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Il modello Von Neumann
Un sistema è un insieme di componenti connessi tra loro. Con il software di sistema il computer è una macchina virtuale che sembra operare in modo più vicino all’uomo. Lo schema architetturale di un sistema di elaborazione classico è definito Von Neumann. Tutte le diverse tipologie di calcolatori sono accomunati dalla medesima architettura logica, schematizzata dal modello di Von Neumann del calcolatore. L' architettura di von Neumann è una tipologia di architettura hardware per computer digitali programmabili a programma memorizzato la quale condivide i dati del programma e le istruzioni del programma nello stesso spazio di memoria. Funzionamento della macchina di Von Neumann:
- Il processore estrae le istruzioni dalla memoria e le esegue, le istruzioni posso comportare: operazioni di manipolazione dei dati e operazioni di trasferimento dei dati.
- I trasferimenti dei dati attraverso elementi funzionali diversi avvengono attraverso il BUS di sistema,
- Le fasi di elaborazione si susseguono in modo sincron0 rispetto ad un orologio di sistema.
- Durante ogni intervallo di tempo l’unità di controllo (parte del processore) stabilisce la funzione da svolgere.
- L’intera macchina opera in maniera sequenziale. Si contrappone all'architettura Harvard nella quale invece i dati del programma e le istruzioni del programma sono memorizzati in spazi di memoria distinti. Lo schema si basa su cinque componenti fondamentali: CPU (o unità di lavoro) che si divide in: unità operativa (uno dei sottosistemi è l’unità aritmetica e logica ALU) UNITA’ DI MEMORIA intesa come memoria di lavoro (RAM) UNITA’ DI INPUT tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati UNITA’ OUTPUT necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore BUS canale che collega tutti i componenti fra loro
PROCESSORE CENTRALE
Il cuore pulsante di questa architettura è la CPU o processore , cui spetta il compito di effettuare le operazioni logiche e matematiche che trasformano i dati in arrivo dalle periferiche di input e li restituisce, modificati, attraverso le periferiche di output. Il compito primario di una CPU è di eseguire una serie di istruzioni chiamate solitamente programma. Per riuscire a fare ciò, ogni processore fa ricorso a due delle sue componenti fondamentali: la ALU e la CU. La prima è incaricata di svolgere le operazioni logico- matematiche che permettono di trasformare i dati in arrivo dalle periferiche di input, mentre la seconda ha il compito di controllare e coordinare le azioni necessarie per l'esecuzione delle operazioni. Il ciclo di lavoro di un processore è solitamente suddiviso
in quattro fasi: acquisizione dell'informazione ( fetch ), decodifica ( decode ), esecuzione ( execute ) e riscrittura ( writeback ). Ogni dato e istruzioni sono codificate in informazioni binarie. Queste informazioni sono costituite da un numero finito di cifre binarie, quindi anche l’insieme di istruzioni codificabili sarà limitato. Se abbiamo a disposizione 2 bit per codificare delle istruzioni, possiamo pensare che ad ogni possibile combinazione di 2 sia associata una determinata operazione. Il linguaggio macchina o codice macchina è il linguaggio in cui sono scritti i programmi eseguibili per computer. E’ un linguaggio incomprensibili all’uomo, in quanto è totalmente orientato alla macchina; inoltre all’interno sono scritte le istruzioni che controllano il funzionamento del processore. Lo svantaggio è la sua specificità per ogni macchina. Oltre al processore, può essere presente un coprocessore matematico, che è un processore ausiliario, dedicato allo svolgimento delle operazioni di tipo matematico. double word pari a 2 word (DWORD o LONGWORD) quad word pari a 4 word (QWORD) kibibyte 1024 byte, indicato con KiB mebibyte 1024 kibibyte, indicato con MiB gibibyte 1024 mebibyte, indicato con GiB tebibyte 1024 gibibyte, indicato con TiB pebibyte 1024 tebibyte, indicato con PiB exbibyte 1024 pebibyte, indicato con EiB zebibyte 1024 exbibyte, indicato con ZiB yobibyte 1024 zebibyte, indicato con YiB
LA MEMORIA
La memoria del computer è un dispositivo per registrare dati e informazioni all’interno del computer. Memoria centrale -> è la memoria principale dell’elaboratore; è composta da una memoria integrata sulla scheda madre e interfacciata direttamente con il processo per consentire la memorizzazione e lo scambio dei dati sotto forma di flusso continuo. E’ caratterizzata da una elevata velocità di accesso e di registrazione delle informazioni. Può essere permanente e di sola lettura (ROM), riprogrammabile (EPROM) oppure volatile (RAM) Memoria di massa (o secondaria) -> è una memoria esterna; sono collegate alla scheda madre del computer tramite cavi di collegamento interni ad alta velocità (bus), se collocate all’interno del case del computer, oppure tramite cavi di collegamento e interfacce esterne. Sono utilizzate per archiviare grandi masse di dati in modo permanente. Possono essere realizzate con tecnologia magnetica, ottica e anche con
col computer o con lo stesso sistema. Ambito periferiche INPUT: Tastiera, periferica input per antonomasia, presente già nei primissimi computer; Mouse, dispositivo di puntamento introdotto con le interfacce grafiche. Ambito periferiche OUTPUT: Monitor, mostra dati immessi ed elaborati; Stampanti, producono su carta i risultati dell’elaborazione.
LE ARCHITETTURE PARALLELE
Con il termine multiprocessore si intende un sistema di elaborazione (computer, workstation, server) equipaggiato con 2 o più processori operanti in parallelo in cui le elaborazioni di un processore vengono replicate e controllate da un processore gemello, per garantire l'integrità e l'esattezza dei dati. Nei sistemi a più processori e una sola memoria abbiamo un bus unico al quale accedono una sola memoria e più CPU. Questo tipo di architettura parallela vede nel bus il proprio collo di bottiglia, infatti ogni operazione di accesso alla memoria deve avvenire quando il bus è lasciato dalle altre CPU. Una rete neurale artificiale è un modello matematico composto di "neuroni" artificiali, ispirato vagamente dalla semplificazione di una rete neurale biologica. Questi modelli matematici sono utilizzati per tentare di risolvere problemi ingegneristici di intelligenza artificiale come quelli che si pongono in diversi ambiti tecnologici. Una rete neurale artificiale può essere realizzata sia da programmi software che da hardware dedicato. HARDWARE-> è la parte fisica di un computer, ovvero tutte quelle parti elettroniche, elettriche, meccaniche, magnetiche, ottiche che ne consentono il funzionamento. Più in generale il termine si riferisce a qualsiasi componente fisica di una periferica o di una apparecchiatura elettronica FIRMWARE -> è un programma, ovvero una sequenza di istruzioni, integrato direttamente in un componente elettronico nel senso più vasto del termine
IL MODELLO ISO/OSI
Il modello ISO/OSI è lo standard per la stratificazione protocollare delle reti di calcolatori. E’ costituito da 7 strati: applicazione presentazione sessione trasporto rete collegamento fisico
Ogni strato tratta unità informative dette PDU (Protocol Data Unit) composte dall’informazione utile da trasferire. Una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori autonomi collegati tramite una rete di comunicazione. I calcolatori connessi alla rete hanno un certo grado di indipendenza, gli utenti possono interagire con la rete. Le tipologie di reti di calcolatori si dividono in: -rete locale (LAN)-> rete di limitata estensione; i dispositivi si trovano nello stesso edificio o in quelli vicini; la sua struttura può essere di 3 tipi: a stella -> le cui caratteristiche sono: nodo centrale, connessioni individuali, alte prestazioni, possibilità di sovraccarico e blocco del server. ad anello -> le cui caratteristiche sono: connessione individuale a struttura circolare; l’informazione è ricevuta a turno e ritrasmessa da ogni stazione; alte prestazioni; bus condiviso -> le cui caratteristiche sono: trasmissione bidirezionale multipunto; semplice, flessibile, affidabile, a basso costo. -rete metropolitana (MAN) -> include un’area geografica più ampia, tipicamente una o poche città; si divide in: rete geografica (WAN)-> rete di dimensioni superiori alla MAN, può essere estesa a una o più nazioni rete di reti-> è il collegamento di reti differenti; i collegamenti sono effettuati da Router. La LAN sono reti di computer che interconnettono apparecchiature di calcolo in area geografica limitata. Sono in continua espansione per alcuni fattori: -diminuzione costo risorse hardware; -distribuzione risorse di calcolo; -necessità crescenti di interconnessione; -flessibilità nella gestione; -facile espandibilità. L’Ethernet è un insieme di protocolli e strumenti di rete che permettono la creazione di reti locali diversamente estese, raggiungendo la lunghezza massima di 100 metri; inoltre è una delle reti più diffuse a livello mondiale. I messaggi trasmessi sono sequenze di bit e vengono chiamati trame pacchetti; ogni trama reca al proprio interno l’indirizzo di origine e quello di destinazione. Ogni scheda di rete disponibile in commercio è caratterizzata da un indirizzo permanente unico al mondo di 6 byte, il cosiddetto indirizzo MAC. Si definisce dominio di collisione l’area di rete in cui tutte le macchine condividono lo stesso traffico. Il dispositivo SWITCH permette di collegare tra loro più domini di collisione creando una rete di vasta dimensione. Lo switch ha il compito di “filtrare” le trame evitando di spedire pacchetti incondizionatamente a tutti i domini connessi ma veicolandoli solo sul dominio cui il destinatario del pacchetto appartiene. Le nuove schede Ethernet utilizzano generalmente il bus PCI, e sono solitamente Plug ‘n’ Play, cioè si configurano da sole in maniera automatica. Una semplice rete di pochi computer è rappresentabile come un bus condiviso da alcuni computer che possono scambiarsi dati; questo tipo di struttura ha pero diverse
Una rete senza fili o wireless lan (Wlan) è un approccio complementare a quello tradizionale per la realizzazione della interconnessione di più computer tra loro. Le reti cablate e Wlan non sono in concorrenza ma complementari tra loro; il vantaggio della Wlan è la velocità di installazione. Possiamo distinguere 3 tipologie: -Bluetooth -WiFi -Cellulare Il Bluetooth è uno standard di comunicazione RADIO a corto raggio; le sue periferiche connesse al PC costituiscono una Personal Area Network o PAN; Nelle reti WiFi la comunicazione tra le diverse macchine avviene basandosi su onde radio alla frequenza di 2,4 GHz e 5 GHz utilizzando alcuni protocolli dedicati, tra cui protocollo WEP, ormai abbandonato.
INTERNET
Internet è una rete computazionale di pacchetto formata dall’interconnessione di reti eterogenee ed indipendenti, ognuna delle quali gestita e amministrata autonomamente. Ogni rete si connette ad Internet attraverso apparati detti Router; questa connessione è dinamica nel tempo, cioè in continua evoluzione; offre un servizio di trasferimento gratuito e non affidabile in termini di trasparenza temporale ed integrità informativa. Nata per piccole reti di dati, è attualmente in forte crescita per estensione geografica, social e capacità. Le reti che formano Internet si differenziano tra loro per fisico, trasporto e rete. Il suo scopo è quello di consentire ad host appartenenti a reti disomogenee di comunicare tra loro. Protocolli di Internet: -protocolli applicativi, definiscono modalità e formati per lo scambio di messaggi di ogni dimensione e scopo; -TCP, manipola flussi dati in modo orientato alla connessione, recupera i datagrammi persi, li risequenzia controllando che siano arrivati tutti; -UDP, indirizza solo i singoli processi; più semplice del TCP. L’insieme dei protocolli TCP/IP realizza tutte le funzioni tipiche del trasporto e se alcune di queste funzioni non erano svolte dalla particolare rete, TCP/IP le realizza. Il TCP è un protocollo con connessione, svolge: -controllo e recupero errore; -controllo di flusso; -controllo di congestione;
-riordinamento delle UI; -indirizzamento di un utente all’interno di un Host. L’Host mittente e l’Host destinazione stabiliscono una connessione prima di inviarsi segmenti. Le applicazioni stabiliscono una porta, che è un numero intero assegnata dal sistema operativo per inviarsi segmenti. Esso interpreta lo streaming di dati come sequenza di byte; è un protocollo orientato alla connessione. Un indirizzo IP identifica un Host, non un utente; l’identificazione di un utente all’interno di un host è affidata a protocolli di livello superiore. Lo schema di indirizzamento è chiamato Classfull, prevedeva un indirizzamento gerarchico a due livelli. All’indirizzo IP può essere associato un nome logico costituito da stringhe di caratteri separate da punti. I messaggi di posta elettronica vengono trasformati in pagine HTML e fornite all’utente attraverso il suo browser; L’HTTP è un protocollo per lo scambio di ipertesti. Un ipertesto è un testo con collegamento ad altri testi. In ogni testo possono essere contenute informazioni di tipo testuale e/o informazioni multimediali o link ad essi. Un ipertesto è scritto usando un linguaggio chiamato HTML; si parla di pagine web invece che di ipertesti. Le pagine web sono gestite da Server Web. L’http è il protocollo per lo scambio di pagine web. Un browser è un Client web che conosce l’http per lo scambio di dette pagine, e fa molte altre cose.
