Informatica panoramica generale | Sintesi del corso di Elementi di Informatica

INTRODUZIONE ALL’INFORMATICA E ALLE RETI

CAPITOLO 1: MEMORIZZAZIONE DEI DATI

BIT: definizione

OPERAZIONI BOOLEANE:

AND: vera se ambedue le componenti sono vere

OR: vera se almeno una delle loro componenti è vera

XOR: vera se i due input sono opposti

NOT: output opposto all’input

PORTA LOGICA: dispositivo che produce l’output di un’operazione booleana; elementi base di

un computer

FLIP-FLOP: circuiti che forniscono un output costante finché un impulso in input non lo

trasforma nell’altro valore.

 RAM E CARATTERISTICHE

MEMORIA DI MASSA: sistemi magnetici

HDD disco magnetico: testine che percorrono la traccia durante la rotazione del disco; insieme

di dischi  cilindro. La Traccia è divisa in settori, ogni traccia ha lo stesso numero di settori. Le

prestazioni vanno calcolate su: tempo di posizionamento, ritardo di rotazione, tempo di latenza,

tempo di accesso e velocità di trasferimento. Le testine fluttuano senza toccare il disco, se entra

polvere vanno in crash

NASTRO MAGNETICO: nastro avvolto su una bobina

FLOPPY DISK: piatto con copertura magnetica, portatile

MEMORIA DI MASSA: sistemi ottici

CD: vengono creati dei fori sulla superfice riflettente, il raggio laser “legge” le irregolarità

mentre esso ruota. CD-DA traccia che parte dall’interno, divisa in settori.

DVD: più capienti (>700MB); Blu-ray

MEMORIA DI MASSA: unità flash

MEMORIA FLASH: i bit vengono memorizzati inviando segnali elettrici al dispositivo di

memorizzazione, gli elettroni vengono intrappolati in piccole celle di biossido di silicio

alterando le condizioni dei circuiti elettrici. Le SSD sono progettate per sostituire i dischi

magnetici, anche se presentano un tempo di vita più limitato.

Le schede di memoria flash (SD) contengono fino a 2GB di spazio, ma arrivano fino a 32.

CODIFICA CARATTERI:

oAd ogni simbolo è associato un pattern di bit. ASCII usa sette bit per rappresentare un

simbolo, oggi viene usato il formato esteso a 8 bit aggiungendo uno 0 all’estremità più

significativa del pattern di bit. (8 bit=256 caratteri diversi)

oUNICODE: usa 16 bit (65536 caratteri), le prime sono uguali alla codifica ASCII estesa

ma con 8 zeri davanti (conversione a 16 bit)

oUTF-8: usata in HTML5 e nel web. Usa solo 16 bit per i caratteri unicode e via via ne

vengono aggiunti per estendere i possibili simboli.

CODIFICA NUMERI:

oNotazione binaria: utilizza sequenze di 0 e 1 per rappresentare un numero; è basata sulle

potenze di due.

IMMAGINI:

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CAPITOLO 1: MEMORIZZAZIONE DEI DATI

 BIT: definizione  OPERAZIONI BOOLEANE: AND: vera se ambedue le componenti sono vere OR: vera se almeno una delle loro componenti è vera XOR: vera se i due input sono opposti NOT: output opposto all’input  PORTA LOGICA: dispositivo che produce l’output di un’operazione booleana; elementi base di un computer  FLIP-FLOP: circuiti che forniscono un output costante finché un impulso in input non lo trasforma nell’altro valore.  RAM E CARATTERISTICHE  MEMORIA DI MASSA: sistemi magnetici  HDD disco magnetico: testine che percorrono la traccia durante la rotazione del disco; insieme di dischi  cilindro. La Traccia è divisa in settori, ogni traccia ha lo stesso numero di settori. Le prestazioni vanno calcolate su: tempo di posizionamento, ritardo di rotazione, tempo di latenza, tempo di accesso e velocità di trasferimento. Le testine fluttuano senza toccare il disco, se entra polvere vanno in crash  NASTRO MAGNETICO: nastro avvolto su una bobina  FLOPPY DISK: piatto con copertura magnetica, portatile  MEMORIA DI MASSA: sistemi ottici  CD: vengono creati dei fori sulla superfice riflettente, il raggio laser “legge” le irregolarità mentre esso ruota. CD-DA traccia che parte dall’interno, divisa in settori.  DVD: più capienti (>700MB); Blu-ray  MEMORIA DI MASSA: unità flash  MEMORIA FLASH: i bit vengono memorizzati inviando segnali elettrici al dispositivo di memorizzazione, gli elettroni vengono intrappolati in piccole celle di biossido di silicio alterando le condizioni dei circuiti elettrici. Le SSD sono progettate per sostituire i dischi magnetici, anche se presentano un tempo di vita più limitato. Le schede di memoria flash (SD) contengono fino a 2GB di spazio, ma arrivano fino a 32.  CODIFICA CARATTERI: o Ad ogni simbolo è associato un pattern di bit. ASCII usa sette bit per rappresentare un simbolo, oggi viene usato il formato esteso a 8 bit aggiungendo uno 0 all’estremità più significativa del pattern di bit. (8 bit=256 caratteri diversi) o UNICODE : usa 16 bit (65536 caratteri), le prime sono uguali alla codifica ASCII estesa ma con 8 zeri davanti (conversione a 16 bit) o UTF-8 : usata in HTML5 e nel web. Usa solo 16 bit per i caratteri unicode e via via ne vengono aggiunti per estendere i possibili simboli.  CODIFICA NUMERI: o Notazione binaria: utilizza sequenze di 0 e 1 per rappresentare un numero; è basata sulle potenze di due.  IMMAGINI:

o In bianco e nero: più pixel ha, migliore è. 0 bianco, 1 nero. o Risoluzione: es. 7x4 (Lxh)pixel = 28 quadratini, partendo dal basso a sinistra. o DIMENSIONI IMMAGINE:  moltiplicare la risoluzione orizzontale per la risoluzione verticale ottenendo così il numero totale di pixel dell’immagine (es. 726X356);  moltiplicare il numero di bit necessari per rappresentare ciascun pixel (in base ai colori) per il numero di pixel ottenuto al passo 1.  trasformare il totale ottenuto al punto 2 in byte (dividere il risultato per 8);  SUONI: o Codifica della voce mediante valori numerici.  BINARY SYSTEM: o Notazione e conversione decimale/binario e viceversa o Somma binaria :  DATI E PROGRAMAZIONE: o Python : linguaggio di programmazione in uso da molte organizzazioni (Google to NASA)  COMPRESSIONE DEI DATI: o Con o senza perdita ( lossy/lossless ) o Codifica run-length: sostituire le sequenze con un codice che indica il valore ripetuto e il numero di volte che esso si ripete. o Codifica dipendente dalla frequenza: la lunghezza del pattern per ciascun elemento è inversamente proporzionale alla sua frequenza di utilizzo o Codice di Huffman : sviluppato per usare pattern più brevi per i caratteri più usati o Codifica relativa/differenziale : (immagini) registrare le differenza tra blocchi di dati; ogni blocco è registrato in base al suo precedente. o Codifica basata sul dizionario : il messaggio è codificato nel dizionario e consiste in una serie di rimandi al dizionario o Codifica adattiva/dinamica : si parte da un dizionario che contiene gli elementi base del messaggio al quale vengono aggiunti eventuali blocchi più grandi  COMPRESSIONE DELLE IMMAGINI: o Bitmap: descrizione pixel per pixel con compressione per elevate dimensioni o GIF: codifica basata su dizionario, da 2 a 256 colori (8bit); senza perdita e con sfondo trasparente. o JPEG: usata per immagini fotografiche, più livelli di compressione, appiattimento delle sfumature o PNG: 8, 24, 32 bit, lossless  COMPRESSIONE AUDIO E VIDEO o MPEG: standard che differisce tra le varie applicazioni o Mp3: (livello 3 MPEG) sfrutta le caratteristiche dell’orecchio umano (mascheramento temporale e mascheramento di frequenza) grande compressione e elevata qualità. Oltre che alla qualità della riproduzione è importante anche la velocità di trasmissione (bit per secondo)

o In genere ciascun controller comunica con la CPU mediante lo stesso bus che collega CPU e memoria principale ( memory-mapped I/O ) è come se i dispositivi di input e output si trovassero in specifiche posizioni della memoria principale.  DIRECT MEMORY ACCESS: o Capacità dei controller di comunicare direttamente con la memoria centrale. o Mentre il controller legge e deposita i dati nella memoria principale, la CPU può fare altri compiti o MA CPU e controller possono entrare in competizione per l’accesso alla memoria principale  HANDSHAKING: o dialogo bidirezionale tra computer e periferiche, per aggiornarsi continuamente sul proprio stato. o Status world: pattern di bit generato dalla periferica che va al controller  COMUNICAZIONE PARALLELA: o Più segnali contemporanei su più linee. Rapido ma complesso  COMUNICAZIONE SERIALE: o un solo segnale alla volta. Lenta ma semplice o es. USB e FireWire o DSL: linea di abbonamento digitale  VELOCITÀ DI TRASFERIMENTO: bps o Kbps (1000bps), Mbps (1milione di bps), Gbps (1miliardo di bps)  PIPELING: o sovrapposizione delle fasi del ciclo macchina (prelevare un’istruzione mentre la precedente viene eseguita. o Aumento del throughput, ovvero il tasso di lavoro che il computer può eseguire un una minima unità di tempo stabilita  MACCHINE MULTIPROCESSORE: verso l’elaborazione parallela o Collegare alla stessa memoria principale più unità di elaborazione →MIMD o Contrapposta alla SISD o Costruzione di computer come agglomerati di computer più piccoli, per scomporre i compiti in sotto-compiti eseguibili contemporaneamente. o CPU multi-core: due o più CPU su un unico chip con la cache condivisa. CAPITOLO 3: SISTEMI OPERATIVI  Evoluzione: o Più utenti dovevano condividere lo stesso computer, prenotandolo con dei moduli per riservare la macchina. I S.O. servivano a semplificare il caricamento dei programmi e a sveltire il passaggio da un job a un altro o Separazione utente e macchina, gestita da un operatore che caricava le informazioni nella memoria di massa del computer dove il S.O. poteva reperirle. Batch: caricamento di più lavori che verranno eseguiti nell’ordine o FIFO: first-in, first-out, anche se oggi i SO tengono in considerazione anche le priorità

o Ogni job conteneva delle istruzioni in JCL (job control language) e venivano riprodotte su una stampante per essere verificate dall’operatore. o Elaborazione interattiva: esecuzione di programmi che prevedono un dialogo con l’utente. o Elaborazione in tempo reale: un computer esegue l’operazione in accordo con le scadenze dell’ambiente reale. o Timesharing: suddivisione del tempo in intervalli, uno per job. Illusione dell’esecuzione di più programmi simultaneamente. (più utenti per un computer) o Multitasking: un utente che esegue più compiti. o Bilanciamento del carico: problema odierno della suddivisione del lavoro tra i processori; scalabilità: divisione del task in sotto-task compatibili con il numero di processori. o Elettrodomestici, apparecchiature mediche: sistemi embeded  SOFTWARE o Applicativo: programmi per l’esecuzione di compiti particolari o Di sistema: compiti comuni ai sistemi di elaborazione in generale. Può essere diviso in SO e software di utilità, che comprende tutti quei programmi che non sono di sistema ma personalizzano l’installazione  SISTEMA OPERATIVO o Interfaccia utente (grafica) struttura che funge da intermediaria tra l’utente e il cuore del SO o Window manager (gestore delle finestre) calcola la posizione del puntatore, comunica il clic e le finestre visualizzate dipendono da lui. o Kernel : parte più interna del SO, contiene gli elementi delle funzioni base del computer. Contiene File manager, driver di periferica, memory manager o File manager (fa parte del kernel) che gestisce l’archivio e il reperimento dei file nella memoria di massa. È raggruppato in directory o cartelle, che formano un percorso, path. o Driver di periferica : software che comunicano con i controller delle periferiche o Memory manager : coordina l’impiego della memoria del computer. Se lo spazio richiesto supera quello disponibile crea l’illusione di più spazio spostando i programmi avanti e indietro dalla memoria di massa a quella principale.  AVVIO DEL SO o Bootstrap: trasferimento del SO dalla memoria di massa alla principale o ROM: memoria che contiene la prima istruzione con la posizione del SO da caricare (boot loader). Modificabile solo tramite aggiornamento firmware (né mutabile né immutabile) o

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