Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni 04... · Una definizione di Informatica...
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Corso di Corso di
Sistemi di Elaborazione Sistemi di Elaborazione
delle Informazionidelle Informazioni
Marco FaldaMarco Falda
Dipartimento di Ingegneria dellDipartimento di Ingegneria dell’’InformazioneInformazione
tel. 049 827 7918tel. 049 827 7918
[email protected]@unipd.it
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Sistemi di Elaborazione delle InformazioniSistemi di Elaborazione delle Informazioni
Rappresentazione delle Informazionitesti, numeri, immagini, suoni
Strumenti per elaborarle: calcolatori elettronici
architettura fisica, logica e di retecenni alla programmazione
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TestiTesti
Diapositive sul sito http://www.dei.unipd.it/~hyksos
ConsigliatiL. Console, M. Ribaudo, U. Avalle: “Introduzione all’Informatica – nuova edizione”, UTET, 2005.J. Glenn Brookshear: “Informatica – una panoramica generale”, 9a edizione. Pearson, 2006.
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Altre informazioniAltre informazioni
Esame:circa 30 domande a risposta multipla
Ricevimento: su appuntamento
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ProgrammaProgramma
Concetti di Base1. Architettura2. Sistemi Operativi3. Reti di Calcolatori4. Codifica dell’Informazione5. Algoritmi, Linguaggi e Programmi
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Sovraccarico di informazioniSovraccarico di informazioni
Stiamo producendo l’equivalente di milioni di MB di dati per ogni abitante della Terra
Più del 90% dei dati sono conservati sotto forma digitale nei computer, per risparmiare spazi e risorse rispetto la carta il video e pellicole
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Sovraccarico di informazioniSovraccarico di informazioni
Purtroppo non ci sono ancora strumenti completi per accedere a tutta la informazione disponibile
Le informazioni non indicizzate ammontano a più di 500 miliardi di documenti già presenti in Rete, mentre la parte indicizzata è di circa 5 miliardi di documenti con uno sviluppo di milioni di nuove pagine al giorno
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Interazione tra uomini e calcolatoriInterazione tra uomini e calcolatori
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Compiti dellCompiti dell’’Informatica Medica [N. Informatica Medica [N. LorenziLorenzi]]
Produrre strutture per rappresentare dati e conoscenze
visualizzare relazioni complesse
Sviluppare metodologie per l’acquisizione e la presentazione dei dati
evitare il sovraccarico per l’utilizzatore
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Compiti dellCompiti dell’’Informatica Medica [N. Informatica Medica [N. LorenziLorenzi]]
Gestire il cambiamento tra le persone, i processi e la tecnologia dell’informazione
ottimizzare l’utilizzo delle informazioni
Integrare le informazioni da diverse sorgenti in applicazioni
permettere la massima efficacia di utilizzo
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Settori di applicazioneSettori di applicazione
Information Technologyamministrazione (appuntamenti, contabilità)applicazioni specialistiche (patologie, farmaci)gestione degli esami medici (digitalizzazione, refertazione assistita)
Telemedicina (telecardiologia, teleradiologia, ...)
Trattamento elettronico delle informazioni scientifiche e della letteratura
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Applicazioni avanzateApplicazioni avanzate
Nell’ambito dell’Intelligenza Artificialediagnosi e terapie basate su protocollisistemi esperti per il supporto decisionaleapprendimento automatico
Esempi di utilizzo dell’apprendimento automaticomonitoraggio della farmacoterapiainterpretazione di immagini neuroradiologiche
Concetti di BaseConcetti di Base
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Informazione e InformaticaInformazione e Informatica
Il termine deriva dal Francese Information automatique
Il suo principale obiettivo è l’elaborazione dell’informazione in maniera automatica.
l’informazione è l’insieme dei dati forniti dall’ambiente in forma comprensibile e relativi ad un particolare contesto
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Una definizione di InformaticaUna definizione di Informatica
L’Informatica è la scienza che si occupa della rappresentazione e dell’elaborazione dell’informazione
importanza dei modelli di rappresentazione (permettono l’automazione)
È limitativo ridurre l’Informatica a mera tecnologia
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Strutture Informative di base Strutture Informative di base –– il il bitbit
Etimologia: binary digit = cifra binaria
È l’unità elementare di informazione (0 o 1)alla base anche della codifica fisica
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Strutture Informative di base Strutture Informative di base –– il il bytebyte
Una sequenza di 8 bit si definisce byteSi usano spesso i multipli (di potenze di 2)
TTera240
GGiga230
MMega220
KKilo210
Architettura di un CalcolatoreArchitettura di un Calcolatore
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Hardware e SoftwareHardware e Software
Hardware: insieme dei dispositivi fisici che costituiscono un calcolatore
Software: insieme dei programmi utilizzati per determinarne le operazioni
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Breve storia del CalcolatoreBreve storia del Calcolatore
L’idea di utilizzare dispositivi meccanici per effettuare in modo automatico computazioni risale al ‘600 (Pascal, Leibniz)
Negli anni ‘30 vengono realizzate le prime macchine elettromeccaniche di grandi dimensioni (Zuse in Germania, Mark 1 ad Harvard)
Nel 1946 viene presentato all’Università della Pennsylvania l’ENIAC: il primo elaboratore elettronico digitale a valvole termoioniche (180 mq 180000 valvole 30 tonnellate 300 molt x sec)
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Macchina di Macchina di vonvon NeumannNeumann
Ideata negli anni ‘40, è alla base dei moderni calcolatori
Tre componenti: CPU, memoria, periferiche; poste in comunicazione dal bus
Sia i dati sia i programmi sono posti nella memoria
Limiti: operazioni sequenzialiprocessori aggiuntivi, gerarchie di memorie
CPUCPU MemoriaMemoria PeriferichePeriferiche
bus
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LL’’UnitUnitàà Centrale di Elaborazione (CPU)Centrale di Elaborazione (CPU)
Controlla i programmi ed esegue le istruzioniControl Unit (CU)Unità Logico-Aritmetica (ALU)registriclock
ALUALU RegistriRegistri CUCU
Dati in ingresso(input o mem. centrale)
Operazioni da eseguire(programma)
Dati in uscita(risultati)
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La struttura di un processoreLa struttura di un processore
È formato da milioni di transistor
(165 nel Cell™) racchiusi in uno
o più circuiti integrati detti chipSono “scritti” sul silicio tramite fotolitografia (90nm nel Cell)Sono racchiusi in un package e comunicano tramite piedini (o pin)
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Il ciclo Il ciclo ““FetchFetch –– DecodeDecode –– ExecuteExecute””
1. Fetch di un’istruzione2. Decodifica dell’istruzione3. Fetch dei dati4. Esecuzione dell’istruzione5. Restituzione del risultato
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Il ciclo Il ciclo ““FetchFetch –– DecodeDecode –– ExecuteExecute””
ADD 800 240 300
43534531500
800
50300
25240
...
...
...
...Ri
Rj
Rk
1500
IR
PC
ADD 800 ...
CPU
4353453
75
25
50
75
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CISC / RISCCISC / RISC
Complex Instruction Set Computernumerose istruzioni, complicateprogrammazione più semplicetempo di esecuzione maggioree.g.: Motorola® 6800, Intel® 80x86, Intel® Pentium™
Reduced Instruction Set Computerpoche e semplici istruzioniprogrammazione più complicatapochi cicli di clock per eseguirlee.g.: IBM® PowerPC™, Sun® SPARC™
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La Memoria Principale (o centrale)La Memoria Principale (o centrale)
Memoria ad accesso diretto e molto veloce; usata per memorizzare i programmi da eseguire e i relativi dati
TipologieROM (sola lettura)RAM (lettura e scrittura)
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La memoria RAMLa memoria RAM
È una memoria volatileda cui la necessità della ROM
Memoria ad accesso casuale (quindi non sequenziale)
Organizzata in celle identificate da un indirizzo
003
004
001
002
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La memoria ROMLa memoria ROM
Conserva i dati e i programmi in essa memorizzati anche quando il computer viene spento:
memoria non volatile
Contiene i programmi necessari all’avvio del computer, programmi che devono essere sempre disponibili
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La Memoria SecondariaLa Memoria Secondaria
(o di massa)(o di massa)
È una memoria di supporto per memorizzare dati e programmi
permanentementeè più capiente della RAM (meno costosa ma più lenta)
Non è direttamente accessibile al processoresempre attraverso la RAM
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Tipologie di Memoria SecondariaTipologie di Memoria Secondaria
Classificabili in base alla tecnologia
magnetiche: disco fisso (, floppy disk)
ottiche: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW
stato solido: penne USB
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I dischi fissiI dischi fissi
Sono costituiti da piùpiatti coassiali magnetizzati
5400-7200 rpm
Hanno interfacce standard
EIDE, SCSI, ...
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I supporti otticiI supporti ottici
Tecnologia ottica (laser)possono essere riscritti menopiù lenti dei dischi fissi (1x = 1,4 Mbps)
EvoluzioniCD: 700MBDVD: 9GBBlue-Ray: 25 GB
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MemoryMemory cardscards
Nascono nell’ambito della fotografia digitalemolti formati: SD, Memory Stick, SmartMedia, ...
Si basano tutte su una memoria Flash (EPROM)
sono state provviste di una porta USBla loro capienza supera il GB, velocità di 15 MBs
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La memoria La memoria ““cachecache””
È una memoria temporanea intermedia tra registri e RAM
Può essere interna al processore o esternavari livelli: L1, L2, ...
Aiuta ad aumentare la velocità di accesso ai dati
località spaziale e temporale
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La gerarchia di memorieLa gerarchia di memorie
Registri
Cache
RAM
HD
CD, DVD
Nastri
Capacità
crescenteV
eloc
itàe
cost
i cr
esce
nti
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Le PerifericheLe Periferiche
Servono a fornire i dati da elaborare al computer e per ottenere da esso i risultati
Sono asincrone rispetto al processorenon si può prevedere quando termineranno l’elaborazione
Per sincronizzarle si usano gli interrupt
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Interfacce di ingresso (Interfacce di ingresso (inputinput))
tastiera: inserimento di caratteri e comandimouse, trackball: specifica della posizionescanner, fotocamere: acquisizione di immaginimicrofono: acquisizione di suonimodem: collegamento alla rete
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La tastieraLa tastiera
È il principale dispositivo di ingresso
I tasti sono raggruppabili in:tasti alfanumerici: caratteri, numeritasti speciali: INVIO, �, TABfrecce: HOME, FINE, su, giù, ... tasti funzione: F1, F2, ...
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Dispositivi di puntamentoDispositivi di puntamento
Si sono sviluppati con le interfacce grafichemouse: a rotellina, otticitrackpointtouchpadschermi sensibili al tatto
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Gli Gli scannerscanner
Sono strumenti che permettono di digitalizzare documenti
foto su pellicola possono essere convertite e memorizzate in un computeril testo di documenti cartacei può essere riconosciuto
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Interfacce di uscita (Interfacce di uscita (outputoutput))
schermo: visualizzazionestampante, plotter: trasferimento su cartamodem: collegamento alla retecasse acustiche: riproduzione di suonimacchine a controllo numerico: manufatti
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Lo schermoLo schermo
Due principali tipologiea “tubo catodico” (CRT)a cristalli liquidi (LCD)
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Lo schermoLo schermo
Parametri principalidiagonale (in pollici, 2.54 cm)risoluzione (es. 1024 x 768)profondità di colore (in bit)frequenza (almeno 85Hz nei CRT, fissa negli LCD)
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Le stampantiLe stampanti
Tecnologie più comunigetto d’inchiostrolasersublimazione
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I busI bus
Sono linee di collegamento tra la CPU, la memoria centrale (bus interni) e le periferiche (bus esterni)
Trasportano indirizzi, dati o segnali di controllo
possono essere usati direttamente dalle periferiche, se liberi, dai controller (DMA)collo di bottiglia dell’architettura di von Neumann
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Per costruire un PCPer costruire un PC
Processore: CPU, GPUMemoria principale: RAMMemoria secondaria: disco fissoPeriferiche:
ingresso - tastiera, mouseuscita – monitor, scheda audio, stampante
Scheda Madre: ROM, bus, ...Dispositivi per la connessione ad Internet
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Esempio di preventivoEsempio di preventivo
PROCESSORE AMD® Athlon™ 64 X2 Processor 4200+ MEMORIA 1 GB [2 x 512 MB] di memoria DDR2 a doppio canale a 533 MhzUNITÀ DISCO RIGIDO 320GB (7200rpm) Serial ATA Hard Drive with8MB DataBurst cache UNITÀ OTTICHE 16 X DVD +/- RW
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Tipologie di CalcolatoriTipologie di Calcolatori
PDA (Personal Digital Assistant)PortatiliPersonal Computer (PC)Network ComputerWorkstationMainframeSupercomputer
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Acronimi principaliAcronimi principali
(liquid crystal display)
(cathode ray tube)
(hard drive)
(universal serial bus)
(digital versatile disk)
(compact disk)
(random access memory)
(read only memory)
(central processing unit)
schermo a cristalli liquidiLCDtubo a raggi catodiciCRTunità a disco rigidoHDbus universale serialeUSBdisco digitale versatileDVDdisco compattoCD
memoria ad accesso casualeRAMmemoria di sola letturaROMunità di elaborazione centraleCPU