una sequenza di passi (algoritmo):
  1. Accesso all’istruzione da eseguire: copiando l’istruzione dalla memoria centrale nell’apposito registro istruzione della CPU
  2. Decodifica del tipo di istruzione (ad es., Somma)
  3. Individuazione dei dati necessari per istruzione (ad es. gli addendi), che vengono copiati negli opportuni registri 4. Esecuzione della istruzione: la UC comunica alla ALU l’operazione da eseguire (ad es Somma) e i dati su cui operare (ad es gli addendi contenuti negli opportuni registri) Esistono diversi criteri per valutare la performance di un processore. Sono da valutare con attenzione.
  • Frequenza di clock (MHz o GHz)
  • Mips (Millions Instructions Per Second)
  • Flops (FLoating-point OPerations per Second)
  • SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) real-world benchmark
  • Numero di «core», ovvero il numero di CPU funzionanti in parallelo contenute in un singolo processore (ad es., dual core, quadcore, opticore) La memoria di un computer è organizzata in maniera gerarchica. Memorie più veloci sono più costose a parità di capacità.
  • Memoria cache: molto veloce, piccole dimensioni (MB), volatile
  • Memoria principale (primaria): veloce, medie dimensioni (alcuni GB), volatile
  • Memoria secondaria: lenta, notevoli dimensioni (centinaia di GB, TB), memorizzazione permanente.

INNALZAMENTO DI MEMORIA: • Ogni cella della memoria è identificata da un numero, chiamato indirizzo di memoria.

  • In questo modo, ogni dato contenuto nella memoria ha una precisa collocazione ed è pertanto possibile recuperarlo. Analogamente, la CPU può decidere dove memorizzare un dato indicandone l’indirizzo.
  • All’internodellamemoriae,ingenerale,del calcolatore l’informazione è rappresentata come sequenze di bit.
  • Il bit è l’unità elementare dell'informazione.
  • Un bit può assumere due soli valori:{0,1}.
  • L’adozione della rappresentazione binaria si deve alla semplicità^ di realizzare circuiti elettronici in cui sono possibili solo due stati anziché un numero superiore (acceso/spento, passa corrente/non passa corrente, orientamento campo magnetico attrazione/repulsione), ed anche alla corrispondenza diretta con i valori logici vero e falso. 1 bit può assumere uno tra 2 valori: 0e
  • 2 bit possono assumere uno tra i 4 valori possibili: 00, 01, 10, 11
  • 3 bit->8valori:000,001,010,011,100,101, 110, 111
  • ...
  • Ingenerale: con N bit posso codificare 2N informazioni diverse
  • Ogniconfigurazionedibitcorrispondeaduna delle possibili informazioni. BYTE
  • Sequenze di bit sono raggruppate in entità più vaste, che contengono generalmente un numero di bit pari ad una potenza binaria, pari cioè a 2n;
  • Il più noto di tali raggruppamenti è il byte(chiamato anche ottetto), corrispondente ad 8 bit, che costituisce l’unità di misura più utilizzata in campo informatico.
  • Ad esempio le dimensioni della memoria si misurano in multipli del byte.
  • Una cella di memoria contiene una sequenza di byte, ad esempio quattro, detta parola (word).
  • Con un byte posso codificare 28 (=256) informazioni diverse. Le dimensioni della memoria principale variano a seconda del tipo di computer. Nei PC attuali le dimensioni tipiche della memoria principale vanno da 2 GB a 32 GB. La CPU dispone di uno o più registri dedicati a contenere indirizzi di memoria a cui la CPU intende accedere, ad esempio per scrivere o leggere un dato. -Il numero massimo di indirizzi che è possibile codificare nel «registro indirizzi» della CPU dipende dal numero di bit di cui dispone il registro -Lo spazio di indirizzamento indica il massimo indirizzo di memoria rappresentabile: -Un registro indirizzi che dispone di 32 bit potrà indirizzare fino a un numero massimo di 232 celle di memoria.

Un’importante caratteristica della memoria è il suo tempo di accesso (= tempo necessario per leggere o scrivere una parola di memoria) Le memorie principali dei computer attuali sono molto veloci e i loro tempi di accesso sono di pochi nanosecondi (= 10-9 sec, un miliardesimo di secondo) LA MEMORIA RAM La memoria RAM è:

  • ad accesso diretto (si può accedere direttamente a qualsiasi cella senza dover prima accedere alle altre, ad es le precedenti)
  • veloce (accesso nell’ordine dei nanosecondi)
  • relativamente costosa
  • di dimensioni limitate
  • volatile (non può mantenere dati permanenti) LA MEMORIA ROM
  • La ROM(ReadOnlyMemory)è un tipo di memoria che consente solamente l’operazione di lettura dei dati, poiché il suo contenuto viene permanentemente definito in fase di costruzione della memoria stessa.
  • È^ di tipo non volatile quindi il suo contenuto non viene perso se viene a mancare l'alimentazione. TIPI DI ROM:
  • PROM(ProgrammableReadOnlyMemory):ROM programmabili dall’utente una sola volta;
  • EPROM( Erasable Programmable ReadOnly Memory): programmabili dall’utente e cancellabili mediante esposizione ai raggi UV;
  • EAROM( Electrically Alterable ReadOnlyMemory): ROM programmabili dall’utente e cancellabili elettricamente mediante tensioni più elevate rispetto a quelle di funzionamento normale;
  • (^) EEPROM( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory dette anche flash): stesso funzionamento delle EAROM, ma migliori. Soltanto le vecchie ROM sono veramente di sola lettura. Le flash ROM, aggiornabili via software, sono quelle di uso corrente. Oltre che nei computer, le flash ROM sono molto usate nelle fotocamere digitali, nei lettori di musica portatili, nei telefoni cellulari, nei pendrive. BIOS Tutti i computer contengono un chip di memoria elettronica non volatile e non modificabile (ROM). Contiene un programma (detto Basic Input Output System, BIOS) per l’avviamento del computer e per altre operazioni fondamentali.

La formattazione ad alto livello: Questo tipo di formattazione può essere eseguita dall’utente.

  • Spesso si esegue prima dell’installazione di un sistema operativo: la formattazione ad alto livello consiste infatti nella creazione delle strutture del file system specifico di un sistema operativo.
  • La formattazione tuttavia cancella l’indice dei^ file contenuti nel disco. Ai^ fini pratici, equivale a cancellare il contenuto del disco. COMPACT DISK (CD):
  • Tecnologia impiegata: ottica
  • Capacità di memorizzazione: tipicamente 650 MB
  • (^) Velocità di accesso ai dati: misurata a multipli di 0.15 MB/s (1x). Ad esempio, 40x corrisponde a 6 MB/s. DIGITAL VERSATILE DISK ( DVD ):
  • Tecnologia impiegata: ottica
  • Capacità di memorizzazione: da 4.7 a 17 GB
  • (^) Velocità di accesso ai dati: misurata a multipli di 1.35 MB/s (1x), nove volte maggiore rispetto a un CD. BLU RAY-DISK ( BD):
  • Tecnologia impiegata: ottica
  • Capacità di memorizzazione: da 25 GB fino a 128 GB
  • Velocità^ di accesso ai dati: misurata a multipli di 4.5 MB/s (1x),^ fino a 54 MB/s. UNITÁ DI STATO SOLIDO (SSD)
  • Tecnologia impiegata: elettrica
  • Capacità^ di memorizzazione:^ fino ad alcuni TB^ •^ Velocità^ di accesso ai dati: da 100 a 600 MB/s. • Al momento più costose degli Hard Disk.