INFORMATICA

E’ la scienza della rappresentazione e dell’elaborazione delle informazioni e studia gli algoritmi che descrivono e trasformano le informazioni.

ALGORITMO

Successione di passi (= istruzioni) necessari per risolvere un problema

Gli algoritmi per computer devono essere elementari

E’ necessario conoscere la struttura di un elaboratore

SISTEMI DIGITALI SISTEMI ANALOGICI

SISTEMA DIGITALE le grandezze fisiche impiegate come segnali possono assumere solo valori discreti. Un insieme discreto è costituito da valori isolati che si succedono per gradini, senza possibilità intermedie. Pensiamo ai numeri interi 0 1 2 3 4 ……… In realtà poi in un sistema digitale si usa un insieme finito oltre che discreto!

SISTEMA ANALOGICO le grandezze fisiche impiegate come segnali possono assumere valori in un insieme continuo. In un insieme continuo di valori vale la regola: tra due valori ne esiste sempre un altro. Pensiamo ai reali …

ELABORATORE DIGITALE

Elabora informazioni convertendole in segnali digitali basati sul sistema binario

E’ veloce, preciso e colleziona, analizza ed elabora grandi quantità di informazioni

COSA SONO LE INFORMAZIONI ?

Informazioni

Sono codificate come sequenza di numeri binari

Dati

Istruzioni

Ma cosa sono i numeri binari?

I numeri che comunemente usiamo sono scritti in base 10, vale a dire si hanno a disposizione 10 simboli per comporre i numeri e precisamente

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Arrivati al 9, il numero successivo riutilizza le cifre

già usate ma usa due posizioni 10. Un qualsiasi numero si può scrivere come somma di

potenze di base 10 e precisamente: 345 = 5 x 100 + 4 x 101 + 3 x 102 (scrittura polinomiale)

100 = 1 101 =10 102 = 100 e quindi si ha 5x1+4x10+3x100 = 5+40+300 = 345

Cosa accade in base 2?

Ragioniamo ora in base 2, i simboli a disposizione sono solo 2 e sono 0 ed 1.

Con una cifra abbiamo solo 0 ed 1 Con 2 cifre abbiamo 10 11 Con 3 cifre abbiamo 100 101 110 111 Base 10 Base 2 0-----------0 1-----------1 2-----------10 3-----------11 4-----------100 5-----------101 6-----------110 7-----------111 8-----------1000

Trasformazione dalla base 10 alla base 2

Esercizio Dato il numero 14 in base 10 trasformalo in base 2.

Metodo delle divisioni successive 14 2 Divido fin quando trovo 0 7 2 risultato 0 e leggo i 1 3 2 resti dal basso verso 1 1 2 l’alto 1410=11102

1 0

Trasformazione dalla base 2 alla base 10

Esercizio Dato il numero in base 2 11101 trasformalo in base 10.

Ricordiamo le potenze del 2 … 20=1 21=2 22=4 23=8 24=16 La scrittura polinomiale diventa 11101 = 1x20+0x21+1x 22+1x 23 +1x 24

= 1+0+4+8+16 = 29 che è il numero in base 2

BIT

Con i numeri binari si possono fare tutte le operazioni che si fanno con i numeri decimali tenendo conto che si hanno solo i due simboli 0 ed 1

Nel computer le informazioni vengono scritte come sequenze di numeri binari.

Il bit è la più piccola informazione e può assumere solo due valori, l’insieme di più bit mi da le parole.

Byte = 8 bit Codifica = informazione -------codice Decodifica = codice -------- informazione

PROGRAMMASuccessione di istruzioni necessarie a fornire le informazioni desiderate (risultati) a partire dalle informazioni iniziali ( dati)

PROBLEMA

ALGORITMO

CALCOLATOREDATI RISULTATI

Un calcolatore è una macchina in grado di ….

Ricevere dati di un problema e il programma per risolverlo

Memorizzare informazioni Eseguire operazioni aritmetiche e logiche Fornire i risultati

Queste funzioni sono in corrispondenza biunivoca con le parti che costituiscono un sistema informatico

Un sistema di elaborazione dati è costituito da

HARDWARE … struttura fisica

SOFTWARE … programmi ( software di base, software applicativo)

FIRWARE … microprogrammi scritti nella memoria permanente che agiscono sullo strato hardware

HARDWAREstruttura fisica

C.P.U. unità di elaborazione, processore RAM memoria principale, fissa, limitata,

volatile, accesso rapido all’informazione MEMORIA SECONDARIA (di massa) per

memorizzare grandi quantità di dati, informazione persistente ma accesso meno rapido

UNITA’ INGRESSO-USCITA (periferiche) BUS DI SISTEMA collega gli elementi e

consente lo scambio di dati

Dati ed istruzioni sono codificati mediante impulsi elettrici

L’informazione base si chiama BIT ed è di tipo binario, cioè può assumere solo 2 valori (0 ed 1)

La CPU esegue operazioni in aritmetica binaria

Il linguaggio macchina è basato sulle sequenze di bit

SOFTWAREInsieme dei programmi

di base Software applicativo Sistema operativo = insieme dei programmi che

consentono l’utilizzo di tutte le funzionalità dell’elaboratore.

Traduce le richieste dell’utente in sequenze di impulsi da trasmettere all’HW e viceversa.

AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE = insieme di programmi che facilitano la scrittura di programmi applicativi

Programmi applicativi = per risolvere problemi specifici usando linguaggi di programmazione ad alto livello

CHE COS’E’ IL BIOS?

Il Basic Input-Output System o BIOS è il primo codice che viene eseguito da un personal Computer IBM compatibile dopo l'accensione, ed ha tre funzioni principali:

Eseguire una serie di test diagnostici per controllare lo stato di funzionamento dell'hardware e segnalare eventuali guasti rilevati tramite un codice sonoro (beep code);

Localizzare il sistema operativo e caricarlo nella RAM;

Fornire una interfaccia software per l'accesso alle periferiche e all'hardware del PC.

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

U.C. (unità di controllo)C.P.U. Unità centrale

ALU (unità aritmetica e logica)

MEMORIA CENTRALE (contiene le informazioni per eseguire un programma)

PERIFERICHE I/O (ingresso, uscita)

BUS DI SISTEMA (collega gli elementi)

N.B.: Vi è una corrispondenza biunivoca tra i componenti logici di un elaboratore e le fasi di risoluzione di un problema.

ACQUISIZIONE INFORMAZIONI

ELABORAZIONE

VISUALIZZAZIONE DEI RISULTATI

1) L’acquisizione delle informazioni avviene attraverso le unità d’ingresso

2)I dati vengono immagazzinati in memoria

3)La CPU estrae i dati dalla memoria, decodifica ed esegue le istruzioni

4)I risultati vengono forniti dalle unità d’uscita

Le istruzioni comportano operazioni aritmetiche e logiche oppure trasferimento di informazioni da un’unità all’altra e i trasferimenti avvengono sul bus di sistema che abilita il collegamento logico tra due unità.

Le fasi di elaborazione si succedono in modo sincrono rispetto alla scansione temporale impostata dall’orologio di sistema (CLOCK).

Il CLOCK sta nell’unità di elaborazione e stabilisce le funzioni da fare nell’intervallo di tempo.

UNITA’ DI INGRESSO/USCITA

Preposte alla comunicazione con il mondo esterno

Ingresso … per inserire dati (tastiera, mouse,jostick, microfono,memorie, floppy,fotocamere e videocamere digitali, webcam, scanner, modem)

Uscita … visualizzano i dati elaborati (monitor, stampante, memorie, floppy, modem)

Hard copy = risultati in forma permanente (stampante, dischi)

Soft copy = risultati in forma volatile (monitor)

TASTIERA (input)Per inserire lettere, numeri e simboli speciali

MOUSE TRACKBALL (input)

Mouse = è un dispositivo di puntamento Muovendosi si sposta una pallina interna

spostando il cursore sul video, il tasto sinistro e destro attivano un comando

Trackball = è un dispositivo di puntamento

Si muove una sfera con la mano e il contenitore rimane fermo (nei portatili)

MONITOR (output)

CRT (tubo a raggi catodici)

Sono di 2 tipi

LCD (a cristalli liquidi)

La grandezza del monitor si misura in diagonale e in pollici (un pollice= 2,54 cm) inches =lunghezza diagonale in pollici15 -17 - 21 pollici

Il punto video è il pixel; risoluzione video = numero di pixel che è possibile visualizzare e dipende dalla scheda video VGA: 640x480 SVGA: 800x600 1024x768 1280x1024

Colori: la visualizzazione dei colori avviene mandando sullo schermo fasci di 3 colori base (rosso, verde, blu) attraverso una griglia di piccoli fori; la distanza tra i fori è il dot picth (più è piccolo e più è nitida l’immagine)

Il Byte e i suoi multipli La quantità di memoria di un computer e la grandezza di

un documento si misurano con i multipli del byte.

I multipli si ottengono moltiplicando convenzionalmente per 1024 poiché questo è potenza del 2 (1000 no)

1 KB(chilobyte) = 1024 B

1 MB(megabayte) = 1024 KB

1 GB(gigabyte) = 1024 MB

1 TB(terabyte) = 1024 GB

MEMORIE (input, output)

CD vengono registrati con masterizzatori e letti dal lettore CD inserito nel computer (700 MB).

CD ROM lettura e scrittura vengono eseguite attraverso un raggio laser.

I CD riscrivibili si possono masterizzare più volte.

I DVD sono unità che combinano due tecnologie: magnetica nella scrittura e laser nella lettura. ( da 3 a 7 GB)

Le MEMORY KEY USB sono piccole chiavi che si inseriscono nella porta USB (da 64 a 512 MB)

FLOPPY (input, output)

Un floppy disk permette di memorizzare i documenti (file) elaborati sul computer.

Un floppy contiene una memoria magnetica su un dischetto che, attraverso un indice, individua il settore libero dove memorizzare o la posizione del file richiesto.

Capacità : i dischetti da 3,5 pollici hanno capacità di 1,4 MB.

STAMPANTE (output)

A getto d’inchiostro Laser

Risoluzione grafica: dpi (dots per inches)

Velocità di stampa: caratteri al secondo o pagine al minuto

MODEM (input/output)

Trasforma i segnali digitali in analogici per il trasferimento via telefonica al altri elaboratori

Velocità di trasmissione = baud = bit al secondo

SCANNER (input)

E’ un dispositivo che trasforma le immagini analogiche in segnali elaborabili a computer.

A uno scanner è abbinato un programma che riconosce i caratteri a stampa del documento scansionato e permette poi di trattarlo come un testo scritto al computer.

JOYSTICK e MICROFONO(input)

Joystick per i videogiochi

Microfono per acquisire messaggi sonori

I suoni vengono registrati in forma digitale quindi si possono poi modificare tagliare sovrapporre

ALTOPARLANTI(output)

Diffondono i segnali acustici provenienti dal computer.

L’intensità del suono è regolabile. Esiste anche una presa per l’ascolto in

cuffia. E’ la scheda audio che elabora i dati

sonori e li trasforma in segnali analogici che gli altoparlanti diffondono come onde sonore.

FOTOCAMERE E VIDEO CAMERE DIGITALIWEB CAM

FOTOCAMERE E VIDEO CAMERE DIGITALI La foto scattata si può vedere subito in un piccolo

monitor ed eventualmente cancellare. Le immagini vengono riversate in un computer dove si possono vedere modificare e stampare.

WEB CAM E’ una telecamera che viene posta sopra il

monitor per riprendere chi opera al computer. Permette di comunicare in rete tra più utenti che si possono scambiare immagini, voci e suoni in diretta.

MEMORIA PRINCIPALE

E’ una successione di elementi detti bit La memoria centrale contiene tutte le informazioni che

devono essere elaborate in breve termine Ha dimensioni ridotte, costo elevato, tempo di accesso

basso. Ciclo di memoria = tempo necessario a trasferire le

informazioni e CPU non volatili = conservano le informazioni in assenza di alimentazione Memorie volatili = perdono i dati in assenza di alimentazione

TIPI DI MEMORIA(memoria centrale)

Memoria

ROM

E’ permanente ed è di sola lettura ed è permanente. Non può essere modificata in quanto contiene le informazioni e le procedure fondamentali che consentono ad un computer di funzionare correttamente

RAM

E’ una memoria ad accesso casuale, è riservata ai dati e ai programmi immessi dall’utente, quando vengono memorizzati ed elaborati dalla CPU. Quando si spegne il computer si svuota ed il suo contenuto si perde.

L’UNITA’ CENTRALECPU

E’ un microprocessore, il centro del computer che organizza e controlla l’elaborazione delle informazioni.

E’ l’elemento principale per valutare le prestazioni di un computer.

Il più diffuso è il pentium. ALU (aritmetica e logica) CPU UC (controllo)

Per saperne di più

Un microprocessore (spesso abbreviato con µP) è un componente elettronico digitale formato da transistor racchiuso in uno o più circuiti integrati.

Il transistor (o transistore) è un dispositivo a stato solido formato da semiconduttori.

I transistor vengono impiegati in ambito elettronico, principalmente, come amplificatori di segnali elettrici o come interruttori elettronici comandati da segnali elettrici.

Un circuito integrato è un dispositivo elettronico costituito dall'integrazione di un circuito elettronico su di un substrato di materiale semiconduttore.

UC e ALU

L’ UC regola il flusso dei dati che arrivano dall’esterno, organizza le istruzioni in memoria, ordina le operazioni da fare, invia i risultati alle memorie o all’unità di uscita.

L’ALU esegue le operazioni aritmetiche, le operazioni logiche e il trasferimento dei dati necessario al programma in uso.

La velocità di un processore si misura in cicli al secondo (miliardi)

SCHEDA MADRE

Tutti i componenti del computer sono collegati alla scheda madre.

E’ una lastra verde in vibra di vetro in cui viene inserito il microprocessore, i cip di memoria, le schede video ed audio, le prese per inserire modem, espansioni di memoria, i drive del disco fisso, dei dischetti e dei CD ROM.

Contiene anche i bus.

PORTE

Nel computer ci sono le PORTE cioè le connessioni che permettono di collegare il pc alle periferiche.

Il tipo più diffuso è l’USB che permette il collegamento diretto e semplice.

Disco fisso o rigido, unità di memoria di massa, formata da più dischi magnetici chiusi ermeticamente in un contenitore.

Può contenere oltre 100 GB. I dischi ruotano velocemente e i dati

sono letti o scritti da apposite testine magnetiche di lettura o scrittura.

HARD DISK

LETTORE CD E MASTERIZZATOREMODULATORE

Il lettore CD-ROM serve per leggere un CD-ROM. Gli impulsi ottici sono trasformati in segnali elettrici che il computer elabora in immagini suoni e testi.

Il masterizzatore registra i file su un CD. Il modulatore trasforma trasforma i

segnali elettrici del computer in segnali luminosi per il video.

Come si classificano i computer?

I supercomputer sono i più potenti, i più veloci e i più costosi. Sono utilizzati principalmente nelle università e nei centri di ricerca.

I mainframe hanno processori potenti e grande quantità di memoria RAM. Sono particolarmente utilizzati in multiutenza, ossia da più persone contemporaneamente, ciascuna delle quali utilizza un terminale collegato al mainframe. Sono molto costosi, pertanto sono utilizzati da grosse società commerciali, banche, ministeri, aeroporti.

I minicomputer sono elaboratori un po' più piccoli ma in grado di gestire grandi quantità di dati in multiutenza. Il loro costo è dell'ordine di decine di milioni e sono usati da società di medie dimensioni.

I personal computer sono quelli usati per lavoro d'ufficio o in ambito domestico da un solo utente per colta. Una ulteriore distinzione può essere fatta tra computer da tavolo (desktop computer) e portatili (notebook o palmtop)

Da cosa dipendono le prestazioni di un computer?

Tipo di CPU. Un processore a 8 bit è intrinsecamente più lento di uno a 32 bit perché occorrono meno cicli di clock per configurare una operazione logica o matematica.

Velocità di Clock. Il clock è la cadenza interna del computer che configura una operazione elementare. Un processore a 4,76 MHz esegue 4.760.000 operazioni al secondo, mentre uno a 800MHz ne esegue 800.000.000. Il secondo è circa 168 volte più veloce del primo; in altri termini se il primo impiega circa tre minuti per fare una operazione il secondo impiega solo 1 secondo.

Memoria cache. La memoria cache è una memoria velocissima perché è integrata nella CPU e quindi ad essa il processore accede con estrema velocità. I dati transitori possono essere conservati nella cache oppure nelle altre memorie che sono sempre meno veloci. Quanta maggiore è la memoria cache di un computer tanto migliori sono le sue prestazioni. 256kb o 512kb di memoria cache sono comuni nei moderni computer.

RAM. Nella RAM risiedono le istruzioni dei programmi, i dati che servono per lavorare, i dati transitori. La RAM è una memoria veloce; se la CPU non trova RAM disponibile per depositare i dati, li deposita sulla memoria di massa, meno veloce. E' chiaro che maggiore è la quantità di RAM, maggiori saranno le prestazioni del computer, almeno fino ad esaurimento della richiesta di memoria, nel senso che, se la richiesta di memoria da parte della CPU non supera mai i 128Mb, anche se sul computer sono presenti 256Mb, il di più non verrà sfruttato.

Hard Disk. La memoria di massa è lenta di per sé, ma esistono Hard Disk di velocità diverse. Se la CPU fa molto ricorso all'Hard Disk è chiaro che quelli ad accesso più veloce daranno migliori prestazioni. La capacità dell'Hard Disk è meno importante: essa determina solo quante informazioni possiamo memorizzare permanentemente. Hard Disk di 15Gb sono divenuti comuni.