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FONDAMENTI DI INFORMATICA E HARDWARE
Informatica: il Trattamento Automatico dell’Informazione
Informatica informatique = information + automatique (Philippe Dreyfus – anni ‘60) disciplina tecnico scientifica che progetta e realizza macchine per il trattamento (elaborazione) automatico dell’informazione sinonimo: tecnologia dell’informazione (information technology, IT)
Elaboratori Automatici vantaggi rispetto all’elaborazione umana:
tempi ridotti maggiore affidabilità (meno errori) meno incombenze “noiose” diffusione di elaborazioni che richiedono umani molto competenti
Elaboratore sinonimo: calcolatore (i primi erano utilizzati soprattutto per eseguire calcoli) in inglese: computer (da cui computer science)
Information & Communication Technology (ICT) tecnologia dell’informazione + telecomunicazioni (trasmissione dell’informazione a distanza)
Il Dato, l’Informazione e la Conoscenza
Informazione termine frequente (“mezzi d’informazione”,“società dell’informazione” …) significati diversi in relazione a “comunicazione”, “controllo”, “dati”, “conoscenza”, “percezione”, “rappresentazione” … prodotta dall’interesse dell’uomo a conoscere ciò che lo circonda comunicare conoscenze, esperienze, stati d’animo
dato informazione conoscenza [freccia blu= astrazione]
Dato insieme di simboli tracciati su un supporto fisico rappresenta (secondo qualche convenzione) una proprietà di un oggetto nel mondo reale senza riferimenti all’oggetto ne’ alla proprietà inutile [39,5] Informazione dato messo in relazione con la proprietà cui si riferisce
al dato si attribuisce un significato può essere utile [39,5 temperatura corporea]
Conoscenza regole che permettono di trarre vantaggio dall’informazione [39,5 temperatura corporea ALLARME!!]
Problema Quante ghiande spettano a ciascuno? Risoluzione mediante Intervento Diretto: ne do uno a ciascuno finchè non finiscono Risoluzione Guidata da Informazione: Acquisizione e Codifica dell’Informazione, ovvero codifico gli oggetti (conigli 2 e ghiande 6) poi c’è l’Elaborazione dell’Informazione (6:2) e Interpretazione dell’Informazione (6:2=3) I Linguaggi Formali
Linguaggi Naturali: Ambiguità “he saw that gasoline can explode” possibili traduzioni: egli vide quella latta di benzina esplodere egli vide che la benzina può esplodere es.: “Portatemi un cavallo!” (in contesti diversi): può significare più cose
Linguaggi Formali impiegati per codificare ed elaborare informazione in ambiti dove non è consentita l’ambiguità (logica, matematica, informatica…) definiti da:
alfabeto: elenco (finito) di simboli grammatica: regole sintattiche che specificano le combinazioni valide di simboli semantica: attribuisce significato alle combinazioni valide di simboli La Codifica e la Rappresentazione dell’Informazione
Codifica dell’Informazione Il numero dieci può essere codificato in vari modi: 10 , X, ecc.
Sistemi per Codificare ed Elaborare: Informazione Numerica dita delle mani (in inglese: cifra = “digit” in latino: dito = “digitus”) sassolini (in latino: sassolino = “calculus”) abaco pallottoliere …
Supporti e Informazione condizione necessaria perché un supporto sia in grado di portare informazione è che esso possa assumere configurazioni differenti (a ognuna delle quali può essere associata una
Prefissi Binari
Gli Strumenti per l’Elaborazione dell’Informazione
Trattamento dell’Informazione creazione modifica (anche eliminazione) confronto conservazione (comunicazione a distanza nel tempo) trasmissione (comunicazione a distanza nello spazio a soggetti specifici) diffusione (comunicazione a distanza nello spazio a soggetti non predeterminati)
Esempio
Schema
Trattamento dell’Informazione lo schema si adatta anche a: trasmissione: la trasformazione fisica consiste nel trasferire il supporto al destinatario memorizzazione: il supporto fisico viene conservato inalterato nel tempo
Strumenti “Formali” per Elaborare Informazione: Esempi Algebra: 2 + 2 = 4 Sillogismo (Aristotele): tutti gli uomini sono mortali, Socrate è un uomo = Socrate è mortale …
Esecutore riconosce istruzioni
formulate in uno specifico linguaggio formale che lo inducono a compiere determinate azioni
Esecutore: Elaborazione Automatica
Istruttore risoluzione di un problema: scomposizione progressiva del problema fino a trasformarlo in una successione di problemi elementari risolvibili con le azioni dell’esecutore (codificate in istruzioni)
Istruzione di un…. alla Soluzione di un Problema
Esecutore Calcolatore
Algoritmo istruzioni operative per risolvere un problema
potenze, logaritmi, funzioni trigonometriche impiegato per secoli in ingegneria, aviazione, finanza …
Blaise Pascal (1623-1662) Pascalina: dispositivo meccanico per eseguire addizioni e sottrazioni ingranaggi azionati da una manovella
Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) introduzione del sistema binario Stepped Reckoner: calcolatrice azionata a manovella per 4 operazioni aritmetiche
Charles Babbage (1791-1871) progettò (senza realizzarlo) analytical engine (programmabile)
mill unità di elaborazione (4 operazioni, confronti, radici quadrate, strutture di controllo) store memoria (1000 numeri da 50 cifre decimali) input (lettore di schede) output (perforatore di schede)
Ada King contessa di Lovelace (1815-1852) scrisse un programma per calcolare i Numeri di Bernoulli con l’analytical engine primo programmatore di calcolatori nella storia
Konrad Zuse (1910-1995) Germania, anni 1930 e 1940 macchine calcolatrici automatiche basate su relè elettromagnetici (interruttori elettrici aperti/chiusi da altri circuiti elettrici) distrutte dal bombardamento di Berlino del 1944
Valvola Termoionica anni 1940 il primo componente elettronico “attivo” (grazie ad una fonte esterna di energia, fornisce in uscita un segnale di potenza amplificato)
Colossus (1943-44) Tommy Flowers (Londra) primo calcolatore digitale elettronico (valvole termoioniche) usato per decifrare i messaggi segreti tedeschi segreto militare per 30 anni (nessun progresso scientifico)
ENIAC (1943-45)
Electronic Numerical Integrator And Computer John Mauchly e J. Presper Eckert - USA primo calcolatore elettronico universale (general-purpose) 18.000 valvole
30 tonnellate 5.000 addizioni o sottrazioni al secondo programmazione: 6 persone con interruttori e cavetti
EDVAC (1944-1951) il secondo Electronic Discrete Variable Automatic Computer John Mauchly, J. Presper Eckert e John Von Neumann – USA principali innovazioni: aritmetica binaria invece di decimale (due valvole per bit invece di dieci per cifra), dati e istruzioni memorizzati in forma digitale in un’unica memoria (programmazione più semplice rispetto all’utilizzo di cavi e interruttori)
Transistor anni 1950 realizzato con semiconduttori sostituisce la valvola termoionica
meno costoso molto più veloce molto più piccolo molto più affidabile
Microchip circuito integrato (elaboratori molto più potenti con dimensioni molto più piccole) anni 1960 consente di realizzare microprocessori
Personal Computer anni 1970
Legge di Moore constatazione empirica, una costatazione, formulata nel 1965 da Gordon Moore (socio fondatore Intel: azienda che produce i processori, rilevata una vulnerabilità ai virus e hacker): il numero dei transistor integrati in un circuito raddoppia ogni 24 mesi, cioè ogni due anni le dimensioni dei computer diminuiscono (processore) Conseguenze: Computer meno pesanti, meno ingombranti e più funzionali
L’Architettura di Von Neumann
John von Neumann (1903-1957) partecipa al progetto EDVAC, lo schema di computer, lui scriveva la relazione delle riunioni ma gli altri non firmavano, quindi è arrivata come sua. la sua architettura (macchina di von Neumann) ancora oggi alla base di quasi tutti i calcolatori digitali
obiettivo: realizzare un calcolatore universale (general purpose) doveva essere proprio un GENERATORE. dati e istruzioni memorizzati in forma digitale in un’unico dispositivo di memorizzazione,
Struttura di un Personal Computer
Scheda Madre (Motherboard) piastra di materiale plastico su cui sono integrati i circuiti del bus (di comunicazione) e il processore alloggiamenti (slot) per il montaggio di CPU, RAM (memoria) , periferiche di I/O, i dischi e tutti gli altri dispositivi (fg 1)
Classificazione dei Calcolatori
Figura SEQ Figura * ARABIC 1: Scheda
Caratteristiche dei Calcolatori (il migliore in base alle esigenze) velocità capacità di archiviazione dei dati affidabilità (funzionare a lungo senza guasti), pc che lavorano 24h su 24h, fa da SERVER, no car. grafiche ma un alimentatore di corrente doppio o dischi ridondanti, sono doppi, sul quale viene scritto doppio, o due computer uguali. sicurezza (difendersi da accessi non autorizzati) dotazione di periferiche connettività (connettersi ad altri calcolatori per scambiare dati e condividere risorse), noi la chiamiamo rete, con cavo o wireless (wifi, bluetooth, ecc.) dimensioni (trasportabilità) modularità (standardizzazione delle componenti) possa essere integrato con altre componenti, aggiungere memoria, ecc. scalabilità (sostituzione migliorativa di componenti) inserire componenti migliori, es. disco semplicità d’uso dotazione di Software prezzo
Personal Computer (PC) per utilizzo personale calcolatore mono-utente a casa: home computer
desktop PC (Computer sotto schermo: orizzontale) tower PC (Computer a fianco in verticale rispetto al desktop) small form (Computer piccolo)
Laptop PC progettato per la mobilità (appoggiato sulle ginocchia) notebook: dimensioni di un block-notes (A4) subnotebook: più piccolo di un notebook tablet PC: touchscreen netbook: estrema mobilità + internet senza fili (un pò meno potenti, funzioni legate alla rete)
Personal Digital Assistant (PDA) sinonimi: handheld (tenuti in mano) computer, palmtop computer, pocket PC funzionalità integrate: telefono (smartphone: telefono intelligente), fotocamera, navigatore satellitare, registratore / riproduttore audio
Home PC (uso domestico, collegate alla tv ad esempio) televisore in alternativa a video periferiche audio di buona qualità [console per videogiochi o media center]
Workstation (stazioni di lavoro) PC CPU veloce grafica di qualità applicazioni: progettazione (Computer Aided Design, CAD), applicazioni tecnico- scientifiche, animazione, rendering.
Calcolatori Multi-Utente (1982)
delle altre istruzioni in base ad eventi esterni (es. clic del mouse) o a risultati precedenti
Linguaggio Assemblatore (Assembler) linguaggio simbolico che associa descrizioni memoniche alle istruzioni del linguaggio macchina [(add-mult-sub) ma manca un traduttore, gli informatori hanno creato delle istruzioni, che le traducono in binario e io la faccio eseguire]
Linguaggio Macchina: Esempio
Esempi di Istruzioni
indica che l’operando
rappresenta un numero, non un indirizzo di memoria.
Esempio Programma Somma
CPU: Esempio
Processori Multi-Core chip che integrano 2 o più CPU in grado di operare in parallelo in alcuni casi fino a 16.
La Memoria Centrale
Memoria memoria centrale supporto alla CPU contiene programmi in esecuzione e relativi dati in esecuzione in quel momento elevata velocità ridotta capacità, inferiore rispetto a quella di disco volatile (il contenuto viene cancellato allo spegnimento del calcolatore)
memoria di massa (memoria secondaria): DISCO ridotta velocità elevata capacità persistente economica (costo per byte)
Memoria: Accesso accesso sequenziale: prima di poter leggere una cella (record) è necessario leggere tutte quelle che la precedono es. nastri magnetici, devo leggere tutte quelle celle che c’erano prima (tipo le cassette a nastro). accesso diretto (random access): consente l’accesso immediato alla cella individuata da un dato indirizzo es. memoria centrale, io scelgo un indirizzo qualsiasi tra tutti e ho un riscontro. accesso misto (diretto + sequenziale): uno o più accessi diretti per giungere in prossimità del dato seguiti da una ricerca sequenziale es. dischi, col dvd puoi scegliere la scena ma sui 10 min devi vedervelo tutto. accesso associativo: simile all’acceso diretto ma viene condotta una ricerca (in parallelo su più celle) basata sul contenuto invece che sull’indirizzo delle celle es. memorie cache, simili a diretto ma in quelle dai indirizzo, qua specifichiamo un pezzo del contenuto e le celle mi dicono la restante parte (celle non numerate).
Memoria Centrale insieme di celle adiacenti, ognuna caratterizzata da un identificatore univoco (indirizzo es.cella 13, memory address) in cui, facendo riferimento all’indirizzo, possono essere letti/scritti dati e istruzioni
RAM (Random Access Memory) memoria ad accesso casuale, fatta da schedine:
successione di elementi bistabili (ciascuno in grado di memorizzare un singolo bit) cella: raggruppamento indirizzabile di 8, 16, 32 o 64 elementi bistabili
memoria elettronica (cache) per i dati di uso più frequente capacità: 100 GB – 4 TB velocità di rotazione: 4,5 – 15 Krpm velocità di trasferimento: 300 MB/s tempo medio di accesso: qualche millisecondo
traccia settore blocco cilindro (insieme di tutte le tracce)
formattazione: predispone la struttura di tracce e settori sulle superfici dei dischi, perdita dei dati eventualmente esistenti sul disco deframmentazione: riorganizza l’utilizzo dei blocchi (non tutti pieni, magari su diversi blocchi un documento), accesso più efficiente ridondanza: si fa soprattutto sui SERVER, duplicazione dei dati su più supporti, prevenzione dei guasti
Nastro Magnetico nastro ricoperto di materiale ferromagnetico avvolto su bobina o cassetta accesso sequenziale
Le Memorie Ottiche (si usa la luce per scrivere e leggere le memorie)
Dischi Ottici materiale riflettente annegato in un supporto plastico trasparente traccia unica a spirale pit (fossa) land (superficie pianeggiante) lettura tramite raggio laser disco di plastica: diametro: 12 cm CD (Compact Disc): capacità: 600-700 MB DVD (Digital Versatile Disc): capacità: fino a 8,5 GB BD (Blu-ray Disc): capacità: fino a 50 GB stampati (Read Only Memory): CD-ROM e DVD-ROM registrabili (WORM = Write Once Read Many): CD-R, DVD-R, DVD+R
masterizzatore scrive con raggio laser “bruciando” il supporto e generando pit e lan riscrivibili: CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM
cancellazione con ciclo riscaldamento/raffreddamento
Le Memorie Flash
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) scrittura: processi elettrici non volatili capacità: fino a 1 TB più lente degli hard disk continuo aumento della capacità e diminuzione del prezzo assenza di parti meccaniche
portabilità affidabilità (resistenza a urti, temperature estreme, acqua) basso consumo energetico no rumore
limite: max 1.000.000 “cicli di programmazione” su ogni blocco
Memorie Flash: Memory Card utilizzo in: macchine fotografiche digitali, riproduttori MP3, telefoni cellulari, PDA… formati: PC Card, CompactFlash, Secure Digital card (SD), miniSD, microSD
Memorie Flash: Drive USB connessione al computer tramite porta USB ha sostituito il floppy disk per: scambio dati tra computer, backup domestico
Solid-State Drive (SSD) termini comuni non corretti: solid-state disk, electronic disk memoria di massa persistente realizzata con circuiti integrati (memoria flash NAND) stessa interfaccia utilizzata per dischi rigidi (Serial ATA (SATA))
Gerarchie di Memoria
Memoria: Tecnologie memorie elettroniche: veloci, buona capacità, costo relativamente alto volatili: usate per memoria centrale non volatili (più lente): usate per telefoni, fotocamere, lettori audio/video… memorie magnetiche: non volatili, basso costo, lente memorie ottiche: non volatili, basso costo, lente (soprattutto in scrittura) Memoria: Principio di Località località spaziale: quando un programma fa riferimento ad un elemento (istruzione o dato) ad un certo indirizzo è probabile che entro breve tempo faccia riferimento ad altri elementi ad indirizzi prossimi a quello località temporale: quando un programma fa riferimento ad un elemento è probabile che entro breve tempo faccia riferimento allo stesso elemento 12/02/2018 22
DVI (Digital Visual Interface) HDMI (High-Definition Multimedia Interface) VGA
Video schermo, monitor, display risoluzione: 1024x768 … 2048x dimensioni: 15 … 27 pollici rapporto larghezza/altezza: 4:3, 16:9 (widescreen = panoramico)
Video: Tecnologie CRT (Cathode Ray Tube = tubo a raggi catodici)
tecnologia vecchia ingombrante pesante miglior qualità delle immagini
LCD (Liquid Crystal Display = schermo a cristalli liquidi) tecnologia recente spessore limitato leggero
bassa emissione di onde elettromagnetiche LED (Light Emitting Diode)
schermo LCD retroilluminato con LED plasma videoproiettori I Dispositivi di Puntamento
Interfaccia Grafica GUI (Graphical User Interface) point-and-click , WIMP (window, icon, menu, pointing device) controlli, interattori, widget (window gadget) puntatore (cursore)
Dispositivi di Puntamento mouse meccanico mouse ottico mouse wireless (raggi infrarossi, onde radio) touchpad pointing stick trackball gamepad joystick touchscreen (multi-touch) tavoletta grafica (+ stylus)
La Stampante
Stampante supporti
dimensioni: …A4, A3, A2, A1, A0… tipo: buste, etichette, rotoli, lucidi…
a colori / monocromatica risoluzione: dpi (dots per inch) = punti per pollice (1 pollice = 2,54 cm) velocità: ppm (pages per minute) collegamento: porta parallela, USB, rete multifunzione: stampante + scanner (+ modem): fotocopie e/o fax
inkjet (getto d’inchiostro) pixel = gocce d’inchiostro basso prezzo d’acquisto ridotte dimensioni elevata risoluzione elevati costi inchiostro
laser pixel = puntini di toner (inchiostro in polvere) costo in continua diminuzione impatto
pixel: aghi rumorosa carta copiativa Acquisizione delle Immagini
Scanner scanner piano (flatbed) scanner manuale scanner per pellicola barcode scanner: 1D barcode, 2D barcode risoluzione connessione: USB, FireWire, SCSI, porta parallela OCR (Optical Character Recognition)
Macchina Fotografica Digitale digicam, digital camera: compatta, reflex digitale (DSLR, Digital Single-Lens Reflex camera) immagini: acquisite da sensori (CCD o CMOS), memorizzate in schede flash, trasferite ad un calcolatore (cavo USB) risoluzione: 12- 50 megapixel
Videocamera Digitale videosorveglianza webcam
