Architettura e nozioni di base

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Cos’è un computer: architettura e nozioni di base

V1.0, 09/11/2012

Bruno Boni Castagnetti, Nicoletta Giorda, Franco Marra

Sindacato Pensionati

Corsi di Informatica per Anziane e Anziani

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Contenuto della lezione

• In questa lezione si spiega com’è fatto fisicamente un computer seguendo la descrizione architetturale di Von Neumann, come sono archiviati i dati e cosa significa il loro tipo

• L’esercitazione riguarderà la navigazione sul sistema di archiviazione (file system) a partire dal menù di start (cartelle e programmi), l’apertura di una o più cartelle e lo spegnimento del computer


Due definizioni di base

• Hardware (ferraglia): i componenti fisici del computer• Software (morbidume): l’insieme di programmi che “girano”

sull’hardware, e che gli dicono cosa deve fare, comandandolo e guidandolo nei suoi compiti

• L’hardware è usualmente descritto dalla cosiddetta “architettura di Von Nuemann”

• Il software è costituito da due grossi insiemi di programmi:– Il sistema operativo (OS: Operating System) che gestisce l’hardware– Il software “applicativo”, progettato per rispondere a specifici

problemi del mondo reale


John Von Neumann• Uno dei più insigni matematici del XX secolo• Insieme a Oskar Morgesten, padre della teoria dei giochi• Autore dell’”Architettura di Von Neumann” e padre dell’EDVAC (Electronic Discrete Variables

Automatic Computer), prima macchina digitale programmabile secondo un software, sul modello della Macchina di Turing (per i più curiosi guardare questa presentazione)

• “Gli anni della guerra vedono von Neumann coinvolto nel progetto Manhattan per la costruzione della bomba atomica; è un coinvolgimento alimentato da un profondo odio verso i nazisti, i giapponesi e successivamente verso i sovietici. Già nel 1937, dopo aver ottenuto la cittadinanza statunitense, gli viene proposto di collaborare con le forze armate e da quel momento la sua escalation ai vertici delle istituzioni politico-militari non conoscerà più soste. È lui a suggerire come deve essere lanciata la bomba atomica per creare il maggior numero di danni e di morti, è lui che interviene nella costruzione della bomba al plutonio realizzando la cosiddetta "lente al plutonio", ed è ancora lui a incentivare la costruzione di ordigni nucleari sempre più potenti. Ma si spinge oltre, proponendo alle autorità militari di bombardare preventivamente l’Unione Sovietica per scongiurare il pericolo rosso. La sua teoria dei giochi viene utilizzata in questo contesto per studiare e ipotizzare tutti i possibili scenari bellici che si possono sviluppare in seguito a certe decisioni. Il fervore con cui appoggia lo sviluppo degli ordigni atomici lo spinge a seguire di persona alcuni test sulle armi nucleari nella seconda metà degli anni quaranta, che raggiungeranno l'apice con l'esplosione della bomba H nelle Isole Marshall nel1952. Probabilmente saranno proprio le radiazioni sprigionate da questi test a condannarlo a morte, da lì a poco.”

http://it.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann

http://it.wikipedia.org/wiki/Oskar_Morgenstern

http://it.wikipedia.org/wiki/Oskar_Morgenstern

http://it.wikipedia.org/wiki/Macchina_di_Turing

http://it.wikipedia.org/wiki/Macchina_di_Turing

http://www.slideshare.net/FrancoMarra/la-macchina-di-turing-14084338


L’architettura di Von Neumann

CPU = CentralProcessing Unit

DiscoRAM = RandomAccess Memory

Memoria Input / Output

BUS

http://it.wikipedia.org/wiki/Architettura_di_von_Neumann





La memoria• Composta da memoria a lungo periodo (memoria di massa,

tradizionalmente un disco magnetico) che contiene i programmi e i dati:– Mantiene i dati anche a computer spento– Relativamente lenta ma poco costosa e di grande capacità (alcune centinaia di

Gigabyte: per questa ed altre unità di misura vedere le definizioni in appendice)– Viene indirizzata a grossi blocchi (file)

• Da una memoria di lavoro (RAM: Random Access Memory – Memoria ad Accesso Casuale), che contiene il programma in esecuzione e i suoi dati– Perde tutti i dati quando si spegne il computer– Molto veloce, costosa e dalle dimensioni relativamente modeste (qualche

Gigabyte)– Il componente elementare è detto “cella” e ha una dimensione tipica di 64 bit– Viene indirizzata a livello della singola cella

• Dalla memoria “rimovibile”: assai simile alla memoria di massa, si presenta abitualmente sotto forma di “chiavette” USB, assai utili per trasferire dati da un computer all’altro o per salvarli per cautelarsi contro una rottura del disco (back up)– Le chiavette si “montano” e “smontano” secondo una particolare procedura


La CPU (Central Processing Unit: unità centrale di elaborazione)

• Il vero “cervello” del computer• Serve all’esecuzione dei programmi • Un programma viene prima caricato dalla memoria di

massa alla memoria di lavoro• Ogni istruzione del programma viene caricata dalla

memoria di lavoro nella CPU ed eseguita• L’esecuzione dell’istruzione implica il trasferimento di dati

elementari dalla memoria nella CPU, la loro elaborazione e il trasferimento dei dati risultato in memoria, o il salto ad altri punti del programma, assoluto o a fronte di condizioni

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Le unità di Input Output• Le unità di Input / Output interfacciano il mondo

reale, dando significato concreto ai dati elaborati del computer mediante la loro interpretazione

• Un programma è “corretto” quando produce risultati verificabile nella realtà

?Mondo reale,Significato

Elaborazioni del computer


File, fotografie e musica• Ad esempio:

– Una sequenza di dati viene tradotta dall’altoparlante in musica, che ha significato per l’uomo

– Un’altra sequenza di dati viene tradotta dallo schermo in una foto, che ha significato per l’uomo

– Se si manda la sequenza di dati della musica sullo schermo si ottiene una figura senza “significato”

– Se si manda la sequenza di dati della foto sull’altoparlante si ottengono suoni sgradevoli (senza significato)

• Le sequenza di dati, opportunamente organizzate in un “file” (“archivio”: pezzo di memoria di massa con un nome) hanno un tipo, che serve alla loro corretta interpretazione. Ad esempio:– Tipo foto: jpg (JPEG: Joint Photographic Expert Group)– Tipo musica: mp3 (MP3: Moving Picture Expert Group audio layer 3)– Tipo documento: doc (indica un file creato da Microsoft Word)

• Ogni tipo di dati viene elaborato da uno o più programmi specifici. Ad esempio:– Jpg: Photoshop– Mp3: Windows Media Player– Doc: Microsoft Office Word

• Che fanno parte del “software applicativo”

http://it.wikipedia.org/wiki/JPG

http://it.wikipedia.org/wiki/Mp3

http://it.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Word


BUS

• Una specie di autostrada che connette tutte le altre componenti

• Consente il trasferimento “in parallelo” delle celle di memoria verso e da gli altri componenti dell’architettura

• Disco => RAM => CPU => RAM => Disco => RAM => Output


Il Sistema Operativo

• Il trasferimento dei dati, la loro archiviazione, la gestione delle unità di Input / Output (periferiche) vengono effettuate da un programma di base, che va automaticamente in esecuzione quando il computer viene acceso

• Questo programma è chiamato Sistema Operativo (OS, Operating System), ed è il gestore dei componenti dell’Architettura di Von Neumann


I sistemi operativi più diffusi• Microsoft

– Windows XP– Windows 7– (Windows 8)

• Apple– OSX– IOS (IPhone e IPad)

• Google– Android

• Software libero (Linux)– Ubuntu– Debian

• I principi generali sono gli stessi, purtroppo le loro interfacce cambiano (pur nel rispetto dei comuni principi generali), per cui diventa impossibile una descrizione di tutti. Durante questi corsi si fa genericamente riferimento agli OS Microsoft perché più diffusi (XP e 7)


Il sistema di archiviazione (File System)• La memoria di massa contiene sia dati che i programmi• Per eseguire un programma o elaborare i dati bisogna prima

trovarli• Per salvare i dati, occorre sapere dove metterli• L’unità di archiviazione in memoria di massa si chiama “file”

(archivio) ed è un pezzo di disco dotato di nome• Il sistema di archiviazione dei file è noto come File System• I file si trovano tramite un programma di base, chiamato

Esplora Risorse, che permette la navigazione sulle “cartelle”• Le cartelle contengono altre cartelle, o file di dati e

programmi, che vengono genericamente detti “oggetti”


L’albero delle cartelle (Win 7)

Musica – la musica di Pippo

O sole mio.mp3

OS (C:) – Il disco

Programmi - i programmiApplicativi, Word etc.

Windows – il Sistema Operativo

Utenti – lo spazioper gli utenti

Pippo – lo spazio di Pippo

Documenti – lo spaziodei documenti di Pippo

Casa – lo spaziodei documenti di Pipporelativi a casa sua

Contratto.doc Affitto.xls

Lavoro – lo spaziodei documenti di Pipporelativi al suo lavoro

Immagini – le foto di Pippo

Il Colosseo.jpg

Pluto – lo spazio di Pluto


Il desktop• Il vostro desktop potrebbe avere un aspetto

simile a questo (windows XP):

Icone


Il pulsante “start”• Il pulsante “start” è una delle porte di ingresso

più importanti che l’utente ha a disposizione per “entrare” nel computer (Windows XP)

• Su Windows 7 ha un aspetto leggermente diverso ma è sempre allo stesso posto


I punti di ingresso

OS (C:)

Programmi. WindowsUtenti

Alessandra

Documenti

Casa

Contratto.doc Affitto.xls

Lavoro

Immagini Musica

Il Colosseo.jpg O sole mio.mp3

Pluto


Apertura di una cartella

• Doppio click sinistro veloce sull’icona della cartella (come per eseguire un programma)


Spegnimento del computer

• Il computer va sempre spento usando il tasto “start”, seguendo la modalità guidata tipica del sistema operativo che si usa


Appendice: glossario e unità di misura della memoria

• Bit, il valore elementare, può essere o 0 o 1• Byte, insieme di 8 bit. Storicamente utilizzata per la memorizzazione dei caratteri

(“A”, “B” etc.)• Stringa: sequenza di byte (o caratteri). “Questa stringa è una stringa” è una stringa

– Domanda: quanti caratteri ha questa stringa? Risposta: 28. Domanda: perché 28 e non 24?• File: pezzo di disco dotato di nome e associato al tipo di dati che contiene• Word (parola o cella): esprime la larghezza del bus, del parallelismo cioè con cui i

dati vengono trasferiti ed elaborati. Nei moderni computer è di 64 bit• Mbyte (Mega byte): 1 milione di byte, tipica unità di misura di un file sonoro o di un

breve filmato su Internet• Gbyte (Giga byte): 1 miliardo di byte, tipica misura di un film su internet, e delle

memorie di massa e di lavoro di un computer• Tbyte (Tera byte): 1000 miliardi di byte, tipica misura dei moderni dischi di memoria• Bps (bit per secondo): velocità di trasferimento su Internet, quelle tipiche sono

dell’ordine dei Mbps (milioni di bit per secondo)


Esercitazione!

FINE

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