INFORMATICAGENERALE

Hardware

Sommario

Da dove nasce l’informaticaUn po' di storia dei calcolatori

ComputerHardwareSoftware

Da dove nasce l’informatica INasce dalla confluenza di tre filoni del sapere:

L’algoritmica = disciplina delle “ricette” per risolvere i problemi

L’ingegneria = disciplina del “fare” le macchine

La metamatematica = branca della matematica che si occupa di studiarne le possibilità

Da dove nasce l’informatica II

Grazie all’ingegneria elettronica si deve la memorizzazione in bit

Grazie agli algoritmi si riescono a sviluppare macchine più potenti

Grazie alla metamatematica si riescono a scrivere buoni algoritmi.

Storia macchine calcolatrici Un decisivo passo avanti venne compiuto da John Atanasoff

, dell'Università dell'Iowa, che progettò, a partire dal 1939, il primo calcolatore automatico elettronico .

Negli anni '50 il primato era dell'ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) di J. Prosper Eckert e John W. Manchy, dell'Università di Pennsylvania.

Tra il 1965 ed il 1975: riduzione degli ingombri, sostituzione delle memorie magnetiche con quelle a semiconduttore e la nascita dei minicomputer.

1981:: IBM presenta il primo computer da scrivania detto

personal computer (PC)

PC – Computer – Elaboratore Un elaboratore è una macchina che, come tutte le

macchine, serve per trasformare delle materie prime in prodotti utilizzabili.

Questa trasformazione avviene in tre fasi: l'immissione della materia prima; la lavorazione; l'emissione del prodotto finito.

Informazioni trasformate, elaborate ed organizzate dalla macchina che possiede una estrema velocità e grandi capacità di calcolo e di memorizzazione.

PC – Computer – Elaboratore

Definizione Macchina capace di eseguire algoritmi cheelaborano dati in forma binaria. Il nome completo e’ electronic digital computer dove

electronic significa che utilizza componenti elettronici per rappresentare ed elaborare l'informazione

digital significa che rappresenta le informazioni utilizzando segnali digitali (cifre binarie).

computer significa che può immagazzinare dati (ha una memoria) e elaborare programmi (ha un processore) scritti usando un insieme di istruzioni prefissato.

ComputerUn computer consta di due componenti:

l’hardware = apparecchiature elettroniche di vario tipo

Il software = insieme delle informazioni che stanno nel computer che servono ad animarlo

Computer:::Hardware ILista dei componenti essenziali:► CPU o processore► Motherboard o scheda madre ► RAM o memoria principale► Scheda video► Scheda audio► Hard disk o disco

► Lettori Floppy, DVD, CD … ► Monitor, mouse, tastiera► Modem, scheda di rete► Lettore Floppy, lettore DVD, lettore CD

Architettura dell’elaboratore Elaborazione dati Processore

(Central Processing Unit - CPU)

Memorizzazione dati Memoria principale (o RAM) Memoria secondaria (o di massa)

Trasferimento dati Dispositivi di input/output

Processore - CPU Si occupa di eseguire i programmi che sono

scritti in linguaggio macchina I programmi sono fatti di istruzioni elementari

(somma due numeri, confronta due numeri, leggi/scrivi dalla memoria)

Le istruzioni possono avere formati diversi

Es. Codice Istruzione Argomento 1 Argomento 2

Hardware::: Processore

Il processore preleva dalla memoria delle

istruzioni e le esegue.

La potenza di calcolo di un processore e’

data dal tempo che occorre per eseguire le

istruzioni.

I processori oggi sono composti da un solo

microcircuito detto microprocessore.

Hardware::: Scheda Madre

Stretto legame con il processore Durante l’accensione si occupa di

inizializzare il sistema e verificare il funzionamento di tutte le periferiche installate

A regime gestisce il traffico delle informazioni tra le varie componenti.

Hardware::: RAM Contenitore di dati

Amesse due operazioni, la lettura e la scrittura

Il nome RandomAccessMemory deriva dal fatto che si può accedere ai dati in qualsiasi posizione si desideri

La RAM e la CPU parlano tra di loro in bit

Memoria principale (RAM)

Insieme alla CPU forma l’Unità Centrale di un elaboratore

Conserva i programmi e i dati usati dalla CPU

Sequenza di celle ad ogni cella è associato un indirizzo (un numero progressivo a partire da 0 )

RAM caratteristiche La RAM è veloce

per leggere/scrivere una cella ci vuole un tempo di accesso dell’ordine di poche decine di nanosecondi (milionesimi di secondo)

La RAM è volatile

è fatta di componenti elettronici, togliendo

l’alimentazione si perde tutto La RAM è (relativamente) costosa La RAM, fino ad un certo limite, è

espandibile

Hardware::: Hard Disk

Contenitore di dati

A differenza della RAM non e’ volatile e conserva i dati

Hardware::: Schede Audio e Video Piccoli computer che gestiscono le

periferiche: video, videoproiettore, casse,

microfono ….

Hardware::: MonitorDispositivo tipo “schermo televisivo” che

visualizza le informazioni contenute nel

PC. I monitor si dividono in

CRT (Cathode Ray Tube)

LCD (Liquid Crystal Display)

Hardware::: Floppy, CD, DVD Gli hard disk contengono una grandequantità di dati ma è impossibile portarselidietro. Ecco i supporti rimovibili: Floppy primo supporto ormai desueto

(circa 1.5Mb) Cd supporto per audio, dati … (circa

600Mb in su) Dvd supporto per audio, dati, video …

(circa 20 volte più capace..) Flash pen , HD portatili

A grandi lineeRicapitolando possiamo dire cheIl funzionamento di un elaboratore dipendeda due fattori principali:

1) dalla capacità di memorizzare i programmi e i dati[Capacita’ RAM]

2) dalla capacità di elaborare i dati secondo quanto specificato nelle istruzioni che formano i programmi[Capacita’ CPU]

Computer:::Hardware Case Periferiche

CPU o processore Monitor

Motherboard o scheda madre Mouse

RAM o memoria principale Tastiera

Scheda video Modem

Scheda audio

Hard disk o disco

Computer:::Hardware:::Periferiche Dispositivi di Input / Output Servono a “comunicare” con il computer

Si collegano alle porte (o interfacce) del

computerAd alto livello le porte sono le “prese” cui si

connettono i dispositivi

Periferiche:::Input Tastiera Mouse Scanner Microfono Camera e telecamera digitale

Input = in ingresso verso il PC

Input: la tastiera È il principale strumento di input ogni volta

che l’utente digita un tasto, la tastiera comunica al processore che un carattere è disponibile

Si parla spesso di tastiera QWERTY, nome che deriva dalla disposizione dei primi sei caratteri sulla tastiera. In Germania le tastiere tedesche vengono

chiamate tastiere QWERTZ. Le tastiere francesi per PC impiegano il layout

AZERTY

Periferiche:::Output Stampante Videoterminale Casse acustiche

Output = in uscita dal PC

Output: il video I Visualizza i dati che l’utente inserisce in

input e i risultati delle elaborazioni del calcolatore

E’ una matrice di punti (pixel) illuminati con diversa intensità

La dimensione del video viene misurata in pollici ed e’ la lunghezza della diagonale del video (15 pollici o 17 pollici)

Output: il video IIRisoluzione

in pixel

800 × 600

1024 × 768

1280 × 1024

1600 × 1200

La risoluzione del video indica la densità dei pixel sullo schermo

RewindHardware::: RAM

Contenitore di dati Ammesse due operazioni, la lettura

e la scrittura Il nome RandomAccessMemory

deriva dal fatto che si puo’ accedere ai dati in qualsiasi posizione si desideri

La RAM e la CPU parlano tra di loro in bit

Codifica

digitale

dell’informazione

Codifica Digitale Informazione Il funzionamento di un computer è simile a

quello degli interruttori elettriciOn o offSistema binario: 0 o 1

Le informazioni sono codificate in formato binarioBit (Binary digIT) assume valori 0 o 1Byte = sequenza di 8 bit

Bit & Byte

Tipi di Informazione

• Esistono vari tipi di informazione, di natura e

forma diversa, così come rappresentazioni

diverse della stessa informazione

Come rappresentare l’informazione

• Si introduce il concetto di codifica

codifica

Informazione rappresentazione

decodifica

Codifica - DecodificaX = insieme degli oggetti da rappresentareA = alfabeto di simboliA* = insieme di sequenze costruite su A

cod: X => A* decod: A* => X

L’insieme X, l’alfabeto A, le funzioni cod e decodformano un Codice

Codifica binaria• Nel caso dei sistemi di calcolo è stata

introdotta la rappresentazione digitale

A = {0, 1}

bit (binary digit - cifra binaria): 0 o 1

• Per poter rappresentare le informazioni si

usano sequenze di bit A*

00011011, 01010001, ….

Codifica dell’informazione

• Con 2 bit si codificano 4 informazioni (22)

A*= {00, 01, 10, 11}

• Con 3 bit si codificano 8 informazioni (23)

A*= {000, 010, 100, 001, 011, 110, 101, 111}

• ………

• Con N bit si codificano 2N informazioni

Codifiche

Le codifiche che ci interessano:

1. Codifica dei caratteri

2. Codifica delle parole

3. Codifica delle immagini

4. Codifica dei suoni

Codifica dei caratteriPer codificare ogni simbolo dell’alfabeto

anglosassone sono sufficienti: 7 bit (ASCII standard) 8 bit [1byte] (ASCII esteso) 16 bit [2byte] (UNICODE)

ASCII = American Standard Code for Information Interchange

Unicode assegna un numero univoco a ogni carattere,indipendentemente dalla piattaforma,indipendentemente dall'applicazione,indipendentemente dalla lingua.

Codifica UNICODE Unicode è un’organizzazione che

standardizza la rappresentazione del testo in forma elettronica

Unicode permette la rappresentazione dei caratteri di molti alfabeti non latini: arabo, ebraico,cinese, giapponese, coreano, tailandese, ecc, nonché caratteri speciali (matematici, tecnici, frecce, elementi grafici, …).

Codifica ASCII

Codifica delle parole Le parole sono sequenze di caratteri e

come tali sequenze di sequenze di bit Esempio: “Franca” diventa

01000110 01010010 01000001

F R A

01001110 01000011 01000001

N C A

Codifica delle immagini

• Per codificare le immagini in bianco e nero si

assegna ad ogni pixel un bit

• Per codificare le immagini a colori si assegna ad

ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit

• Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un

solo bit.

se utilizziamo 4 bit possiamo rappresentare 24=16 colori diversi, mentre con 8 bit ne abbiamo 28=256

Esempio bianco e nero

Codifica dei suoni I Fisicamente un suono è rappresentato

come un’onda che descrive la variazione della pressione dell’aria nel tempo (onda sonora)

Codifica dei suoni II Misurando il valore dell’onda ad intervalli di

tempo costanti si ottengono dei valori numerici che possono essere facilmente codificati

Quanto più frequentemente il valore dell’onda viene campionato, tanto più precisa sarà la sua

rappresentazione

• Il numero di campioni raccolti per ogni secondo

definisce la frequenza di campionamento che si

misura in Hertz (Hz)

ByteNome Abbr. Valore Potenza

di 2

byte B o b 1 20

Kilo KB o Kb 1024 210

Mega MB o Mb 1048576 220

Giga GB o Gb 1073741824 230

Tera TB o Tb 109951162776 240

Esercizi

1. Dovendo rappresentare 1.000 informazioni diverse quanti bit mi servono per la codifica?

2. Quanti byte occupa la parola “mistero” se la si codifica utilizzando il codice ASCII esteso?

3. Quanti byte occupa un’immagine di 100x100 pixel in bianco e nero?