Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer...

88
Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta - © 2005 Università degli Studi di Messina – Facoltà di Medicina e Chirurgia 1) Concetti introduttivi

Transcript of Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer...

Page 1: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

1

Lezioni di informatica

Dr. Carlo Sansotta - © 2005

Università degli Studi di Messina – Facoltà di Medicina e Chirurgia

1) Concetti introduttivi

Page 2: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

2

3

Civiltà informatica

La tecnologia informatica è impiegata sempre più diffusamente nel lavoro, nello studio, nel tempo libero. Il continuo diminuire dei costi, e l'introduzione di strumenti sempre più semplici e naturali da utilizzare ha portato allo sviluppo della civiltà informatica, in cui ormai chiunque è in grado di utilizzare l'elettrodomestico computer.

4

Computer Science/Informatics

Computer Science (Paesi Anglosassoni)Scienza dei Calcolatori

Informatique (Francia) Informatik (Germania)Informatica (Italia) Scienza dell’Informazione

Page 3: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

3

5

Computer?

Da un punto di vista “logico” il computer è un dispositivo che realizza la possibilità di scomporre processi complessi in lunghe sequenze di azioni molto semplici eseguibili in serie.

Il computer esegue queste operazioni e fornisce la risposta che descrive il processo.

6

Computer?

Da un punto di vista fisico il computer è un dispositivo costituito da una serie di circuiti elettronici. Poiché i calcolatori “capiscono” solo due condizioni ossia il passaggio o meno della corrente elettrica, possono essere immaginati come un insieme di interruttoriche assumono due stati: “aperto”, “chiuso” I due stati “aperto”, “chiuso” vengono rappresentati con “0” e “1”.

Page 4: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

4

7

Rappresentazione delle informazioni all’interno degli elaboratori

I computer elaborano sequenze di “0” e “1”. Quindi l’informazione all’interno di un calcolatore è rappresentata mediante sequenze binarie (es. 011011100100100…)

L’entità minima di informazione all’interno di un elaboratore prende il nome di bit (binary digit -cifra binaria).

Per poter far elaborare l’informazione ad un calcolatore occorre “numericizzarla” e codificarla nel linguaggio binario (digitalizzarla)

8

Prime applicazioni

Le prime applicazioni erano principalmente di tipo numerico. Negli anni 40-50 I computer venivano usati come calcolatrici (tabelle balistiche, crittografia …).Digitalizzazione Informazione Numerica

Sistema decimale Sistema binario0 0001 0012 0103 0114 1005 1016 1107 111

Page 5: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

5

9

Digitalizzazione dei caratteri

Dobbiamo rappresentare le lettere dell’alfabeto, incluse le cifre numeriche, lettere maiuscole e minuscole, simboli di punteggiatura, parentesi e operatori aritmetici, può essere codificato usando 7 bit (27 = 128)Il metodo di codifica più diffuso tra i produttori di hardware e di software prende il nome di codice ASCII (American Standard Code for InformationInterchange)

10

Digitalizzazione dei caratteriASCII Simb. ASCII Simb. ASCII Simb.

0101010 * 0111001 9 1000111 G0101011 + 0111010 : 1001000 H0101100 , 0111011 ; 1001001 I0101101 - 0111100 < 1001010 J0101110 . 0111101 = 1001011 K0101111 / 0111110 > 1001100 L0110000 0 0111111 ? 1001101 M0110001 1 1000000 @ 1001110 N0110010 2 1000001 A 1001111 O0110011 3 1000010 B 1010000 P0110100 4 1000011 C 1010001 Q0110101 5 1000100 D 1010010 R0110110 6 1000101 E 1010011 S0111000 8 1000110 F 1010100 T

Page 6: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

6

11

Digitalizzazione dei caratteri

Sebbene 7 bit siano sufficienti per codificare l’insieme di caratteri di uso comune, in genere il codice ASCII standard utilizza 8 bit, il primo dei quali è sempre 0Codifica della parola cane

01000011 01000001 01001110 01000101 c a n e

12

multimediale

Lettere e numeri non costituiscono le uniche informazioni utilizzate dagli elaboratori ma si stanno diffondendo sempre di più applicazioni che utilizzano ed elaborano anche altri tipi di informazione:

diagrammi, immagini, suoni.

Spesso in questi casi si parla di applicazioni di tipo

multimedialemultimediale

Page 7: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

7

13

Suddividiamo l’immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante

Digitalizzazione Immagini

14

Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso l'alto e da sinistra verso destra

Digitalizzazione Immagini

1 1

1 1 1 1

10

0

0

0

0 0 0 00

0 0

0

00

0 0

00

0

001 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28

La rappresentazione della figura sarà data dalla stringa binaria

0000000 0111100 0110000 0100000

Page 8: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

8

15

Se la stringa 0000000011110001100000100000 è riconvertita in immagine si ottiene:

Quella che si ottiene nella codifica è un'approssimazione della figura originaria.

La rappresentazione sarà più fedele all'aumentare del numero di pixel

Digitalizzazione Immagini

16

Possiamo codificare le immagini a colori. Si tratta di individuare un certo numero di sfumature di colore differenti e di codificare ogni sfumatura mediante un'opportuna sequenza di bit Ad esempio, i monitor utilizzano risoluzioni di 640X480, 1024X768, oppure 1280X1024 ed un numero di colori per pixel che va da 256 fino a sedici milioni di coloriLa rappresentazione di un'immagine mediante la codifica dei pixel, viene chiamata codifica bitmap

Immagini a colori

Page 9: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

9

17

L’informazione numerica, testo, video o audio convertita in forma digitale, può essere “elaborata” da un computer. Ad esempio il computer può:Eseguire una operazione numericaDeterminare se una parola occorre in un testo.Confrontare due immaginiAnalizzare in che punti di una sinfonia di Beethoveen occorre un certo motivo

Elaborazione Informazione

18

Il computer permette di studiare fenomeni anche molto complessi, una volta che si è riusciti a convertire in forma digitale l’informazione che descrive il fenomeno.

Informatica

Informatica = la scienza che studia le metodologie di progettazione, organizzazio-ne, e gestione automatica dell’informazione.

Il bit è il più piccolo elemento atomico dell’informazione

Page 10: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

10

19

Si riesce a trasformare in forma digitale moltissimi tipi di informazione I computer sono diventati economici e sempre più semplici e naturali da utilizzareI computer sono sempre più veloci e riescono ad elaborare quantità enormi di dati

Motivi sviluppo Informatica

Sviluppo della civiltà informatica

2) Componenti di un computer

Page 11: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

11

21

Cos’è un sistema informatico?Un sistema informatico è l’insieme di molte parti che cooperano per memorizzare e manipolare l’informazione.Tutto ciò che “può essere toccato” può essere classificato come “hardware”, il resto come “software”

22

Tipi di computer

A seconda della destinazione d’uso, della potenza di calcolo e della fantasia, i computer possono essere classificati in varie categorie:

… Consolle di gioco …

Page 12: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

12

23

Tipi di computer

… palmari …

24

Tipi di computer

… laptop (portatili) e notebook, inclusi i tablet PC …

(i notebook si chiamano così perché hanno le misure di un blocco note – in inglese: notebook)

Page 13: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

13

25

Tipi di computer

…desktop, comprese le workstation…

26

Tipi di Computer

Personal Computer (PC)Calcolatori destinati ad uso personale

ApplicazioniAmbito aziendale o familiareServer di rete (minicomputer) Terminale “intelligente”Workstation (“super” PC)Stazioni MultimedialiLaptop (PC portatili)

Page 14: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

14

27

Tipi di Computer

WorkstationCalcolatore più potente dei Personal Computer attuali, usato generalmente in ambiente distribuito.

ApplicazioniIn ambito ingegneristico e scientifico Stazioni dedicata per il CAD

28

Tipi di computer

… mainframe …

È un calcolatore molto grande e costoso capace di servirecontemporaneamente migliaia di utenti, connessi ad esso attraverso deiterminali. È prodotto tipicamente da grandi aziende, del calibro, ad esempio, dell'IBM, per applicazioni commerciali e scopi di calcolo su grande scala.Questogrande elaboratore, essendo in grado di passare velocemente da un compitoall'altro, dà a ciascuno degli utenti la sensazione di avere a disposizione "tutteper sé" le risorse da esso gestite.

Page 15: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

15

29

Tipi di Computer

MainframePrestazioni notevoli: elevate capacità di gestione di periferiche e buona velocità di calcolo

ApplicazioniAmbito bancarioGrandi enti pubblici Grandi aziende

30

Tipi di Computer

MinicalcolatoriSono dei piccoli mainframe

Applicazionicontabili e amministrativegestione di filiali di bancheMedio-piccole imprese

Page 16: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

16

31

Tipi di computer

Il concetto di terminale introdotto dal mainframe, sta oggi tornando di attualitàcon il cosiddetto network computer. I network computer sono elaboratori di basso costo che funzionano in stretta simbiosi con un server, da cui prelevanole applicazioni per poi eseguirle localmente. I dati possono essere memorizzatinel network computer stesso oppure sul server.

… network computer …

32

Tipi di Computer

Network ComputerComputer con minime quantità di memoria e limitate capacità di calcolo

ApplicazioniConnessione ad internetPamltopTelefoni cellulari

Page 17: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

17

33

Tipi di computer… supercomputer …

Sono dedicati ad usi speciali, estremamente costosi in termini di risorse impiegate; attualmente nel mondo il numero dei supercomputer in uso non supera le 10 unità

34

SupercalcolatoriRisolvono problemi di calcolo dalla complessità molto elevata

ApplicazioniPrevisioni meteorologicheBioinformatica (human genome)Ingegneria Aerospaziale

Tipi di Computer

Page 18: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

18

35

Hardware e Software

Hardware (componente fisica)È l’insieme delle componenti fisiche del sistema

Software (componente logica)È l’insieme dei programmi che vengono eseguiti dal sistemaI programmi e i dati sono organizzati in files (archivi)Un file è un archivio organizzato secondo un certo criterio e residente in un qualche tipo di memoria

i file di dati contengono, appunto, dati intesi come informazioni (testi, numeri, immagini, suoni, …)i file di programmi contengono sequenze di istruzioni eseguibili

36

Architettura di un Computer

Ancora oggi l’architettura di un computer è basata sulla Macchina di Von Neumann(1947)Sostanzialmente una macchina di VonNeumann è costituita da 4 parti

Unità centrale di elaborazione (CPU)Memoria (Centrale e/o di Massa)Dispositivi di Ingresso Uscita (I/O)Dispositivi di collegamento (Bus)

Page 19: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

19

37

Monitor

Bus

Architettura di un Computer

38

Architettura di un Computer

Page 20: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

20

39

CPU (Central Processing Unit)

costituisce il “cuore” del computer; il suo compito è di eseguire i programmi della Memoria Centrale, cioè legge, interpreta ed esegue le istruzioni del programma ha anche il compito di sovrintendere al corretto funzionamento di tutto il sistemaa volte viene detta impropriamente anche microprocessorein realtà:

la cpu è l’entità logicail microprocessore è l’entità fisica

non sempre le due cose sono coincidenti, anzi in genere il microprocessore è un sottoinsieme della cpu

40

Memoria Centrale

Contiene i programmi e i dati che stanno per essere elaborati dalla CPUHa capacità limitateÈ volatile (cioè l’informazione viene persa quando il computer viene spento)L’accesso all’informazione è molto rapidoÈ spesso indicata come RAM (RandomAccess Memory)

Page 21: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

21

41

Memoria di massa

Usata per memorizzare grandi quantità di dati e programmiNon volatile (cioè l’informazione non viene persa quando il computer viene spento)L’accesso all’informazione non è molto rapidoHard disk, Floppy disk, CD-ROM, DVD-ROM, nastri magnetici

42

Dispositivi di Input/Output

Vengono impiegati per far comunicare il calcolatore con l’ambiente esterno, cioè per accettare in ingresso i dati e per visualizzare in uscita i risultati ottenuti dall’elaborazione degli stessi dati.Terminali (tastiera, mouse, monitor), stampanti, modem, …Il mobile che contiene la scheda madre (case) ha degli ingressi/uscite detti porte in cui inserire i cavi che collegano i dispositivi di I/O

Page 22: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

22

43

Porte di I/O

la porta parallela consente il transito prevalentemente in una sola direzione: dal computer alla periferica. Viene quindi usata quasi esclusivamente per il collegamento con le stampanti la porta seriale consente collegamenti con periferiche attive, come mouse e modem, ma non fornisce alimentazione elettrica alle periferiche collegatele porte seriali USB permettono di collegare dispositivi (scanner, stampanti, ...) per lo più senza necessità di dover configurare e riavviare il computer; forniscono alimentazione elettrica alle periferiche e queste possono essere anche collegate “in cascata”; il loro throughput è maggiore delle normali seriali

44

Connettori I/O

1 Connettore video2 Connettore parallelo3 Connettore alloggiamento di espansione4 Connettore USB 5 Connettore PS/26 Connettore seriale7 Connettore di alimentazione c.a.8 Porta a raggi infrarossi

Page 23: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

23

45

Bus di un PC Pentium

46

Il microprocessore (µP)

Il microprocessore è un chip integrato, costituito da una piccola piastra di silicio sulla cui superficie sono depositati milioni di transitors miniaturizzati.

Page 24: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

24

47

Componenti della CPU

CLOCK

48

UNITÀ DI CONTROLLO: esegue operazioni finalizzate al trasferimento dati o al controllo dell’esecuzione dei programmi.UNITÀ LOGICO ARITMETICA (ALU): esegue operazioni matematiche e logiche sui dati che sono contenuti nei registri.REGISTRI: celle interne alla CPU che devono contenere l’istruzione da eseguire, i dati da elaborare, e informazioni accessorie (es. eventuali anomalie generate dall’esecuzione) sullo stato della CPU.Lo stato della CPU è la sequenza binaria determinata dalla lettura di uno o più registri all’interno della CPU.

Componenti della CPU

Page 25: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

25

49

Velocità della CPU

Clock: è l’orologio del sistema e sincronizza le operazioni della CPU rispetto ad una data frequenzala frequenza viene misurata in milioni di cicli al secondo (megahertz, MHz)i primi µP lavoravano a una frequenza di 1,75 MHz. Gli ultimi modelli operano a 3.000-4.000 MHz (3 – 4 GHz)

50

La velocità di esecuzione delle operazioni del computer è influenzata solo in minima parte dalla frequenza di clockUna delle cose che rallenta moltissimo anche le macchine più veloci è la indisponibilità di un adeguato quantitativo di memoria RAM

Con Windows®, oggi, avere una quantità di RAM inferiore a 512 MB è impensabileCon Linux si ottengono invece ottime prestazioni già con 256 MB di RAMSe ne deduce che la RAM necessaria dipende (fortemente!) dal S.O. usato

Velocità della CPU

Page 26: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

26

51

Funzionamento della CPU

Ad ogni impulso di clock la CPU“legge” il suo stato interno (determinato dal contenuto dei registri)produce un nuovo stato corrispondente allo stato in cui si trovava.

Stato della CPU

Istruzione RisultatoCPU

52

CPU e logica

La CPU preleva l’istruzione e i dati (in forma binaria) dalla memoria centrale, ed interpreta ed esegue l’istruzione, scrivendo il risultato (in forma binaria) sulla memoria centrale.In pratica quello che esegue la CPU è una enorme funzione logica. La corrispondente tabella della verità avrebbe un numero enorme di righe (miliardi di miliardi).

0011011001010100

CPU

0001010010001001

Page 27: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

27

53

Set di istruzioni della CPUsomma e negazione (da cui sottrazione, moltiplicazione e divisione)operazioni di accesso alla memoria

trasferimento di un dato da una locazione di memoria ad un’altratrasferimento da memoria a un registro della CPUtrasferimento da un registro della CPU a memoria

operazioni di confronto (basta confronto con lo zero)le operazioni sono eseguite all’interno della ALU e “coordinate” dalla Unità di Controllo

54

Memoria Centrale

La memoria centrale è una sequenzadi celle di memoriaCiascuna cella contiene una parola (word)La parola è una sequenza di bit; le parole di uno stesso calcolatore hanno tutte la stessa lunghezzaCalcolatori diversi possono avere parole di lunghezza diversa; le lunghezze tipiche sono multipli del byte (8 bit), cioè ci sono calcolatori con parole di 8, 16, 32, 64 bit.Ciascuna cella di memoria è identificata da un numero (indirizzo) che ne specifica l’esatta posizione all’interno della memoria.

Page 28: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

28

55

Struttura della Memoria

0 1 1 0 1 0 0 1 parola

cella

bit

N

X

210

Indirizzi

56

Funzionamento Memoria

parola

11111111

X

000000100000000100000000

Registro Indirizzi Registro Dati

Load Save

RAM

Page 29: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

29

57

La memoria centrale è detta RAM (Random Access Memory), cioè “Memoria ad accesso casuale”Non significa che i dati sono sparpagliati a caso; vuol dire che al processore occorre sempre lo stesso tempo per accedere a una qualsiasi, casuale, parte della memoriaLa RAM è una memoria veloce (tempo d’accesso ~ 10ns) e i dati rimangono finché il computer è in funzione; quando si spegne la RAM si svuotaEsiste una memoria ancora più veloce della RAM: la Cache-RAM che contiene le istruzioni eseguite più recentemente

Memoria Centrale (RAM)

58

Gerarchia delle Memorie

1 KiloByte (KB) = 1024 byte1 MegaByte (MB) = 1024 KB (~ 1 milione di byte)1 GigaByte (GB) = 1024 MB (~ 1 miliardo di byte)1 TeraByte (TB) = 1024 GB (~ 1.000 miliardi di byte)

Page 30: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

30

59

La Memoria ROM

ROM (Read Only Memory) è una “Memoria di sola lettura” il cui contenuto è stato registrato in fase di costruzione del computer e non può più essere modificataOgni volta che viene acceso, il computer esegue un piccolo programma contenuto nella ROM che

identifica il processorecontrolla la quantità di RAM e ne verifica il funzionamentoesamina l’hard disk ed eventuali periferiche aggiuntivelegge il settore dell’hard disk in cui sono contenute le istruzioni per l’avvio del sistema.

60

BIOS

La parte della ROM che avvia il sistema è detto BIOS (Basic Input/Output System).In fase di avvio del PC il programma di boostrap presente nel BIOS:

effettua test diagnostici di base e controlla lo stato delle periferiche collegate, per permettere il caricamento del sistema operativo (POST: Power-On Self Test);carica nella memoria principale (RAM) la parte principale del sistema operativo (kernel).

Page 31: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

31

61

In verità non è corretto dire che la ROM non è più scrivibile: il BIOS è un esempio di ROM che può essere riscritta anche dall’utente (indirettamente), in base alla configurazione della macchina: cambiando la configurazione (per esempio aggiungendo hd, ram, etc.) il contenuto della ROM-BIOS cambia in conseguenzaLa possibilità di alterare fraudolentemente il contenuto del BIOS è alla base del funzionamento di alcuni virus informaticiIn ogni BIOS esiste la possibilità di “bloccare in scrittura” i dati, ovvero evitare che il sistema possa alterare il contenuto del BIOS stesso senza l’esplicito consenso dell’utenteAbilitando la “protezione in scrittura” (spesso indicata come “virus protection”) il sistema presenterà un apposito messaggio ogni volta che qualche programma tenta di alterare il contenuto del BIOS, rimanendo in attesa di una conferma prima di proseguire

BIOS

62

Le memorie di Massa

La RAM è una memoria temporanea e i dati e i programmi vengono persi quando il computer viene spento.Dati e i programmi per non essere perduti devono essere salvati su memorie permanenti: le memorie di massa

Hard disk, Floppy disk, CD-ROM, DVD-ROM, nastri magnetici

Page 32: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

32

63

Il disco rigido (hard disk)

64

Il disco rigido (hard disk)

Page 33: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

33

65

La formattazione consiste nella suddivisione del rivestimento magnetico del disco in settorie tracce concentriche.I primi hard disk avevano capacità di 5 MB, mentre attualmente il più piccolo hard disk in commercio è 40 GB.Il tempo medio di accesso è il tempo necessario per estrarre un dato (tempo di posizionamento + tempo di latenza + tempo di lettura). I dischi attuali hanno tempo medio di accesso dell’ordine dei 10ms.

Il disco rigido (hard disk)

66

I dischetti (floppy disk)

Sono dischi magnetici con capacità ridotta: 1,440 MB.Hanno:

80 tracce per faccia18 settori per traccia512 byte per settore 512 byte x 18 settori x 80 tracce x 2 lati = 1,44 MB

Il principio di gestione dei dati è simile a quello dell’hard disk, anche se i tempi di accesso sono molto più alti (è più lento).

Page 34: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

34

67

CD-ROM

I CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) sono supporti ottici nati inizialmente solo per la memorizzazione di segnali musicali; oggi sono usati essenzialmente per memorizzare generici dati d’archivioI CD-ROM dopo essere stati registrati una prima volta mediante un masterizzatore, possono essere utilizzati soltanto per la lettura delle informazioni memorizzate; a causa di questo, sono detti anche“dispositivi WORM (Write Once - Read Many)I bit sul CD-ROM sono codificati come aree incise (pit) e aree non incise (land) sulla superficie del disco. Per leggere l’informazione si usa un laser di bassa potenza; i pit e i land hanno angoli di rifrazione diversi e perciò si possono distinguere.La capacità è circa 650 MB.

68

DVD-ROM

I DVD-ROM (Digital Versatile Disk of Read Only Memory) sono supporti ottici per la memorizzazione dei dati. Sono molto simili ai CD-ROM. L’unica differenza è una capacità molto maggiore 4,7 GB (circa 7 CD-ROM). I nuovi modelli dovrebbero avere capacità di 17 GB o piùNati per l’esigenza di riprodurre su supporto digitale interi film (il CD-ROM nacque per l’esigenza di un supporto digitale per la musica), oggi i termini che identificano comunemente la sigla DVD sono Digital Video Disk.

Page 35: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

35

69

CD-ROM e DVD-ROM

70

I Drives

Gli sportelli in cui si inseriscono i floppy disk,o il CD, o qualsiasi altro tipo di disco, sono detti "drives" (da non confondersi con i drivers, che invece è software). Contengono una testina di lettura/scrittura tramite cui avviene il trasferimento dei dati fra disco e macchina.Esistono vari modelli di drive per CD che si differenziano per la velocità di lettura. Le sigle 20X, 32X, 52X ... indicano la velocità con cui i dati vengono letti da disco. 1X è la velocità di lettura dei normali CD audio. Quindi 32X indica che i dati vengono letti ad una velocità 32 volte superiore a quella di un normale CD audio.

Page 36: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

36

71

Il MonitorMonitor a tubo catodico: detti video CRT (Cathod Ray Tube) Monitor a cristalli liquidi: detti video LCD (Liquid Cristal Display)Le risoluzioni standard per i PC sono: 640x480 pixel (monitor a 15”) 1024x768 pixel (monitor a 17”) 1280x1024 pixel (monitor a 21”) i colori possono essere a 8, 16 o 24 bit.Pixel (Picture Element) è l’elemento unitario di una immagine (la più piccola quantità singolarmente controllabile dell’immagine)I sistemi che usano 24 bit permettono di visualizzare più di 16 milioni di colori distinti

72

Scheda Madre

Scheda Madre: fornisce supporto e connessione per tutti i componenti interni del computer e contiene inoltre una serie di circuiti (chipset, cache, BIOS) adibiti al controllo delle varie parti. Sulla scheda madre si inseriscono come componenti separati il microprocessore, la RAMe le varie schede di espansione; vi si trovano inoltre i connettori per il collegamento dell'hard disk e dei drive per i dischi mobili (floppy e CD).

Page 37: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

37

73

Scheda Madre

74

Schede di Espansione

Sono schede che espandono le funzioni della scheda madre, per poter pilotare dispositivi interni od esterni

scheda video su cui si connette il monitor; dalla scheda video dipendono la corretta gestione del numero di colori del monitor, della risoluzione massima, della velocità grafica (di giochi, filmati, ecc.) e tutto ciò che riguarda in generale le prestazioni grafichescheda audio, attraverso cui il computer è in grado di produrre o registrare suoniper le connessioni dirette alla rete (senza modem) occorre invece dotarsi di una scheda di rete.

Page 38: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

38

75

Il modem

MODulatore-DEModulatore. È un dispositivo per la trasmissione e la ricezione seriale in forma analogica o digitale.Un modem prende le informazioni digitali contenute in un computer e le converte sotto forma di suoni analogici, che possono essere inviati attraverso una linea telefonica analogica convenzionale. I modem possono anche riconvertire in informazioni digitali i suoni analogici in arrivo. Il primo procedimento è noto come modulazione e il secondo come demodulazione; da qui il termine modem.

76

La velocità con cui i modem sono in grado di scambiare i dati si misura in Kbit/secondo (Kbps) o baud (b) ovvero il numero di bit che il modem riesce a trasferire in un secondo.

Il modem

Page 39: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

39

77

Tipi di modem

Standard (analogico): trasferiscono dati alla velocità di 56 Kbps, che rappresenta comunque la capacità massima della linea (normale linea telefonica); è il modem propriamente dettoISDN: raggiungono i 128 Kbps, ma necessitano della linea ISDN (una linea telefonica particolare). La linea ISDN consente anche l'uso del telefono mentre il modem è collegato sacrificando però metà della velocità (64 Kbps); non è un vero modem ed il suo nome corretto sarebbe TA, Terminal Adaptator

78

ADSL: possono anche superare i 4 Mb/s, ma necessitano della linea ADSL (una linea telefonica particolare). L'ADSL costituisce un collegamento permanente con la rete e non interferisce col telefono (contrariamente ai modem standard e ISDN, l'ADSL non effettua telefonate, ma mantiene un collegamento fisso); anche questo non è un vero modem ed il suo nome corretto dovrebbe essere scheda di rete DSL.GSM: per i collegamenti tramite cellulare. Non si è ancora affermato uno standard, ogni marca di telefoni cellulari produce un modem (di solito in forma di scheda) compatibile coi propri modelli di telefonino; la tecnologia usata lo rende un vero modem, ma di tipo differente da quello originario.

Tipi di modem

Page 40: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

40

79

Stampanti

Laser: usano una tecnologia simile a quella delle fotocopiatrici. Riescono a stampare molto velocemente e silenziosamente, offrendo inoltre la migliore qualità di stampaa getto d’inchiostro: la stampa avviene spruzzando sulla carta un sottile getto d’inchiostro liquido. Producono stampe di qualità leggermente inferiore rispetto alle stampanti laser, sono generalmente più lente, ma anche più economiche e di misure più contenute; sono eccellenti per le stampe fotografiche di qualità, quando accoppiate al giusto tipo di carta

80

Evoluzione del PC

Legge di Moore: “La capacità elaborativa dei calcolatori raddoppia ogni 18 mesi”

Inizi anni 80 (Personal Computer IBM AT)Architettura 16 bit interna, 8 bit esterna (Intel 8088)Clock 4.77 MHz, RAM 512 kB, Hard Disk 10 MBPrezzo: oltre 5.000 € (dell’epoca)

Oggi (configurazione tipica di un PC di fascia media)Architettura 32 bit (Intel Pentium IV)Clock 4 GHz, RAM 1 GB, Hard Disk 120 GbPrezzo: circa 1.000 €

Page 41: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

41

3) Cenni di algebra booleana

82

introduzione

L’elaboratore elettronico funziona secondo unalogica a 2 stati: la logica binaria.Questo è giustificato dalla facilità di realizzazione di circuiti elettrici o elettronici, chehanno due stati di funzionamentoIn questo modo qualsiasi dato può essererappresentato mediante successioni di 1 e 0I valori 1 e 0, convenzionalmente, rappresentano coppie del tipo Vero/Falso, On/Off, Acceso/Spento, Presente/Assente, etc.

Page 42: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

42

83

introduzione

Per meglio comprendere il funzionamento e la struttura di un calcolatore, si ritieneopportuno fornire le nozioni fondamentalidell’algebra che permette di trattareadeguatamente i segnali binari. Tale algebra prende il nome dal matematicoinglese che per primo ne pubblicò i concettigenerali: George Boole.

84

George Boole

George Boole, nel 1854, pubblicòun libro, An Investigations of the Laws of Thought (Un esame sulleleggi logiche del pensiero), in cui dimostrava che la maggior partedel pensiero logico, privata di particolari irrilevanti e verbosità, potesse essereconcepita come una serie di scelte.Questa idea è divenuta la base dei computer

Page 43: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

43

85

George Boole

Piuttosto che con il suoformalismo matematico, in questa presentazionel'algebra di Boole verràproposta in modo darenderla più simile al linguaggio naturaleIn tal modo, risulterà più intuitivocomprendere il funzionamento di queisemplici circuiti digitali checostituiscono la base dei computer.

86

Logica booleana

Qualsiasi processo logico può esserericondotto ad una sequenza di eventielementari, che nell'insieme prende il nomedi algoritmo. Tale sequenza può essere rappresentatacon un diagramma di flusso (Flow chart), ilquale a sua volta è facilmente traducibile in un particolare programma comprensibiledall'elaboratore.

Page 44: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

44

87

Logica booleana

Per la visualizzazione di un problema con un diagramma di flusso, sono utilizzati varisimboli grafici standard:

Il rettangolo arrotondato indica l’inizio e la fine di un programmail rombo indicacontrolli decisionaliil rettangolo indicaoperazioni da effettuare.

88

Logica booleana

Prenderemo le mosse per la nostra discussioneriferendoci ad un "problema" del tutto comune.Questo approccio, ha il vantaggio di evidenziarecome un sistema di elaborazione dati permetta di trattare non solo problemi numerici, ma anchealfanumerici (alfabetico-numerici) e dunque di carattere generale. Immaginiamo, per esempio, di voler tradurre in un diagramma di flusso le seguenti affermazioni: 1) esco se è bel tempo ed è caldo2) esco se è bel tempo o se è caldo

Page 45: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

45

89

Logica booleana

1) esco se è beltempo ed è caldo

90

Logica booleana

2) esco se è beltempo o se è caldo

Page 46: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

46

91

Logica booleana

la prima decisione comporta il verificarsicontemporaneodi due condizioni (evidenziate in verde);

92

Logica booleana

la seconda decisione comporta il verificarsi dialmeno una fra due condizioni.

Page 47: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

47

93

Logica booleana

È importante rendersi conto che l'elaboratore non "comprende" il significato delle frasi "esco... resto in casa": egli si limita solo a considerare il valore di certe costanti associate ad ogni singolo evento.

94

Logica booleana

Come secondo passo, si tratta di convertire i diagramma di flusso in un linguaggio numerico, il solo comprensibile dall'elaboratore. Ciò si ottiene con i cosiddetti operatori logici elementari. Per semplicità, limiteremo la nostra discussione ai tre elementi di base.

Page 48: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

48

95

Operatori logici elementari

NOTNOT (negazione)negazione

OROR (…oppure…)separazione

ANDAND (…e…)congiunzione

Then (allora)azione

IF (se)controllo

Porta logicaIstruzioneOperazione

96

istruzioni

Con le istruzioni riportate nella tabella, possiamo tradurre i due differenti diagrammi di flusso in sequenze di istruzioni. Per far questo, è necessario aggiungere un nuovo simbolo grafico (un parallelogramma) di inizializzazione ai nostri diagrammi di flusso.

Page 49: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

49

97

istruzioni

Inizializziamo, dunque, le nostre costanti, stabilendone il valore che possono/devonoassumere:

A = 1 corrisponde all'evento "bel tempo" B = 1 corrisponde all'evento "caldo" C = 1 corrisponde all'azione "esco"

A = 0 corrisponde all'evento "non bel tempo" B = 0 corrisponde all'evento "non caldo" C = 0 corrisponde all'azione "resto in casa"

98

Logica booleana

L’uso del parallelogrammaimplica che l'elaboratore si attende che gli vengano forniti i valori di A e B(che possono essere 0 o 1) tramite tastiera.Appena inseriti questi valori (per es. A=1 e B=1), l'elaboratore esegue il programma tenendo conto dei valori di inizializzazione(C=1 "esco"; C=0 "rimango in casa")A seconda del risultato ottenuto, sullo schermo verrà mostrata una delle due frasi.

Page 50: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

50

99

Logica booleana

con queste condizioni, il primo diagramma di flusso risulta così formalizzato:

IF A AND B THEN C

100

Logica booleana

Page 51: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

51

101

Logica booleana

IF A AND B THEN C

Le istruzioni AND e OR, dette operatori logici, sono prese dall'algebra di Boole e forniscono il risultato 1 o 0, a seconda del valore delle variabili A e B.

102

Logica booleana

Ad esempio, se entrambe le variabili Ae B valgono 1, allora l'operatore AND assumerà il valore 1. In questo caso, il simbolismo, tradotto in parole, corrisponde a:

SE bel tempo E caldo ALLORA esco

Page 52: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

52

103

Logica booleana

viceversa, se una sola delle due variabili, oppure entrambe valgono 0, allora l'operatore AND assumerà il valore 0. In questo caso, il simbolismo, tradotto in parole, corrisponde a:

SE non bel tempo E caldo ALLORA resto in casaSE bel tempo E non caldo ALLORA resto in casa

SE non bel tempo E non caldo ALLORA resto in casa

104

Logica booleana

I valori delle variabili A e B sono introdotti da tastiera prima di "raggiungere" l'operatore AND. Così, se entrambe le variabili A e Bvalgono 1, quando saranno esaminate dall'operatore AND seguirà necessariamente il risultato C = 1.

Page 53: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

53

105

Logica booleana

Con le stesse modalità, il secondo diagramma di flusso risulta così formalizzato:

IF A OR B THEN C

in questo caso, se almeno una delle variabili A e Bvale 1, allora l'operatore OR assumerà il valore 1;viceversa, se entrambe valgono 0, allora l'operatore OR assumerà il valore 0;dunque, se almeno una delle variabili A e B vale 1, quando saranno esaminate dall'operatore OR seguirà necessariamente il risultato C = 1.

106

Logica booleana

Ora che abbiamo visto come definire un linguaggio numerico (ricordiamo che l'elaboratore non comprende il significato delle frasi che leggiamo) interpretabile dall'elaboratore, vediamo come applicarlo.Per far questo, esaminiamo un semplice "elaboratore" in grado di automatizzare la nostra decisione. La realizzazione di questo - e di tutti gli elaboratori -richiede la costruzione di circuiti detti porte logiche.

Page 54: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

54

107

Logica booleana – caso 1

Osservando il circuito elettrico schematizzato, è facile riconoscere che la lampadina si accenderà solo se entrambi gli interruttori A e B verranno abbassati in modo da chiudere il contatto elettrico.Questo circuito corrisponde ad un operatore logico AND.

108

Logica booleana

Per riassumere il comportamento di una porta logica, si ricorre alle cosiddette tavole di veridicità (o tabelle della verità). Per la porta AND si osservi che solo quando A=1 e B=1 (entrambi gli interruttori abbassati) la lampadina (indicata con C) è accesa e quindi C=1.

Page 55: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

55

109

Porta logica AND

110

Logica booleana – caso 2

In questo secondo caso, è facile riconoscere che la lampadina si accenderà solo se almeno uno degli interruttori A e B verrà abbassato in modo da chiudere il contatto elettrico.Questo circuito corrisponde all'operatore logico OR

Page 56: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

56

111

Logica booleana

Anche in questo caso, per riassumere il comportamento della porta logica, si ricorre alle cosiddette tavole di veridicità (o tabelle della verità). Per la porta OR si osservi che solo quando A=0 e B=0 (entrambi gli interruttori alzati), la lampadina (indicata con C) è spenta, altrimenti basta abbassare l’uno o l’altro degli interruttori per ottenere C=1.

112

Porta logica OR

Page 57: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

57

113

Logica booleana

Oltre alle porte AND e OR, c'è anche la porta NOT; La porta NOT è capace di invertire il segnale in ingressoBanalmente, invertire significa: se vale 1, diventa 0 e viceversa.

114

Porta logica NOT

Il circuito corrispondente all’operatore NOT comprende due alimentatori con polarità opposta (cioè non in serie).

Page 58: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

58

115

Porta logica NOTQuando il circuito inferiore è aperto (0), la batteria Aalimenta il circuito superiore e la lampadina è accesa;

116

Porta logica NOT

quando il circuito inferiore è chiuso, la seconda batteria fornisce una corrente uguale e opposta che impedisce il passaggio di corrente per cui la lampadina si spegne.

Page 59: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

59

117

Porta logica NOT

La tavola di veridicità corrispondente a questo circuito, comprende un solo ingresso. Si osservi che quando l'interruttore è alzato (A=0), la lampadina è accesa (C=1) e viceversa.

118

Porta logica NOT

Page 60: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

60

119

Porte logiche elementari

le porte logiche descritte, sono rappresentate simbolicamente con i disegni in figura

combinandoli fra loro, si può codificare in linguaggio binario qualsiasi diagramma di flusso

120

Porte logiche complesse

Per esempio, la frase "se è bel tempo ed è caldo esco; tuttavia, se ho un impegno esco in ogni caso" richiede una porta AND ed una porta OR unite tra loro come in figura.

Page 61: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

61

121

Porte logiche complesse

La combinazione di più porte logiche, permette di ottenere risultati più articolati.Per esempio, nella figura è mostrata una porta NOR, costituita dalla combinazione di due porte AND, due porte NOT ed una porta OR.

122

Porte logiche complesse

Questa porta (NOR) permette di selezionare un valore positivo (1) se e solo se uno dei due dati in ingresso è positivo (a differenza della porta OR che fornisce un valore positivo anche se entrambi i dati in ingresso sono positivi).

Page 62: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

62

123

Logica booleana & informatica

Quello che abbiamo esaminato finora può definirsi un semplice elaboratore dedicato, capace cioè di eseguire un compito particolare: verificare la presenza di due eventi (bel tempo, caldo) o di un evento alternativo (impegno). E' ovvio che un simile elaboratore è troppo semplice per avere qualche utilità.

124

Logica booleana & informatica

Tuttavia, si può facilmente intuire che gli elementi discussi costituiscono la base per combinare tra loro più porte logiche in modo da ottenere rapidamente, e senza confusione, decisioni immediate. Inoltre, si possono costruire circuiti in grado di effettuare operazioni matematiche. Quanto discusso ci permette di comprendere come opera un elaboratore analogico.

Page 63: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

63

125

Logica booleana & informatica

In realtà, un processore elettronico non è costituito da parti mobili (come uno o più interruttori), tuttavia la logica di base può essere compresa con alcune semplici considerazioni.

126

Logica booleana & informatica

I circuiti elettronici digitali sono costituiti da transistor. Un transistor permette di far passare o non far passare elettroni. Il passaggio di elettroni è un segnale elettronico binario (1 se passano elettroni, 0 se non passano). La caratteristica che distingue gli interruttori elettronici dai più comuni interruttori elettrici è che essi sono comandati da un segnale elettronico binario e non dall'intervento umano.

Page 64: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

64

127

Logica booleana & informatica

Questo significa che è possibile usare il segnale elettronico di un transistor per comandare un altro transistor e così ottenere un nuovo segnaleelettronico che, a sua volta, può comandare un altro transistor e così via. L'insieme di questi interruttori elettronici che si comandano a vicenda viene detto circuito elettronico.

128

Logica booleana & informatica

Vi sono infinite possibilità di costruzione di circuiti elettronici, ma essenzialmente sono tutte riconducibili agli elementi fondamentali qui esaminati.

Page 65: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

65

4) Cenni dei sistemi di numerazione

130

Numerazione posizionale

Nella numerazione posizionale ogni cifra del numero assume un valore in funzione della posizione

221 notazione compatta, cioè2 x 100 + 2 x 10 + 1 x 1

o meglio2 x 102 + 2 x 101 + 1 x 100

con la notazione esplicita

Page 66: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

66

131

Notazione posizionale

Ogni numero si esprime come una somma di prodotti; ogni prodotto è ottenuto moltiplicando la cifra per la base elevata all’esponente che rappresenta la posizione della cifra:

221 = 2 x 102 + 2 x 101 + 1 x 100

132

Notazione posizionale

La notazione posizionale può essere usata con qualunque base creando così differenti sistemi di numerazione.

Per ogni base di numerazione si utilizza un numero di cifre uguale alla base.

In informatica si utilizzano prevalentemente le numerazioni

binaria – ottale – esadecimalea causa del numero di bit coinvoltiIl sistema di numerazione romano non è posizionale

Ad esempio: XIII vs CXII

Page 67: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

67

133

Numerazione decimale

La numerazione decimale utilizza una notazione posizionale basata su 10 cifre (da 0 a 9) e sulle potenze di 10

ad esempio, il numero 234 può essere rappresentato esplicitamente come:

2 x 102 + 3 x 101 + 4 x 100

134

Numerazione binaria

Il sistema di numerazione binario utilizza una notazione posizionale basata su 2 cifre (0 e 1) e sulle potenze di 2

Il numero 1001 può essere rappresentato esplicitamente come:

10012 = 1 x 23 + 0 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20

= 910

Page 68: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

68

135

Numerazione ottale

Il sistema di numerazione ottaleutilizza una notazione posizionalebasata su 8 cifre (da 0 a 7) e sulle potenze di 8

Il numero ottale 534 può essere rappresentato esplicitamente come:

5348 = 5 x 82 + 3 x 81 + 4 x 80 = 34810

136

Numerazione esadecimale

La numerazione esadecimale utilizza una notazione posizionale basata su 16 cifre (da 0 a 9 più le lettere A, B, C, D, E, F – dove, in base 10, si fa corrispondere A=10, B=11, C=12, D=13, E=14 e F=15) e sulle potenze di 16

Il numero B7FC16 può essere rappresentato esplicitamente come:

(11) x 163 + 7 x 162 + (15) x 161 + (12) x 160

= 4710010

Page 69: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

69

137

Conversione Xn Y10

Per convertire un numero da una qualunque base alla base 10 è sufficiente rappresentarlo esplicitamente:

11012 = 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 1310

7108 = 7 x 82 + 1 x 81 + 0 x 80 = 45610

A5116 = (10) x 162 + 5 x 161 + 1 x 160 = 264110

138

Conversione Y10 Xn

Per convertire un numero ad una base n qualsiasi occorre trovare tutti i resti delle successive divisioni del numero per la base n.

Esempio: si trovi il valore binario del numero decimale 210

basterà dividere 210 per la nuova base (2) finchè possibile

Page 70: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

70

139

Conversione Y10 Xn

Leggendo la sequenza dei resti dal basso verso l'alto, si ottiene il numero binario cercato110100102121

123026121302260252121050resto2210

140

Verifica conversione

Per una verifica di correttezza basta riconvertire il risultato alla base 10:

110100102 = 1 x 27 + 1 x 26 + 0 x 25 +

1 x 24 + 0 x 23 + 0 x 22 +

1 x 21 + 0 x 20 = 21010

Page 71: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

71

141

Costruzione numeri binari

Per costruire la successione dei numeri binari si può seguire il seguente schema:

7=11106=01105=10104=00103=11002=01001=10000=0000

142

Operazioni binarie: regole

0 + 0 = 0 con riporto 00 + 1 = 1 con riporto 01 + 0 = 1 con riporto 01 + 1 = 0 con riporto 1

Page 72: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

72

143

Sommare numeri binari

10110101 +1000110 =

11111011

00110011 +00111000 =01101011

144

Moltiplicare numeri binari

1101 x11 =

11011101

100111

10011 x10 =

0000010011 100110

Page 73: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

73

145

esercizi per impratichirsi

Eseguire le seguenti operazioni direttamente in binario, convertire in decimale e verificare il risultato:

110000 + 10010101001010 + 1111111 + 10001001 x 111

5) Reti di elaboratori

Page 74: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

74

147

Cos’è una rete?

Una rete locale (Local Area Network –LAN) è fisicamente costituita da:

almeno due elaboratori (nodi o hostdella rete)

su ogni elaboratore: una scheda di reteun sistema operativo di rete

un cablaggio di rete, che può essere wired o wireless

148

A che serve una rete?

Una rete serve a condividere risorse ed informazioniesempi:

usare un programma che non risiede sul mio host ma su un computer remotousare una stampante connessa ad un altro hostattingere informazioni ad un database centralizzatoetc…

Page 75: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

75

149

A che serve una rete ?

Un altro grosso vantaggio del collegamento in rete consiste nel fatto che i nodi collegati non sono vincolati ad avere tutti lo stesso sistema operativo, ma solo a dialogare sulla rete con lo stesso protocolloSi possono quindi connettere elaboratori che usano Windows, Linux, MacOS, etc..I programmi non sono interscambiabili, ma possono esserlo i dati

150

Condivisione di risorse

Esistono due tipi di condivisione delle risorse:

workgroupnetwork server

Page 76: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

76

151

Condivisione di risorse

workgroup

diverse persone che lavorano allo stesso progetto si scambiano mutuamente informazioni, in un modello alla pari, con flusso di informazioni bilaterale (modello peer-to-peer o p2p)

152

Condivisione di risorse

workgroup

Page 77: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

77

153

Condivisione di risorse

network server

un server mette a disposizione di tutta la rete risorse ed informazioni comuni, con una gerarchia dal server all’elaboratore connesso e flusso di informazioni primarie unilaterale dal server ai computer connessi (modello client-server)

154

Condivisione di risorse

network server

Page 78: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

78

155

Tipologie di rete

A seconda dellaestensione geografica

della copertura di rete e dell’uso primario

che ne viene fatto, si usa suddividere la rete in varie tipologie, che fanno riferimento esclusivamente a queste caratteristiche e non al tipo di condivisione effettuato.

156

Tipologie di rete

PANPersonal Area Networkrete personaleogni qualvolta viene usato un collegamento di rete entro i 10 metrilocalizzazione tipica: una stanza

Page 79: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

79

157

Tipologie di rete

LANLocal Area Networkrete localeogni qualvolta viene utilizzato un collegamento di rete entro i 100 metrilocalizzazione tipica: un edificio

158

Tipologie di rete

MANMetropolitan Area Networkrete metropolitanaogni qualvolta viene utilizzato un collegamento di rete entro i 10 kmlocalizzazione tipica: una città

Page 80: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

80

159

Tipologie di rete

WANWide Area Networkrete geograficaogni qualvolta viene utilizzato un collegamento di rete entro i 100-1.000 kmlocalizzazione tipica: una nazione / un continente

160

Tipologie di rete

GANGlobal Area Networkrete planetariaogni qualvolta viene utilizzato un collegamento di rete capace di connettere globalmente ogni luogolocalizzazione tipica: l’intero pianeta

Page 81: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

81

161

Trasmissione dei dati

In una rete geografica i messaggi non vengono inviati in tempo reale ma vengono:

immagazzinati in un nodospezzettati in pacchetti di lunghezza ugualeinviati pacchetto per pacchettoriassemblati a destinazione quando sono stati ricevuti tutti i pacchetti

162

Trasmissione dei dati

spezzettando i dati in pacchetti si evita che grandi quantità di dati possano monopolizzare la retequesta tecnologia trasmissiva viene detta

a commutazione di pacchettoprevede che molti utenti possano utilizzare un collegamento unico grazie all’invio ciclico di un pacchetto per volta

Page 82: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

82

163

internet

Le reti geografiche sono state inventate negli anni ’60 attraverso il lavoro del MITIn seguito l’Advanced Research Projects Agency(ARPA) intraprese un progetto di rete resistente agli attacchi in caso di guerra o calamitàIl progetto ARPANET prevedeva che non vi fossero nodi critici: la rete doveva trovare da sola il percorso migliore tra quelli possibili; in caso di guasto ne doveva scegliere uno alternativoquesto meccanismo venne detto routing(instradamento)

164

internet

Tramite il routing viene scelto il percorso che consente di ottenere le prestazioni miglioriIn caso di guasto di un nodo, la rete sceglie un percorso alternativo, eventualmente con prestazioni inferiori, ma non si interrompeIl costo da pagare è una minore efficienzaQuesta caratteristica viene detta fault tolerance (tolleranza ai guasti)

Page 83: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

83

165

internetNegli anni ’70 ARPANET cominciò a crescere e venne inventato il concetto di internetworkingIl motivo per introdurre l’internetworking era più o meno questo: poichè gli standard utilizzati sono differenti, è difficile mettere in contatto due nodi che parlano un linguaggio differenteIn conseguenza vennero introdotti il Transmission Control Protocol/Internet Protocol(TCP/IP) ed il Domain Name System (DNS)

166

TCP/IP

Prende il nome dai due protocolli principali utilizzatiNon è un modello in senso stretto, in quanto include i protocolli ma non li definisce, che invece sono specificati tramite documenti detti Request ForComment (RFC)Gli RFC vengono elaborati da un gruppo ristretto e, quando pronti, pubblicati per averne i commenti dalla comunità tecnicaQuando raggiungono un sufficiente grado di affidabilità/stabilità vengono effettivamente adoperatiUn elenco degli RFC attualmente in vigore:

http://www.faqs.org/rfcs/rfc-activeT.html

Page 84: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

84

167

TCP/IP

Prevede che ad ogni macchina che si collega alla rete sia associato un numero unico, detto numero IPIl numero deve avere il formato di quattro gruppi di cifre, separati da un punto, con significati differenti:

aaa.bbb.ccc.ddd

168

Numero IP

Siccome gli esseri umani fanno difficoltà a ricordare i numeri, soprattutto se sono lunghi o complessi, è stata ideata la possibilità di associare ad ogni numero un nome simbolicoTuttavia è bene sottolineare che tra i nomi simbolici ed i numeri IP non esiste una relazione direttaQualunque nome simbolico, per essere associato correttamente ad un numero IP, ha bisogno di una tabella di instradamento (di routing)Cambiando i valori nella tabella si perde l’univocità dell’identificazione, ma non del numero IP che invece resta fissato

Page 85: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

85

169

Numero IPDal momento che nel mondo ci possono essere più computer che numeri IP disponibili, è possibile avere delle reti private, cioè delle reti che non possono essere viste da tutto il mondo ma solo da un ristrettissimo numero di macchineLe reti private hanno ugualmente i loro numeri IP, solo che questi non sono unici, quindi possono essere usati anche ripetutamente in più luoghi (più LAN)Le reti private hanno queste classi di numeri IP:

10.xxx.yyy.zzz172.16.yyy.zzz

192.168.yyy.zzzA questi occorre aggiungere un indirizzo speciale: 127.0.0.1, detto di loopback (o localhost) e che identifica la stessa macchina cui si riferisce

170

DNS

Il Domain Name System è un sistema per indicare univocamente una macchina mediante un sistema gerarchico:quasimodo.unime.it dominio di 1° livelloquasimodo.unime.it dominio di 2° livelloquasimodo.unime.it dominio di 3° livello

possono essere creati domini fino al livello 255

Page 86: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

86

171

DNS

quasimodo.unime.itIn un sistema governato dal DNS ogni livello gerarchico è separato dagli altri da un punto (“.”)Il livello gerarchico che sta a destra nella scrittura ha sempre un’importanza maggiore

172

DNS

I domini di 1° e 2° livello sono regolamentati da un’autorità centrale in tutto il mondo: ICANN, Internet Corporation for AssignedName and Numbers, www.icann.orgICANN non registra nomi a dominio ma tiene solo un registro degli stessi;Per la registrazione dei nomi a dominio esiste InterNIC (InterNet InformationCenter, www.internic.net)

Page 87: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

87

173

DNS

Ogni nazione può avere un’autorità locale (in Italia: Network Information Center italiana, NIC.it, www.nic.it)Ogni autorità locale può gestire solo il dominio di 1° livello (assegnare o negarne l’assegnazione) corrispondente alla propria estensione geograficaI domini di 1° livello non geografici sono assegnati solo ed esclusivamente da InterNIC

174

Nomi a dominio

I domini di 1° livello devono caratterizzare il contenuto del network identificato

.it .us, fr, .de, .es, .uk e gli altri sono network di interesse per le relative nazioni.com network commerciali.org network no-profit (non commerciali).mil network militari US.net network di network.biz network dedicati al business.info informazioni personali, aziendali, ….name riservato per le singole persone

Page 88: Lezioni di informatica - vfioraso.it · Lezioni di informatica Dr. Carlo Sansotta ... i computer possono essere classificati in varie categorie: … Consolle di gioco ... I network

88

175

Nomi a dominio

.gov organizzazioni governative

.pro organizzazioni professionali

.aero riservato alle aziende aereonautiche

.coop riservato alle cooperative riconosciutedall’ICA

.museum riservato ai musei

Le altre estensioni di solito usate sono domini geografici, ma spesso vengono utilizzati per altri scopi. Questo utilizzo improprio viene tollerato solo perché nessuno protesta…

176

Nomi a dominio

.tv isole Tuvaru, ma usato dai networktelevisivi

.dj Dijbouti, usato per i disc-jokey

.fm Federazione della Micronesia, usato per leemittenti radio

.cd Repubblica Democratica del Congo, mausato dai siti che hanno a che fare con lamusica o con i CD

.nu Niue, ma usato per pubblicizzare le novità(new)

.ph Filippine, usato da compagnie telefoniche

.st Sao Tomé, usato come indirizzo stradale(street)