Concetti di base della Tecnologia dell'InformazioneI Computer

Tecnologia e Società

• Nascita di una “New economy”

• Aumento della produttività in tutti i campi

• Riduzione dei tempi e delle attese per i servizi

La nuova società dell’informazione è caratterizzata da un impiego più ampio delle risorse informatiche. Conseguenze sul lavoro e sulla vita quotidiana:

Tipi di computer

• Mainframe

• Minicomputer

• Network computer

• Personal computer

• Laptop computer

• Palmari

Mainframe

• Prestazioni elevate

• Costo elevato

• Impiego in grandi sistemi aziendali o nelle grandi banche

• Numero utenti elevato

• Per accedere si utilizzano terminali

• Necessitano per il funzionamento di personale specializzato

Minicomputer

• Prestazioni medie

• Costo medio

• Impiego come sistema dipartimentale o come sistema per medie aziende

• Numero di utenti medio

• Richiedono per il loro funzionamento personale ridotto e con una minore specializzazione

Network computer

• Prestazioni basse

• Costo molto basso

• Impiego per il collegamento con altri computer

• Destinati al singolo utente

Personal computer

• Prestazioni basse adatte all’uso domestico e di ufficio

• Costo basso

• Impiego individuale

Laptop computer

• Prestazioni basse

• Costo basso (anche se leggermente più alto paragonato a PC di pari potenza)

• Impiego come sistema individuale portatile

• Possiede una alimentazione elettrica autonoma (batteria)

• Limitazioni nel collegamento di periferiche

Palmari

• Prestazioni molto basse

• Costo basso

• Impiego individuale, come sistema tascabile in grado di prendere appunti fare da agenda, ed elaborazioni semplici

• Possiede una alimentazione elettrica autonoma (batteria)

• Limitazioni nel collegamento di periferiche

Terminali

• Intelligenti

• Stupidi

I terminali sono impiegati per accedere ai sistemi multiutente e si dividono in due tipi:

Terminali

Intelligenti:

Sono dotati di capacità elaborative proprie; ad esempio quando utilizziamo il personal computer per collegarci ad un sistema multiutente.

Terminali

Stupidi:

Non sono dotati di capacità elaborative proprie e dipendono totalmente dal computer al quale sono collegati.

Componenti base di un PC

• Memoria centrale

• CPU (Central Processing Unit) o unità centrale di elaborazione

• Unità periferiche di input e output

Componenti base di un PC

Memoria Centrale

CPU

Schema semplificato di rappresentazione di un elaboratore (si rifà al modello Von Newmann della metà degli anni ’40).

bus DMA

bus I/O

disco video mouse tastiera

Si suddividono in :

• Memorie veloci

• Memorie di massa

Dispositivi di memoria

• RAM (Random Access Memory), memoria usata per la registrazione dei dati e dei programmi al momento della loro esecuzione. E’ detta anche memoria principale o centrale.

• ROM (Read Only Memory ), memoria il cui contenuto non può essere modificato.

Dispositivi di memoriaMemorie veloci

Dispositivi di memoriaMemorie veloci: ROM

Viene utilizzata in genere per la registrazione di programmi particolari (Firmware).

Un esempio di Firmware è il BIOS.

Il BIOS (Basic Input Output System) è costituito dall’insieme di quelle procedure software che permettono al computer di inizializzare nelle fasi di avviamento, altri dispositivi, come la tastiera, il monitor, le unità disco.

Dispositivi di memoriaRAM

Essa ha le seguenti caratteristiche:

• I dati devono poter essere registrati

• I dati registrati devono poter essere localizzati

• I dati registrati devono poter essere letti

• I dati registrati devono poter essere modificati, mediante comandi opportuni

Dispositivi di memoriaRAM

La RAM non può essere l’unico supporto di registrazione di dati e programmi in quanto:

• Essendo veloce, è anche costosa e quindi ha necessariamente capacità limitata

• E’ volatile, e questo significa che dati e programmi registrati vengono perduti al momento in cui viene a mancare l’alimentazione elettrica, cioè quando spengiamo il computer

Dispositivi di memoriaRAM: In pratica

In un sistema una quantità di memoria alta permette:

• un numero maggiore di programmi in esecuzione

• possibilità di lavorare agevolmente con dati di grandi dimensioni

• quindi in generale performance migliori

• Hard disk o disco fisso

• Floppy disk o dischetto

• CD-ROM, CD-R

• DVD-ROM, DVD-R

• Tape, data cartridge,…

Dispositivi di memoriaMemorie di massa

• E’ costituito da una pila di piatti registrabili su entrambe le superfici

• La registrazione avviene su piste magnetiche disposte nelle superfici dei piatti

• Solitamente contenuto all’interno del case, può anche essere una periferica esterna

• Non è estraibile ed ha elevata capacità

Dispositivi di memoriaHard disk

E’ il principale sistema di memorizzazione di massa:

• I dati sono memorizzati in piste ottiche concentriche disposte su una superficie

• La sigla ROM (Read Only Memory) sta a significare che non vi si può scrivere

• E’ estraibile ed ha una buona capacità

• La lettura avviene tramite apposito lettore

Dispositivi di memoriaCD-ROM

E’ il principale supporto per la distribuzione dei programmi ed ha le seguenti caratteristiche :

Dispositivi di memoriaCD-R

Ha le stesse caratteristiche del CD-ROM ad eccezione del fatto che vi si può scrivere sopra una sola volta, tramite un apposito apparecchio chiamato masterizzatore.

• I dati sono memorizzati in piste ottiche concentriche disposte su una superficie

• Esistono i vari tipi come per il CD: ROM e scrivibili

• E’ estraibile ed ha una capacità più elevata del CD

• La lettura avviene tramite apposito lettore

Dispositivi di memoriaDVD

Il nuovo supporto che sta rimpiazzando il ruolo che fino ad adesso aveva il CD :

• E’ costituito da un piatto magnetico chiuso in una custodia quadrata di plastica rigida con uno sportello scorrevole

• Ha una capacità molto bassa

• Ha due perforazioni quadrate : la presenza di una determina la capacità, l’altra otturabile è la protezione da scrittura

• La lettura e la scrittura avvengono tramite l’apposito dispositivo

Dispositivi di memoriaFloppy disk

E’ il principale sistema di trasferimento di dati da un PC a un altro :

Dispositivi di memoriaUnità di backup

Esistono altri tipi di supporti come ad esempio:

• Datacartridge

• Tape o cassetta a nastro magnetico

ma il loro utilizzo è limitato solo al backup, e a depositare grandi quantità di dati, in quanto la loro velocità è molto bassa.

Dispositivi di memoriaCapacità della memoria

L’informazione registrata nei vari supporti non è altro che una sequenza di elementi elettronici, magnetici o ottici, in grado di assumere due diversi stati: 0 e 1.

Tali elementi prendono nome di BIT (contrazione di binary digit, cifra binaria)

Dispositivi di memoriaCapacità della memoria: byte

Il singolo bit e in grado di rappresentare 2 diverse possibilità. Per rappresentare informazioni maggiori è necessario utilizzarli a raggruppamenti: ad esempio per rappresentare le 10 cifre numeriche avremo bisogno di almeno 4 bit (cioè 16 combinazioni).

Nei sistemi vengono solitamente utilizzati raggruppamenti di 8 bit , che vengono chiamati byte

Dispositivi di memoriaCapacità della memoria: byte

I multipli del byte sono :

•Kbyte 1024byte(2 alla 10)

•Mbyte 1024Kbyte

•Gbyte 1024Mbyte

•Tbyte 1024Gbyte

Dispositivi di memoriaCapacità della memoria: byte

Nella memoria centrale ciascuno dei byte può contenere un carattere e quindi tutte le operazioni devono fare riferimento a stringhe di byte.

Per questo per individuare un dato in memoria dovremo conoscere l’indirizzo del primo dei byte e la lunghezza .

Dispositivi di memoriaCapacità della memoria: byte

Da centinaia molti milioni

TabelleData base

Da centinaia a molte migliaia

RecordTabella-file

Da decine a migliaia di byte

CampiRecord

Da uno a poche decine di byte

CaratteriCampo

1 byteCarattere

DimensioniInsieme di…Elemento

Dispositivi di memoriaRiepilogo

SiNoSiBassaAlta (GB)backupDC

SiNoNoMediaAlta

(4-17 GB)

trasferimentoDVD

SiNoNoMediaMedia

(650-700 MB)

trasferimentoCD

SiNoSiBassaBassa

(1,44 MB)

trasferimentoFloppy

NoNoSiMediaAlta (GB)archiviazioneHard disk

NoSiSiAltaBassa

(8-512 MB)

elaborazioneRAM

TrasferibilitàVolatilitàAggiornamentoVelocitàCapacitàFunzioneTipo

CPU (Central Processing Unit)

L’unità centrale di elaborazione raggruppa le funzioni di calcolo e di supervisione dell’elaboratore, e per questo ha i seguenti compiti:

– eseguire le istruzioni dei programmi contenuti nella memoria centrale

– gestire, controllando il funzionamento, le unità periferiche di ingresso e uscita dei dati (input/output)

CPU (Central Processing Unit)

E’ costituita da un microprocessore, che viene collocato nella scheda madre (che verrà trattata successivamente), ed è composta da due parti fondamentali:

• ALU (Arithmetic Logic Unit): la componente che esegue le istruzioni di calcolo e di confronto tra dati

• Unità di controllo: che attiva e controlla le operazioni di ingresso e uscita dei dati

CPU (Central Processing Unit)

• La velocità della CPU si misura in MIPS (milioni di istruzioni per secondo).

• La velocità è proporzionale alla frequenza del clock (una sorta di orologio interno). Infatti ad ogni ciclo corrisponde l’esecuzione di un’ istruzione elementare. La frequenza del clock si misura in Mhz (Megahertz, cioè milioni di cicli al secondo)

CPU (Central Processing Unit)Istruzioni

• un codice operativo, che indica quale operazione deve essere eseguita

• uno o più operandi che forniscono i dati (o gli indirizzi della memoria dove sono memorizzati) sui quali effettuare le operazioni e l’indirizzo dove mettere un eventuale risultato

Durante l’esecuzione la cpu preleva una ad una le istruzioni, le interpreta, le esegue e passa a quella successiva. Esse sono formate da :

CPU (Central Processing Unit)Istruzioni

Esempio di istruzione

CPU (Central Processing Unit)Istruzioni

• Istruzioni aritmetiche

• Istruzioni di ingresso e uscita dati

• Istruzioni di analisi e trasferimento di controllo

• Istruzioni di trasferimento dati in memoria

In funzione dei vari codici operativi, sono disponibili:

CPU (Central Processing Unit)Istruzioni

• Trasferimento dell’istruzione dalla memoria centrale alla CPU

• Decodifica del codice operativo e degli operandi, in modo da predisporre l’esecuzione

• Trasferimento dati su cui operare

• Esecuzione

• Trasferimento dei risultati alla memoria centrale

Il ciclo completo di esecuzione di una istruzione prevede:

Scheda Madre (Mother Board)

• I bus di sistema (cioè i canali di comunicazione tra CPU e dispositivi)

• Il BIOS

• L’orologio di sistema

• Gli attacchi fisici per i dispositivi input/output

• Talvolta a seconda del modello, le periferiche possono essere integrate in essa.

E’ la scheda situata all’interno del case dove sono collegati tutti i dispositivi hardware (memorie, unità di input e output) e la CPU. Essa implementa:

Scheda Madre (Mother Board)

Dispositivi di input

• Tastiera

• Mouse

• Scanner

• Microfono, lettore di schede, ….

Dispositivi di output

• Schermo video (monitor)

• Stampante

• Plotter, casse acustiche, …

Software

• Software di sistema

• Software applicativo

Software Sistema operativo

• Gestione dell’ unità centrale di elaborazione

• Gestione della memoria centrale tra i più programmi (in esecuzione)

• Gestione delle unità di input/output

• Gestione delle operazioni di lettura/scrittura sulle memorie di massa

Esso è un insieme di processi che consentono all’utente di utilizzare le risorse del computer ed eseguire programmi. Le principali funzioni sono:

Software Sistema operativo

E’ costituito da:

• Supervisore – la parte che si incarica di interfacciarsi con l’hardware

• Spool – si incarica di gestire i processi di stampa

• Programmi di gestione delle librerie

• Utilità di diagnosi e configurazione

• Interfaccia grafica

SoftwareEsempio di interfaccia grafica (GUI)

Software

Software applicativo

• Software specifico (programmi di contabilità, gestione del personale,…)

• Software general purpose (gestione di testi,foglio di calcolo, database, publishing,…)

• Analisi del problema

• Esplicitazione della soluzione attraverso rappresentazione simbolica

• Programmazione

• Traduzione del programma

• Testing del programma

SoftwareSviluppo

Nella progettazione e realizzazione del software, si susseguono diverse fasi fino ad arrivare alla disponibilità del programma:

Il Linguaggi di programmazione sono stati creati per semplificare il compito di sviluppare software, in quanto sono più vicini al nostro linguaggio parlato. Le loro caratteristiche infatti sono :

Ne esistono diversi, ed i più comuni sono il Basic, il Pascal, ed il C.

• la sintassi, cioè una forma con cui scrivere le istruzioni

• la semantica, cioè ogni comando svolge determinate azioni

SoftwareSviluppo: Linguaggi di programmazione

SoftwareSviluppo: traduzione

La fase di traduzione ha il compito di rilevare eventuali errori e di convertire in linguaggio macchina il programma. Ciò può avvenire in due modalità :

• tramite programma interprete: le istruzioni vengono tradotte ed eseguite una alla volta

• tramite programma compilatore: viene tradotto l’intero programma

SoftwareSviluppo: Linguaggio macchina

• è un linguaggio comprensibile solo dal computer

• ogni tipo di computer ne ha uno proprio

• è composto dal set di istruzioni macchina codificate in bit

Esempio: i Personal Computer fino ad oggi hanno utilizzatoun set di istruzioni macchina chiamato i386.

SoftwareSviluppo: testing

La fase di testing è la fase più delicata. Sottoporre il programma a collaudo significa preparare tutti i casi di prova, che prevedono tutte le possibili combinazioni di situazioni diverse. Tutto questo serve a vedere se il funzionamento è sempre corretto e se ci sono errori nel programma.

Capita talvolta che alcuni errori non vengano trovati: in gergo sono chiamati bug.