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Introduzione all'Informatica: Architettura di Calcolatori e Sistemi Operativi, Appunti di Fondamenti di informatica

Una introduzione all'Informatica, spiegando cosa si intenda per informazione, il concetto di bit e la prima decomposizione di un calcolatore in macro-componenti (Hardware e Software). Viene inoltre descritta l'architettura di Von Neumann e il collegamento a bus. utile per chi vuole acquisire una base solida in Informatica, sia per scopi universitari che di interesse personale.

Tipologia: Appunti

2019/2020

Caricato il 01/06/2022

giorgiatobi
giorgiatobi 🇮🇹

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Informatica
1. Informatica
Per informatica intendiamo l’elaborazione dell’informazione , l’informazione
può viaggiare su un supporto e il supporto può contenere una o più info
dipende dal tipo di configurazione che viene fatta al supporto, di
conseguenza l’info e il supporto comportano due azioni ovvero codifica
( scrittura) e decodifica ( lettura), la codifica e decodifica comportano 3 aspetti
: 1 simboli accetati (alfabeto) 2 configuarazione di simboli ( vocabolario) 3
convezione di info associate alle configurazioni (semanitica). Per elaborare
un’informazione automatica serve un’unità di misura e claude shannon ha
definito l’unità di misura della quantità di informazione si chiama bit ovvero
sequenza di numeri binari, il valore massimo che può presentare è di 0-1.
Inoltre l’informazione ha una rappresentazione interna che riguarda l’agente
di calcolo e una interna che riguarda l’utente.
2. il calcolatore
Studiare l’architettura di un sistema significa:
- individuare ciascun componente del sistema
- comprendere i principi generali di funzionamento di ciascun componente e come questi interagiscono
La prima decomposizione di un calcolatore in macro-componenti è:
- Hardware
- Software (di base per la gestione del sistema, applicativo per l’uso del sistema)
Architettura di Von Neumann (1946 circa)
Architettura a “programma memorizzato”: Dati e istruzioni dei programmi sono informazione, quindi
vanno codificati come bit e memorizzati nello stesso luogo, l’unità centrale di elaborazione (CPU) preleva
dalla memoria dati o istruzioni in momenti e contesti diversi.
La CPU, o processore, svolge le elaborazioni e il trasferimento di dati, cioè esegue i programmi, svolge
anche le funzioni di controllo dell’esecuzione, ogni istruzione viene processata allo stesso modo secondo il
ciclo-macchina: prelevamento → decodifica → esecuzione
La Memoria centrale è composta da 3 componenti, RAM, ROM e Cache.
- La RAM (Random Access Memory) perde il suo contenuto quando si spegne il calcolatore ed è usata
per memorizzare dati e programmi, è organizzata in celle, unità minime indirizzabili, ognuna accessibile
tramite un indirizzo, per ognuno dei quali si usa una configurazione di bit. Una cella ha un indirizzo e un
contenuto, esiste un apposito spazio che contiene tutti questi indirizzi.
- La ROM (Read Only Memory) è persistente, mantiene il suo contenuto quando si spegne il calcolatore
ma il suo contenuto è fisso e immutabile, è usata per memorizzare programmi di sistema.
- La Cache, memoria di appoggio del processore, è velocissima e di accesso estremamente rapido, ma di
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Informatica

1. Informatica

Per informatica intendiamo l’elaborazione dell’informazione , l’informazione

può viaggiare su un supporto e il supporto può contenere una o più info

dipende dal tipo di configurazione che viene fatta al supporto, di

conseguenza l’info e il supporto comportano due azioni ovvero codifica

( scrittura) e decodifica ( lettura), la codifica e decodifica comportano 3 aspetti

: 1 simboli accetati (alfabeto) 2 configuarazione di simboli ( vocabolario) 3

convezione di info associate alle configurazioni (semanitica). Per elaborare

un’informazione automatica serve un’unità di misura e claude shannon ha

definito l’unità di misura della quantità di informazione si chiama bit ovvero

sequenza di numeri binari, il valore massimo che può presentare è di 0-1.

Inoltre l’informazione ha una rappresentazione interna che riguarda l’agente

di calcolo e una interna che riguarda l’utente.

2. il calcolatore Studiare l’architettura di un sistema significa:

  • individuare ciascun componente del sistema
  • comprendere i principi generali di funzionamento di ciascun componente e come questi interagiscono La prima decomposizione di un calcolatore in macro-componenti è:
  • Hardware
  • Software (di base per la gestione del sistema, applicativo per l’uso del sistema) Architettura di Von Neumann (1946 circa) Architettura a “programma memorizzato”: Dati e istruzioni dei programmi sono informazione, quindi vanno codificati come bit e memorizzati nello stesso luogo, l’unità centrale di elaborazione (CPU) preleva dalla memoria dati o istruzioni in momenti e contesti diversi. La CPU, o processore, svolge le elaborazioni e il trasferimento di dati, cioè esegue i programmi, svolge anche le funzioni di controllo dell’esecuzione, ogni istruzione viene processata allo stesso modo secondo il ciclo-macchina: prelevamento → decodifica → esecuzione La Memoria centrale è composta da 3 componenti, RAM, ROM e Cache.
  • La RAM (Random Access Memory) perde il suo contenuto quando si spegne il calcolatore ed è usata per memorizzare dati e programmi, è organizzata in celle, unità minime indirizzabili, ognuna accessibile tramite un indirizzo, per ognuno dei quali si usa una configurazione di bit. Una cella ha un indirizzo e un contenuto, esiste un apposito spazio che contiene tutti questi indirizzi.
  • La ROM (Read Only Memory) è persistente, mantiene il suo contenuto quando si spegne il calcolatore ma il suo contenuto è fisso e immutabile, è usata per memorizzare programmi di sistema.
  • La Cache, memoria di appoggio del processore, è velocissima e di accesso estremamente rapido, ma di

dimensioni relativamente limitate.

3. le memorie di massa e periferiche le memorie possiamo dividerle in principali e secondarie; le memorie principali sono: la ram ( random access memory) La RAM è una memoria ad accesso casuale permette l’accesso diretto a qualunque indirizzo di memoria con lo stesso tempo di accesso, è dove vengono caricati i programmi ed i dati durante la loro esecuzione, è volatile quando spengo perdo tutto, se la quantità di ram non è sufficiente per i programmi in esecuzione viene utilizzata una parte dell’hard disk (swap) con calo di prestazioni. È organizzata in moduli, che presentano delle piedinature (pin) di attacco alla scheda madre, possono essere schede SIMM/DIMM (Single/Dual In-line Memory Module) a seconda che abbiano i contatti solo su una faccia della scheda e vadano usate in coppia (SIMM) o su entrambe le faccie e vengano usate singolarmente (DIMM). Usa lo standard DDR (double data rate) che permette di raddoppiare le prestazioni in velocità dei dati rispetto al precedente SDR (single data rate). La rom read only memory è una memoria non volatile, i dati si salvano tramite collegamenti elettronici fisici, la rom serve a dare le info di primo avvio, carica il sistema operativo ed esegue i programmi.esistono le eprom che sono memorie fleshche permetteno di cancellare e riscrivere. Cache sono memorie ad acceso rapide, nascno per compensare la strozzatura di comunicazione tra ram e processore,conerva i dati per un determinato periodo e se non utilizzati vengono cancellati secondo il principio di località spaziale ( accedere al luogo è conservare il dato) e temporale (previssione di utilizzare lo stesso dato in breve tempo). Le memorie secondarie o di massa sono Sequenziale :che prima di recuperare un dato devo accedere prima alle precedenti ( nastro magnetico) Diretto : recupero qualunque dato ( cd) Memmoria ssd ( saolid state drave) è una memoria flesh meno veloce della ram, ma più veloce di un hard disk. Penne usb memoria flesh permette di cancellare e riscrivere.

Dischi ottici:sono cd dvd che usano il raggio laser per impacchettare più bit.

Le Periferiche sono usate per far comunicare il calcolatore con l’esterno e in particolare con l’utente, non fanno parte della Macchina di Von Neumann, ma vi sono connesse attraverso le interfacce di Input/Output (I/O). Un particolare tipo di questa categoria è la memoria secondaria o di massa, che comprende dischi, nastri, CD, DVD, riesce a memorizzare grandi quantità di informazioni ma è molto lenta se paragonata ad esempio alla RAM, è anch’essa persistente, le informazioni non si perdono spegnendo la macchina. Il Bus di sistema collega le componenti interne del calcolatore , la CPU (master) seleziona la connessione da attivare e ordina il trasferimento dei dati. Distinguiamo funzionalmente 3 Bus:

  • bus dati (istruzioni e dati di programmi) - bus indirizzi (accesso alle celle di memoria) - bus controlli (trasmissione dei comandi) Le caratteristiche del collegamento a bus sono: - Semplicità di un’unica linea di connessione - Estendibilità, aggiungere nuovi dispositivi è semplice – Standardizzazione delle regole per la comunicazione da parte di dispositivi diversi - Lentezza dovuta all’utilizzo in mutua esclusione del bus - Limitata capacità al crescere del numero di dispositivi collegati - Sovraccarico del processore perché funge da master sul controllo del bus.

File system recupero info Interprete di comandi: esegue i comandi Programmi di utiltà : forniscono servizi a l’utente ed altri programmi Interfaccia utente: possono essere testuae, grafiche,touch Protezione e sicurezza: username e password.

7. linguaggi e traduttori Distinguiamo i traduttori in: Il compilatore trasforma il programma sorgente in codice oggetto, vi sono 4 fasi di lavoro:

  • analisi delle stringhe di testo (token)
  • analisi della correttezza sintattica delle frasi
  • analisi della correttezza semantica o coerenza rispetto alle altre frasi
  • generazione del codice binario Interprete: traduce le singole istruzioni una alla volta e genera il codice macchina e utilizza le run- time ( librerie) Linguaggio programmazione Linguaggio macchina (1 generazione) usato in formato binario ed è difficile da modificare Linguaggio assemblativo ( 2 generazione) traduce ogni istruzione dell’utente in linguaggio macchina Linguaggio di alto livello ( 3 generazione) è quello vicino all’utente permette di portare i programmi da una macchina a l’altra. 8. tcp/ ip / dns La rete di calcolatori più famosa è internet che permette di connettersi a livello globale Abbiamo tcp / ip che sono una coppia di protocolli che fanno collegare fra loro reti differenti. Tcp gestisce la comunicazione tra emittente e destinatario. Ip gestisce l’indirizzamento dei calcolatori sulla rete e permette di identificare il computer da cui parte l’informazione. Isp è organizzatore / fornitore che fornisce agli utenti i servizi internet , si classifica in tier 1 sono scambi di intergonnesione tier 2 sono provider tier 3 provider di piccole dimensioni poiché l’indirizzo ip è un indirizzo non facile da ricordare , usiamo DNS domain nome system , ed è composto da indirizzi facili da ricordare come ( www), è un’applicazione che lavora a livello applicativo le reti possono essere collegate in due modi tecnologie di interconnessione ( reti domestiche) tecnologie di collegamento ( collegamento telefonico) poiché l’indirizzo ip è un indirizzo non facile da ricordare , usiamo DNS domain nome system , ed è composto da indirizzi facili da ricordare come ( www), è un’applicazione che lavora a livello applicativo. I calcolatori in modalità peer-to-peer sono contemporaneamente clienti e server. 9. Reti LAN, cosa sono e tipologie, protocollo Ethernet Le reti LAN sono un insieme di risorse connesse in un’area fisicamente limitata, possono essere principalmente:
  • A stella macchina connessa punto a punto con una serie di terminali privi di capacità elaborative locali, in genere tramite canali seriali
  • Ad anello, consentono la circolazione dei messaggi su un anello chiuso mediante un meccanismo di passaggio del testimone, può comunicare solo chi l’ha, può essere doppio per sopperire ai guasti su una tratta
  • A Bus, ogni calcolatore condivide una stessa linea di comunicazione e sta in ascolto dei messaggi: solo il destinatario lo raccoglie, possono verificarsi collisioni tra messaggi, questo problema viene regolamentato attravero il protocollo ethernet Il protocollo Ethernet prevede che i messaggi siano inviati in broadcast, ovvero a tutti i nodi della rete che leggono l’indirizzo, ma solo il destinatario legge il messaggio; è basato sul concetto di contesa che prevede che se tra due messaggi c’è una collisione i nodi trasmittenti si fermano per un tempo casuale inizia un conteggio e il primo che finisce ricomincia. 10. digitalizzazione suono, immagini , jpeg, mp I dati multimediali vengono acquisiti (digitalizzati) mediante i due processi di campionamento e quantizzazione. Nel campionamento vengono prelevati dei campioni rappresentativi del dato multimediale ad intervalli regolari di tempo o spazio. Nella quantizzazione si rappresenta ogni campione con un valore digitale. I parametri audio sono frequenza campionamento, quantizzazione, numero di canali. Il formato più comune per digitalizzare i file audio è quello mp3. L’immagine va distinta in immagini raster in cui ogni pixel ha un colore associato Immagini vettoriali: in cui ogni forma geometrica ha un colore associato L’immagine deve essere tradotta in un insieme di numeri ed è possibile farlo attraverso il campionamento spaziale che consiste nel dividere l’immagine in un reticolo e ogni elemento è un campione che viene codificato. E attraverso il campionamento quontizzazione: che a ogni pixel associano valori di colore intensità e luminosità. Inoltre possiamo parlare della compressione che è una tecnica usata sia per l’audio e le immagini e serve per ridurrele dimensioni del file, abbiamo due tipi di compressione una lossy dove abbiamo un risparmio di risorse e una perdita di info compressione lossless compressione file senza perdita di info. Ovviamente la compressione comporta vantaggi risparmio tempo e spazio e svantaggi il file compromesso è fragile. JPEG
  1. È un formato aperto e gratuito
  2. Attualmente il più utilizzato per le immagini fotografiche
  3. L’estensione più comune è .jpg, ma esistono anche .jpeg, .jfif, .JPG, .JPE.
  4. È di tipo lossy il JPG è un sistema di compressione con perdita dati (lossy), la perdita consiste di dati che formavano l’immagine, persi durante il processo di compressione, dunque una perdita di qualità, direttamente proporzionale al livello di compressione scelto. Il JPG si usa per immagini fotografiche a tinte non piatte, cioè con sfumature leggere e continue, non supporta le trasparenze e non è adatto per immagini vettoriali o contenenti testo (per le quali è consigliabile png o gif. Parametri per digitalizzare un audio: frequenza di campionamento, quantizzazione, numero di canali. Anche i testi vengono codificati abbiamo due livelli: basso livello o alto livello i caratteri vengono rappresentati:
  • marcatura strutturata che permette di raggruppare porzioni di testo
  • marcatura gerarchica che fa sì che le strutture identificate nel testo possano combinarsi in maniera gerarchica Ogni documento XML ben formato deve contenere un elemento che contiene tutti gli altri, detto radice, ce ne deve essere uno e uno solo in ogni documento XML, creando una struttura ad albero.
    1. Document Object Model Descrive un insieme standard di oggetti per i documenti HTML e XML e un’interfaccia standard per accesso e manipolazione di questi documenti, è diviso in 3 parti:
  • Core DOM definisce un insieme standard di oggetti per qualunque documento strutturato
  • XML DOM definisce un insieme standard di oggetti per i documenti XML
  • HTML DOM definisce un insieme standard di oggetti per i documenti HTML. Secondo il DOM, ogni cosa è un nodo:
  • l’intero documento è un nodo documento
  • ogni tag XML è un nodo elemento
  • i testi contenuti negli elementi XML sono nodi testo
  • ogni attributo XML è un nodo attributo
  • i commenti sono nodi commento. I nodi sono in relazione gerarchica, tutti i nodi di un documento XML formano un albero, ciascun elemento rappresenta un nodo dell’albero, alcuni nodi possono avere nodi figli, quelli che non ne hanno sono detti nodi foglia. 15. linguaggio css o fogli a cascata i fogli a cascata sono un insieme di regole che indica il tipo di formattazione da applicare i suoi vantaggi sono -controllo –manutenzione grafica – dimensione del file ridotto – semplice da capire I livelli inferiori prendono il sopravvent. esempio word dove scegliamo le caratteristiche che poi verranno applicate a tutti i fogli 16. usabilità È la disciplina che studia i meccanismi per valutare e migliorare gli strumenti che interagiscono con l’utente, nel web riguarda la facilità dell’interazione tra utente e sito e la corrispondenza tra design model e user model, possiamo vedere il sito web come un ambiente in cui l’utente deve muoversi per perseguire i propri scopi Parametri dell’usabilità secondo il Sun Usabilità Lab: Utilità – un sito è usaile se l’utente riesce a comprenderne gli scopi e l’utilità che il sito ha per lui. Facilità di apprendimento – un sito è usabile se le funzionalità che propone sono fruibili con un tempo di apprendimento ragionevole Efficienza – un sito è usabile se i suoi contenuti sono consultabili in maniera veloce e proficua Facilità di ricordo – il funzionamento di un sito deve poter essere ricordato facilmente Prevenzione degli errori – se gli utenti continuano a commettere errori cercando di compiere delle

azioni il sito non è usabile Soddisfazione – un sito deve poter essere usato senza frustrazione.

17. Architettura dell’informazione AI L’Architettura dell’informazione (AI) è la progettazione di spazi informativi condivisi, uno di questi per antonomasia è il web, è il modo con cui i contenuti dello spazio condiviso vengono presentati ed usati dall’utente che fruisce di tali contenuti. Definizioni formali 1. Design strutturale di uno spazio informativo atto a facilitare l’esecuzione dei compiti e l’accesso intuitivo ai contenuti 2. Combinazione di organizzazione, categorizzazione e schemi di navigazione all’interno di un sistema di informazioni 3. La progettazione dell’organizzazione dei contenuti, dei sistemi di labeling, navigazione e ricerca per aiutare le persone a trovare e gestire le informazioni con successo. L’interfaccia è ciò che consente di interagire con i dispositivi elettronici come il computer e il mezzo tramite cui inseriamo dati e leggiamo risultati, altri esempi di interfaccia sono l’interruttore della luce, il volante dell’automobile, le interfacce definiscono delle modalità di interazione. I componenti base dell’AI sono: contesto – di cosa stiamo parlando? Che termini potremmo usare? contenuto – quali dati ho a disposizione per fornire informazioni sul contesto? utente – a chi rivolgo le informazioni? Quali tipologie di utenti? Le organizzazioni tipiche di AI definiscono schemi di classificazione delle pagine di un sito. Lineare: un livello, poca profondità, contenuti quasi senza struttura Albero: per ogni contenuto viene scelto un ramo o macrocategoria, al cui interno abbiamo una o più sottocategorie. Faccette: per ogni oggetto preso in considerazione si definiscono proprietà precise, molto usata nell’e- commerce, permette agli utenti di cercare il prodotto in base alle diverse esigenze. Grafo: i contenuti sono connessi fra loro senza gerarchia e senza un particolare criterio a “faccette” Etichettata: si tratta del tagging, questi servizi permettono di raccogliere link a risorse internet di cui si desidera tenere traccia, come fossero segnalibri, a ciascuno di questi vengono assegnate una o più parole chiave Ibrida: insieme delle precedenti, spesso non immediatamente intuitive Come definire l’architettura più opportuna? Top-down: dagli obiettivi del sito agli obiettivi dell’utente Bottom-up: dagli obiettivi dell’utente agli obiettivi di business 18. cloud computing Il cloud computing è il paradigma su cui si basano tutti i servizi digitali. Il claud computing (nuvola informatica) indica un paradigma di erogazione di risorse informatiche come elaborazione o trasmissione dati caratterizzato dalla disponibilità on demand attraverso internet a partire da un insieme di risorse persistenti e configurabili. io accedo alla nuvola per fare cose diverse posso fermarmi a livello più basico (infrastruttura) , piattaforma dove si gestiscono gli accessi, mi serve un servizio di comunicazione esplicito. Un’infrastruttura cloud offre come servizi softwar saas, piattaforme paas. Abbiamo 3 principali modelli di cloud, ossia di deployment delle architetture software cloud: Cloud privato L’infrastruttura è di proprietà di una sola organizzazione, i proprietari richiedono prezzi elevati per modernizzare l’infrastruttura Cloud pubblico I servizi sono su rete pubblica e possono essere gratuiti