Concetti base di informatica

Processo e algoritmo

Con tale termine si intende indicare l'attività di esecuzione di un compito o algoritmo.

La ricetta di una pietanza rappresenta l'algoritmo da seguire

Nel momento in cui comincio a realizzare la ricetta, eseguo un processo

In informatica quindi il processo è la fase di esecuzione di un algoritmo di una procedura

Processore

È un dispositivo elettronico, presente nei calcolatori, in grado di eseguire algoritmi e quindi di fare cose

Se chiedo al computer di fare una serie di calcoli Excel allora sarà il processore che li esegue realmente

Se chiedo al computer di creare un filmato dalle mie foto delle vacanze, è il processore che materialmente esegue la creazione (rendering) del filmato.

Numerazione binaria

Il calcolatore lavora in aritmetica binaria basata su sole due simboli, 0 ed 1.

La sua elettronica è infatti basata su elementi bistabili cioè in grado di assumere due posizioni diverse ON ed OFF

Pertanto esso è predisposto all'uso dell'aritmetica a due simboli, mentre noi siamo abituati ad usare quella a 10 simboli (0,1,2... 9).

I numeri in aritmetica binaria Un numero in aritmetica binaria ha solo i due

simboli 0 e 1 per cui appare cosi:

1001010

A cosa corrisponde tale numero?

Esiste la seguente tabella:

Il computer esaurisce subito la 1° cifra in quanto può usare solo 2 simboli

Il numero 9 usa addirittura 4 cifre binarie

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

Aritmetica binaria

È ovvio che il calcolatore scrive numeri con “molte più cifre” delle nostre

A parità di valore il numero in aritmetica binaria è più lungo

9 1001

Aritmetica posizionale

In entrambe le “aritmetiche” il valore di un numero aumenta se spostiamo a sinistra un simbolo:

1070 7010

Il numero “7100” usa gli stessi simboli “7”, “1” e “0” di “1070” ma vale di più.

Quindi la posizione del “7” incide sul valore del numero

Aritmetica posizionale Il motivo è questo: ogni posizione ha un suo “peso”: la prima sono

le unità, la seconda le decine, la terza cifra sono le centinaia.

1070 è pari ad 1 migliaio più 7 decine, quindi:

1070=1*103+7*101

Mentre 7010 è pari a 7 migliaia e 1 decina:

7010=7*103+1*101

(potenze di 10 perché l'aritmetica è decimale)

Morale: il valore del numero dipende dalla posizione dei simboli

Aritmetica posizionale

Anche l'aritmetica binaria è posizionale

Il numero 5 e 6 hanno entrambi 2 simboli “1” ed un simbolo “0” ma hanno posti diversi!

Vale che:

110 = 1*22+1*21

(Potenze di 2 perché l'aritmetica è binaria)

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

Aritmetica posizionale

110 = 1*22+1*21

(Potenze di 2 perché l'aritmetica è binaria)

Il numero sopra è effettivamente equivalente a 6 (sei) infatti:

110 = 1*22+1*21 =

= 4 + 2 = 6

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

Conversione di base

Si scrive che:

(110)2 = (6)

10 Dove il pedice 2 ed il pedice 10 indicano in che base è da

intendersi il numero.

In altre parole il numero 110 iscritto in base 2 è pari al numero 6 scritto in base 10 cioè quella che usiamo di solito.

Conversione di base

Per fare la conversione di base si usa la regola: “somma di potenze di 2”, cioè si sommano le potenze di 2 ciascuna moltiplicata per la cifra corrispondente.

Esempi :

111 = 1*22+1*21+1*20 = 4+2+1= 7

10110 = 1*24+1*22+1*21 =16+4+2= 22 Quindi 7 nel primo caso e 22 nel secondo.

Potenze di 220 = 1

21 = 2

22 = 4

23 = 8

24 = 16

25 = 32

26 = 64

27 = 128

28 = 256

Mano mano che aumenta l'esponente, i valori raddoppiano.

Conversione in binario

Per ottenere un numero in binario si effettua la

divisione ricorsiva per

2 Si prende il numero dalla colonna dei resti

Il numero si deve leggere dal basso verso l'alto

137 Resti

68 1

34 0

17 0

8 1

4 0

2 0

1 0

0 1

1 0 0 0 1 0 0 1

Verifica

A quanto equivale questo numero?... dobbiamo convertirlo in decimale e dovremmo trovare 137.

10001001 = 1*20+1*23+1*27 =

= 1 + 8 + 128 = 137

1 0 0 0 1 0 0 1

Esercizi:

1100 = 1*22+1*23 = 4+8=12

1101 = 1*20+1*22+1*23 = 1+4+8=13

10000001 = 1*20+1*27 = 128+1=129

10000010 = 1*21+1*27 = 128+2=130 Per abbreviare, contate da sinistra

1,2,4,8,16,32,64,128 ... :

10000010 = 128+2=130

10001100 = 128+8+4=140

Variabili binarie e connettivi logici

Una variabile può contenere un numero binario

a = 11011

E le variabili binarie 0 / 1 possono essere sostituite da Vero / Falso

Sulle variabili binarie posso applicare le operazioni di somma, prodotto, sottrazione, divisione come per l'algebra decimale

Inoltre esistono i seguenti “connettivi logici”:

“e”, “o”, “non”

Connettivi “o”

“O” sta per “oppure” e il connettivo “o” si scrive tra due variabili in questo modo:

a O b

A seconda dei valori di “a” e “b” il connettivo vale:

a b a O b

F F F

F V V

V F V

V V V

Connettivi “o”

a Or b

Quando tale connettivo è vero? “O” sta per oppure, dunque (a Or b) è vera se “a” oppure “b” è vera

a b a O b

F F F

F V V

V F V

V V V

Connettivi “e”

a AND b

Quando tale connettivo è vero? “AND” sta per “e”, “entrambi”, dunque (a AND b) è vera se entrambe, contemporaneamente “a” e “b” sono vere

a b a AND b

F F F

F V F

V F F

V V V

Connettivi “non”

a NOT b

Quando tale connettivo è vero? “NOT” sta per “non”, dunque (Not b) è vera quando “b” è falso

b NOT b

F V

V F

Espressioni logiche

F = b OR (a AND b)

Questa è una espressione con connettivi logici e variabili binarie (dette anche booleane)

Si risolve costruendo la tabella della “Verità” corrispondente:

a b a AND b F

F F F F

F V F V

V F F F

V V V V

F è la OR tra la seconda colonna e la terza

Porte logiche

Ognuno dei 3 connettivi logici AND, OR, NOT si rappresenta con una “porta logica”

AND

OR

NOT

Porte logiche

Ogni “porta logica” ha in ingresso le due variabili a e b ed in uscita il valore del connettivo.

AND

OR

NOT

A a AND bB

A a OR bB

B Not b

Espressioni logiche

F = b OR (a AND b)

Questa espressione è equivalente ad un circuito logico:

Sistema di elaborazione

Le componenti hardware di un S.E. Sono:

CPU - Central Processing Unit (processore) RAM - Memoria centrale INPUT - Dispositivi di input (tastiera) OUTPUT - Dispositivi di output (video, stampanti) HDD - Memoria di massa (DVDdrive, Usb key...)

Le componenti software sono:

I sistemi operativi e di base I software applicativi

Tipi di calcolatori

Tascabili: lettori multimediali, mini controllori

PDA: personal digital assistant (palmari, smartphone, tablet, notebook, desktop pc)

Grandi sistemi di elaborazione: mainframe e supercomputer.

Reti informatiche

Sono su scala locale, metropolitana o sovranazionale.

– LAN, MAN, WAN, GAN La rete Globale si estende su tutto il globo terrestre, esempi

sono

– Internet,

– la rete delle università,

– dei centri di ricerca,

– reti militari.

La CPU

Central Processing Unit

ALU unità aritmetica e logica Esegue i calcoli matematico aritmetici, di logica

Registri: unità elementari di memoria usate per contenere risultati

di operazioni in corso e dati temporanei. CU unità di controllo

Controlla e gestisce lo spostamento dei dati all'interno della CPU

Clock (temporizzatore) Da il tempo a tutte le unità, ad ogni impulso del clock

viene fatto uno spostamento dati o operazione

CPU

Specifiche della CPU

Le caratteristiche di una CPU sono:

La velocità del clock Il numero di “Core” cioè di nuclei interni

Nota bene che:

La velocità varia tra 1GHz e 4 GHz circa

Ghz significa miliardi di Hz impulsi al secondo. I Core sono 1, 2, 4, 6, 8

Ogni CPU possiede al suo interno più CPU collegate a fare il lavoro contemporaneamente.

Dual Core o Quad Core

1 2

3 4

1 2

8 Core al microscopio

1 2 3 4

5 6 7 8

Le memorie

Una memoria RAM è realizzata su schede di forma rettangolare (barrette, dimm) contenenti chip di memoria.

Per avere memorie più grandi:

Uso più chip (4, 8, 16) Uso chip più grandi (128MB, 256MB, 512MB) Uso più bacchette

Termini relativi alle memorie

Chip: scheggia di silicio, rettangolino di plastica in cui è contenuta memoria elettronica.

Pin: contatti elettronici che le bacchette di ram hanno per collegarsi alla scheda madre

Bit e Byte unita di misura della memoria 1 Byte = 8 Bit

KB, MB, GB, TB multipli del Byte

Kb, Mb, Gb, Tb multipli del Bit

Unità di misura

1 Byte = 8 Bit

1 Kbyte = 8 KBit = 1024 Byte = 8192 bit

1 Mbyte = 8 MBit = 1024 Kbyte = 8192 Kbit

1 Gbyte = 8 GBit = 1024 Mbyte = 8192 Mbit

1 Tbyte = 8 TBit = 1024 Gbyte = 8192 Gbit

Ascii estesa

È una tabella con 256 elementi (ASCII estesa) contenente tutti i caratteri alfanumerici, cioè numeri, lettere, simboli, punteggiatura, quindi anche:

@#][^?=)(/&%$£”!ç°°*é:;><

Servono 8 bit per memorizzare informazioni 256 caratteri

Ascii standard

Ha solo 128 caratteri, in figura una porzione.

All'interno della memoria

È come una griglia: ogni quadratino è una cella di memoria e contiene una informazione

Ogni cella può essere di 8bit, 16bit, 32bit, 64bit ed è anche chiamata “parola” o “word”

Alcune memorie sono a “sola lettura” cioè non ci si può aggiungere altre informazioni o modificare le esistenti

cella

cella cella

cella

Schema memoria RAM

Parametri memorie

Dimensione parola: 8bit, 16bit, 32bit, 64bit

Capacità della memoria (4GB, 8GB, 16GB)

Modalità di accesso: solo lettura o r/w

Volatilità: alcune memorie funzionano anche se non alimentate da corrente, altre no

Velocità: si misura in nano-secondi (access time)

Frequenza: si misura in MHz

Indirizzo

Per trovare un dato in una cella di memoria (word) bisogna conoscerne l'indirizzo

Anche gli indirizzi sono espressi in bit

Ram e Rom

La ROM (readly only memory) è di sola lettura

La RAM (random access memory) è di scrittura e lettura

Una ROM è ad uso esclusivo dell'hardware (della scheda grafica, della mainboard, delle periferiche), non è per inserirci dati e ne contiene pochi (128Kb, 256MB).

Questo vuol dire che non si può salvare alcun dato in una ROM

Non è una memoria di massa

Non è gestita dal sistema operativo

Altre memorie

La memoria CACHE è inserita tra la cpu e la ram

È più veloce della RAM e quasi quanto il processore

Operazioni con i numeri binariOperazioni con i numeri binari

Somma di numeri binari

Regole della somma:

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=0 con riporto di 1

In rosso sono indicati i riporti

1 1 1

1 0 1 0 1 0 +

1 1 1 1 =

-----------------

1 1 1 0 0 1

Esempio di somma

Verifica della somma

1 1 1

1 0 1 0 1 0 +

1 1 1 1 =

-----------------

1 1 1 0 0 1

Convertendo i numeri:

101010=2+8+32=42

1111=1+2+4+8=15

111001=1+8+16+32=57

effettivamente 42+15=57

Sottrazione

Regole:

0-0=0

1-0=1

1-1=0

0-1=1 con prestito da sinistra

Esempio:

0 1 1 1 01 0 0 0 0 1 0 1 - 1 0 1 1 =---------------------0 1 1 1 1 0 1 0

Quando capita la sottrazione 0-1, si segna 1 come risultato e si cambiano tutte le cifre a sinistra fino al simbolo “1

Verifica della Sottrazione

10000101=1+4+128= 133 -

1011=1+2+8= 11 = -----------------------------

01111010=2+8+16+32+64= 122

Esempio:

0 1 1 1 01 0 0 0 0 1 0 1 -

1 0 1 1 =---------------------0 1 1 1 1 0 1 0

Unità di input

Elenco delle più importanti unità di inserimento dati:

1) Mouse

2) Tastiera

3) Touchpad

4) Lettore di codici a barre

5) Stilo

6) Scanner

7) Webcam

8) Digital camera

9) Microfono

Unità di output

Elenco delle più note unità di riproduzione dei dati:

1) Stampante laser, inkjet

2) Plotter

3) Casse acustiche

4) Cuffie

5) Monitor / video

6) Proiettore

Unità input / output

Alcune unità con funzione doppia di i/o:

1) Modem

2) Touchscreen

Osservazioni sulle stampanti

Le stampanti possono essere di 4 o 5 tipi principali:

1) Inkjet (getto di inchiostro)

2) Laser

3) A trasferimento termico

4) Ad impatto

5) Ad aghiGli ultimi due tipi erano molto diffuse fino agli anni 1990-2000.

Osservazioni sulle stampanti

Le stampanti …...

1) sono dotate di una propria memoria a bordo, più ce ne è più pagine riescono a memorizzare per la stampa e più veloci sono

2) sono dotate di un proprio processore: il processore elabora le pagine da stampare e le trasforma da sequenze di bit in ordini per la testina a getto di inchiostro o per il fusore della laser.

3) si connettono al computer tramite cavo e porta di comunicazione. Sono utilizzate la USB e la porta di rete

4) si connettono via wireless tramite bluetooth o wifi

Le memorie di massa

Si chiamano memorie di massa perché:

SERVONO A MEMORIZZARE MASSE DI DATI

Sono memorie:

Permanenti Con elevata capacità Talora estraibili o esterne Meno veloci delle memorie centrali

Memorie di massa

Elenco delle memorie di massa maggiormente note / usate:

Hard disk drive (dischi fissi) Solid state drive (dischi a stato solido) Masterizzatori DVD USB key (pennette) Tape o nastri Masterizzatori CDROM Memorie SD / Compact flash

Catridge

Hard disk drive

Al suo interno il disco rigido possiede uno o più piatti

I piatti sono di tipo metallico e magnetizzabili Un braccio meccanico si sposta sul piatto che gira Alla punta vi è una elettrocalamita L'elettrocalamita magnetizza il piatto A seconda della polarità si ha 1 o 0 Tutto questo è controllato da un “controller” cioè un

processore

Hard disk drive

Hard disk drive

controllerPiatto rotantee testina

Piatto del HDD

Il disco del HDD è di plastica ricoperto di uno strato metallico – magnetico.

Quando viene costruito, viene fatta la “formattazione fisica” con la quale si creano:

1) Tracce (cerchi)

2) Settori (spicchi)

3) Blocchi

Come funziona il HDD

Per leggere i dati sul disco rigido succede che:

1 passo: posizionamento della testina sulla traccia 2 passo: rotazione del piatto sotto la testina 3 passo: lettura dei dati sul/sui blocchi.

12

Capacità = 500GB, 1 TB, 2 TB..... 4TB

Tempo di accesso =

Seek time → posizionamento della testina

+

Latency → giro del disco

+

Transfer rate → lettura/scrittura

Formattazione

La formattazione serve a ripulire il disco rigido o l'unità di memoria di massa.

2 tipi formattazione:

Formattazione fisica

Formattazione logica

Viene fatta la quando è costruito il drive

Consiste nel creare tracce, settori, cluster

Serve a creare cartelle e file, ripulisce il disco da tutti i dati vecchi, cancella ogni tato.

Incisione laser DVD - CD

DVD e CDrom drive-masterizzatori

Scrivono su un disco di plastica sparando un laser su di esso che lo “brucia”

creando buchi (PIT) = 1

oppure non creandoli (LAND) = 0

PITbuco

LANDpiatto

Velocità di un CDROM drive

I primi drive avevano velocità tali da poter scrivere/leggere 150KB ogni secondo …

poi le velocità sono raddoppiate, quadruplicate …

Velocità

1x = 150 KB/sec

2x = 300 KB/sec

….......

32x = 4800 KB/sec = 4,69MB/sec

48x = 7200 KB/sec = 7,03 MB/sec

HDD vs CDrom

Velocità a confronto:

100 MB/sec 10 MB/sec

Cassette a nastro magnetico

Servono per fare il backup dei dati Sono cassette con nastro avvolgibile

Capacità elevata 1TBVelocità molto bassa

Costo basso (15€)

SVANTAGGIO

La cassetta va avvolta ogni volta fino al

punto in cui c'è il programma che serve

Porte ed interfacce

Porta seriale: trasmettere i bit uno per volta su un'unica linea ad alta velocità, creata molti anni fa, è ora in disuso nei computer da ufficio

Porta seriale: trasmettere i bit uno per volta su un'unica linea ad alta velocità, creata molti anni fa, è ora in disuso nei computer da ufficio

Porta parallela: trasmette più bit per volta (8 o 16 per volta) anche essa è in disuso sui pc per ufficio, serviva per le stampanti

Porta parallela: trasmette più bit per volta (8 o 16 per volta) anche essa è in disuso sui pc per ufficio, serviva per le stampanti

Porta USB: trasmette i bit in serie ma ad alta velocità

Porta USB: trasmette i bit in serie ma ad alta velocità

Software

SoftwareDi base

SoftwareApplicativo

Sistemi operativi Programmi scritti dall'utente

Driver Tools software

Linguaggi e compilatori

Programmi applicativi

Release o versioni

Ogni software viene rilasciato una prima volta e poi aggiornato in versioni successive:

Alcune delle versioni di Windows sono:

Windows 3.0 Windows 95 Windows 98 Windows Me Windows XP Windows 7 Windows 8

I sistemi operativi

Funzioni del sistema operativo:

Gestione del

processore, memoria centrale, memoria di massa, periferiche,

Interfaccia verso l'utente

3 tipi di interfaccia utente

GraficaA menù

Testuale

GUIGrafic user interface

CLICommand line interface

Linguaggi di programmazione

Licenza softwareShareware

software condiviso a tempo o in forma limitata.

Shareware

software condiviso a tempo o in forma limitata.

Open source

software libero e modificabile nel codice sorgente

Freeware

software libero non modificabile