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Lezione 1
21/09/2022: Codice Binario e BITS
Che cos’è l’informazione? è qualsiasi cosa che può essere immagazzinata o recuperata tramite un dispositivo e deve essere rappresentata tramite un linguaggio che è il codice binario, cioè un sistema di codifica che ha come cifre a disposizione 0 ed 1. Cos’è il binary digit? l’unità di informazione tramite la quale un dispositivo gestisce tutti i tipi di informazione al suo interno che può avere caratteri 0 o 1. Qualsaisi cosa può essere approssimata e rappresentata da un sistema binario Perchè si usa il codice binario? Tramite il sistema binario posso basarmi sulla presenza o assenza di corrente elettrica dove sotto il valore soglia (0) è spento e sopra (1) è acceso. Perchè assegniamo solo due valori? Perchè è più robusta ed efficente Cos’è il Byte? è l’elemento più piccolo, costituito da un gruppo di 8 bits. Di solito, sono multipli di bit (se 8, 16)
Lezione 2
Architettura elaboratore, sistema operativo, Modello di Von Neumann.
→ Il codice ASCII è il codice utilizzato per codificare tutti i caratteri alfanumerici.
→All’interno di ogni dispositivo l’informazione è veicolata per mezzo di numero di bytes.
16 bits (2 bytes) 32 bits (4 bytes). 64 bits (8 bytes.)
→Maggiore è il numero di bytes, maggiore è la capacità di un dispositivo di calcolare operazioni complesse, gestire quantità di informazioni o comprendere istruzioni complesse.
→Con N bit utilizziamo 2^n informazioni diverse, posso rappresentare numeri negativi o positivi, utilizzando bit come segno.
→Dati N bits: la rappresentazione in complemento a due si ottiene complementando ogni cifra.
In un dispositivo un numero può essere identificato da tre classi:
- Interi senza segno →posso rappresentare da 0 a 2^n-
- Interi con segno
- Reali.
→La classe dipende da vari fattori tra cui:
Tipo applicazione Complessità Applicazione Caratteristiche applicazione.
→La maggior parte degli errori sono causati da overflow matematici: qualsiasi dispositivo adotta un numero fisso di bit per la gestione dei dati (16, 32…), quando una
- Memoria: contiene i dati e le istruzioni che sono in esecuzione, contiene quella parte di programma, ed i dati correlati, che sono in esecuzione su un dispositivo in un dato momento.
- Processore: si divide in Processing Unit e Control Unit.
- Dispositivi input e output: si occupa di tutte le interazioni con il mondo esterno.
La memoria e il processore comunicano tramite collegamenti chiamati BUS. Il processore e dispositivi INPUT e OUTPUT comunicano tramite i connettori BUS Nella memoria ci sono due registri: MAR ed MDR. Nel processore ci devono essere
- Processing Unit: si occupa dei conti, arirtmetiche e logiche
- Control Unit: si occupa della supervisione di tutte le attività di elaborazione. è costituita da PC (program counter, ci dice quale prossima operazione deve fare l’ALU.) ed IR (istruzioni a disposizioni) Cache: memoria velocissima e piccola perchè costosa, tiene i conti intermedi che svolge l’ALU.
Lezione 3
MSB, LSB, Modello Von Neumann, Firmware.
→Nella Ram c’è sempre il sistema operativo ed è necessario distinguere tra
- Indirizzo: di una cella di memoria
- Contenuto: della cella di memoria.
→Temp: memoria molto costosa, piccola e veloce.
L’unico caso in cui i dispositivi di input e output non sono fondamenteìali è quando ho un sistema che fa sempre la stessa cosa e non deve essere modificato. (Macchina azienale.)
→Lo scopo del dispositivo è interagire con l’utente con il fine di semplificargli la vita
Che cos’è l’operazione shifting? è quando ho una serie di bit e posso fare uno shift a destra o sinistra. Se lo faccio a sinistra sposto tutte le cifre verso sinistra, se lo faccio a destra il bit più grande – il più piccolo ci può essere o meno. DA RIVEDERE
MSB e LSB, quali sono le differenze? MSB: most significant Bit, il bit più piccolo utile per capire se il numero è pari o dispari. LSB: latest significant bit, in caso di rappresentazione di numeri interi, rappresenta il segno del numero.
Esistono dispositivi chiamati hardware che sono circuiti elettronici che, dati un certo numero di bit in input, possono rappresentare due numeri separati, restituendo x bit come risultato dando la somma.
→Output ha un numero maggiore di bit rispetto all’input
Larghezza degli indirizzi (N): quanti bits sono usati per rappresentare ogni indirizzo, questo fattore determina la dimensione massima della memoria= spazi degli indirizzi. Come fa il processore ad immagazinnare e recuperare le stringhe di bit dalla memoria ram? MAR : memory address registrer: è un registro della Central Processing Unit, contenente l’indirizzo della locazione di memoria RAM in cui si andrà a leggere un dato MDR ; memory data register: è un registro a cui l’unità aritmetica e Logica (ALU) ha accesso diretto e che contiene momentaneamente i dati per la CPU. MDR insieme al MAR interfaccia la CPU con la RAM.
Processing Unit
→Contiene le operazioni base che permettono al dispositivo di lavorare propriamente.
Control unit
→è un’unità funzionale composta da due sotto-moduli, ossia PC ed IT.
PC: program counter e ottiene l’indirizzo della prossima istruzione che necessita di essere eseguita. IR: è l’instruction register e contiene le istruzioni che possiede il processore.
→Lo scopo della control unit è la gestione del processo di elaborazione, ossia legge ciascuna istruzione della memoria, l’indirizzo è all’interno del modulo PC, esso interpreta ogni istruzione e genera dei segnali che dicono agli altri componenti cosa fare. Una istruzione può impiegare diversi cicli di macchina per essere completata.
Che cos’è il Firmware? è un programma integrato direttamente in un componente elettronico nel senso più vasto del termine. (schede elettroniche, periferiche.) Il suo scopo è quello di avviare il componente e consentigli di interagire con altri componenti tramite l’implementazione di protocolli di comunicazione o interfacce di programmazione.
→Si può chiamare scheda madre o BIOS, o basic input output system: tramite esso è possibile settare le caratteristiche ci si vogliono per il proprio firmware. Non è volatile e permette il controllo e l’avvio del sistema.
→Il BIOS risiede su memorie dette FLASH che hanno la caratteristiche di essere riscrivibili tramite un opportuno upgrade del sistema
Quali operazioni effettua il BIOS?
- Governare l’hardware avviando procedure di routine denominate POST (Power On Self Test) per verificare il corretto funzionamento dei circuiti della scheda madre e di tutto ciò che è installato nel dispositivo.
- Avviare un programma di gestione delle periferiche nel caso in cui non vengano rilevati errori gravi nella fase POST.
- Avviare una schermata video per consentire all’utente di intervenire nella modifica di alcune operazioni marginali di avvio del BIOS stesso.
- Inizializzare la routine di BOOT che avvia il Sistema Operativo. Il Bootstrap è un processo incrementale nel quale viene letto il sistema operativo pezzo per pezzo e vengono aggiunte le funzioni secondarie e a rendere la macchina un uno stato stabile e utilizzabile.
→L’inizio del sistema operativo si trova nel MBR (Master Boot Record), legge i contenuto e trasferisce il controllo al sist. operativo per poi spegnersi.
→Ci sono due procedure differenti di avvio.
Bios UEFI: unified extensible Firmware Interface.
- Embedded: il computer e il sis op sono integrati in un apparato hardware e ne controllano il funzionamento di alcune componenti.
- Hypervisor: il sis operativo consente la ripartizione delle risorse hardware in più macchine virtuali di cui presente un’astrazione per poter eseguire come programmi, altri sistemi operativi ospiti.
I sistemi operativi possono essere:
Un computer è un sistema formato da diverse componenti: una unità centrale connessa con un insieme di unità periferiche. Il sistema operativo garantisce il funzionamento di tutte queste componenti elettroniche, elettromagnetiche e meccaniche, coordinando la comunicazione tra le diverse unità. Tra le interfacce di rete: wi-fi Tra le porte di connessione: USB, Bluetooth. Com’è strutturato un sistema operativo?
Cos’è il Kerner?
Il Kerner costituisce il nucleo fondamentale nel sistema operativo (processi, memoria primaria e file system), su di esso si appoggiano le altre funzioni del sistema operativo stesso. In base alla struttura interna del sistema operativo e del suo kernel si distinguono 3 macro-tipologie differenti.
- Sistemi operativi a kernel monolitico: implementa una completa astrazione del computer su cui gira il sistema operativo stesso.
- Sistemi operativi a microkernel: implementano nel kernel solo le funzioni essenziali, demandando ad altri programmi di sistema (driver) l’implementazione delle altre funzioni.
- Sistemi operativi ibridi: implementano nel kernel diverse funzioni del sistema operativo ma al momento dell’avvio possono caricare dei moduli aggiuntivi che arricchiscono e integrano le funzioni offerte dal kernel.
- Ipertesti:qualsiasi collegamento libero di tipo. Associativo e interattivo, composto da blocchi di testo (Nodi) o interconnessioni (link) (ipermedia: il collegamento è un qualsiasi altro medio digitale (immagine, video, suono)
- Immagini
- Video
- Suoni
- Multimodale: cioè composta da più modalità Esistono Immagini acquisite, che vengonono prese dal mondo reale e sintetizzate dal pc. Possono essere:
- Naturali: originate da oggetti o fenomeni artificiali.
- Non naturali: generate dal pc.
→Esistono anche immagini di tipo
- Raster :collezione di pixel (acronimo di picture element, cioè elemento più piccolo che ho in un’immagine). Hanno una risoluzione spaziale (DPI, dot per inch, cioè la densità dell’immagine , quanti pixel presenti in un inch) e profondità di colore (BPT, bit per pixel , rappresenta la profondità dei colori dell’immagine.
→ Formati immagine Raster: Non compressi: (BMP) dati scritti come sono e l’immagine non viene compressa. Compressi senza perdita: PNG, TIFF. Complessi con perdita: GIF, JPEG
→Quindi L’immagine Raster è caratterizzata da:
Dimensione spaziale: numero di pixel che compongono l’immagine, viene espressa separatamente indicando il numero di pixel verticali e orizzonatali. Risoluzione spaziale: rappresenta la quantità/numero di pixel all’interno di un pollice, può essere vista come densità maggiore e risoluzione maggiore.
- Vettoriale :una collezione primitive funzioni matematiche che messe insieme in uno spazio generano l’idea di un’immagine.
→Carratteristiche:capacità espressiva delle immagini che sto utilizzando e le proprietà delle primitive, ossia quanto dettaglio posso dare ad ogni singola primitiva.
Differenze tra le due : in una prendo in considerazione pixel che hanno colori, mentre l’immagine vettoriali sono funzioni matematiche che mettono insieme qualcosa che sembra un’immagine.
Obiettivo: dare una rappresentazione di immagine all’occhio umano.
→Ciascun processo durante il ciclo di vita può stare in uno e uno solo dei seguenti stadi dato un momento della sua vita, gli stadi in cui può andare sono allo stadio di partenza in cui sta:
- init : stato iniziale di caricamento del processo in memoria: viene lanciato in esecuzione il programma, viene creato il processo.
- ready : il processo è pronto per essere eseguito dalla CPU.
- running : il processo è in esecuzione da parte della CPU.
- waiting : il processo è sospeso in attesa di un evento (ad esempio: la risposta da un device).
- swapped : il processo, in attesa di eventi, è stato portato nella memoria virtuale in attesa di essere recuperato nella memoria primaria per essere eseguito.
- zombie : il processo ha concluso la sua esecuzione, ma è ancora presente nella memoria (possiede un PID) in attesa che il processo padre lo liberi definitivamente oppure è nel processo zombie perchè il padre è morto.
- terminated : il processo è in corso di terminazione, il sistema operativo lo sta de- allocando dalla memoria.
→La memoria primaria è costituita dai registri della CPU, dalla memoria cache della CPU e memoria ram (random access memory).
Quali sono i compiti del sistema operativo nella gestione della memoria?
- allocazione e de-allocazione della memoria richiesta dai processi in esecuzione.
- mantenere separate le porzioni di memoria destinate a processi diversi su un sistema multi- tasking, evitando conflitti nell’uso della memoria.
- gestire il collegamento tra gli indirizzi di memoria logici utilizzati dai processi e la memoria fisica della macchina.
- gestire la paginazione e la memoria virtuale , spostando su memoria secondaria pagine (porzioni) di memoria primaria e caricando dalla memoria secondaria pagine di informazioni da riallocare nella memoria primaria ( swap ).
→ E’ importante ricordare che la memoria primaria nel modello di Von Neuman è la RAM e nel sistema operativo ci si aggiungono i registri della CPU e memoria cache. La memoria primaria è costituita da una pile di cose:
- Stack : cresce dall’alto verso il basso, per assegnare le variabili richieste dalla chiamata di funzioni.
- Heap : cresce dal basso verso l’alto, per assegnare dinamicamente porzioni di memoria.
- Code segmenti: sotto all’heap, contiene le istruzioni in linguaggio macchina del processo
File system
→è un modello astratto con cui si gestisce il modo in cui sono salvati i dati nella memoria, di solito la secondaria e come leggere i bit di memoria. Ti dice anche dove si trova l’inizio di ogni cartella, è gestito come un albero, è la cartella padre, andando sempre più giù trova le sottocartelle.
→Oltre a descrivere come è strutturato il disco e le sottocartelle, si occupa anche dei meccanismi di protezione di ogni file e chi ha il diritto di accedere, gestendo anche la richiesta di accesso. Tutti i processi che vogliono accedere ad un file lo possono fare in tanti solo in modalità lettura.
Gestione delle periferiche input e output Il sistema operativo da solo non comunica con le periferiche input e output, ha sempre bisogno di un programma speciale chiamato driver. Ogni periferica ha il suo driver , che sono programmini che interpretano.
Graphical User Interface : si basa su elementi quali le finestre e le icone, l’input avviene anche mediante mouse e non solo tastiera. (moderna).
Usabilità:
- è la facilità con cui un utente impara ad operare/interagire con un sistema o un componente, a fornirgli input ad interpretare gli output
- di un’interfaccia è la misura dell’efficacia, dell’efficienza e della soddisfazione con cui determinati utenti possono compiere determinati compiti in un determinato contesto utilizzando tale interfaccia Il padre dell’usabilità di Donald Norman, laureto in informatica e psicologia cognitiva, che ha sviluppato i 7 principi di Usabilità che servono a trasformare i compiti difficili in facili.
Conoscenza: Usare sia la conoscenza presente nel mondo sia quella presente nella “testa”;
Semplificazione: Semplificare la struttura dei compiti (“task”);
Visibilità: Rendere visibili le “cose”;
Correlazione : Impostare bene le correlazioni (“mapping”);
Vincoli : Sfruttare i vincoli, sia naturali sia artificiali;
Errore: Lasciare un margine di errore;
Standard : Quando tutto il resto non serve aderire agli “standard”.
Lezione 6
I 7 principi di Norman/ Usabilità che servono a semplificare un compito, INFORMATION COMUNICATION TECHNOLOGY, Sistema informativo, Interazione uomo-macchina, tipi di interfaccia.
- Conoscenza: Usare sia la conoscenza presente nel mondo sia quella presente nella “testa”: ▪ Il design deve aiutare l’utente inesperto (che cerca la conoscenza presente nel mondo) senza ostacolare o rallentare quello esperto (che ha la conoscenza presente nella testa) Attraverso l’esperienza ogni essere umano si crea modelli mentali che lo aiutano a comprendere ed interagire con il mondo circostante. Chi progetta un oggetto deve fornire dei modelli mentali chiari e coerenti in modo tale che sia facile prevedere gli effetti delle proprie azioni sull’oggetto in questione.
- Semplificazione : è diviso in quattro possibili modi per semplificare. Questo principio afferma che un sistema dovrebbe: Fornire strumenti di supporto: spiegazione di una funzionalità Rendere visibile l’invisibile: es. mostrare barra di percentuale di lavoro (50% all’apertura di un’immagine.) Automatizzare: sarebbe buono cercare di automatizzare le procedure il più possibile. Cambiare la natura del compito: riformulazione o ri-progettazione di una funzionalità che non è facile per un utente da utilizzare.
- Visibilità : Rendere visibili le cose: per ridurre il problema della visibilità bisogna ridurre due GAP. GAP dell’esecuzione: distanza tra gli obiettivi dell’utente e il modo di ottenerli mediante il sistema; GAP della valutazione: quantità̀ di sforzo necessario per interpretare lo stato fisico del sistema;
→ Un design usabile punta a ridurre i due GAPs.
