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Corso integrato di Matematica, Informatica e Statistica Informatica di base Linea 1 Daniela Besozzi Dipartimento di Informatica e Comunicazione Università.

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Presentazione sul tema: "Corso integrato di Matematica, Informatica e Statistica Informatica di base Linea 1 Daniela Besozzi Dipartimento di Informatica e Comunicazione Università."— Transcript della presentazione:

1 Corso integrato di Matematica, Informatica e Statistica Informatica di base Linea 1 Daniela Besozzi Dipartimento di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano Corsi di Laurea in Biotecnologie (primo anno interfacoltà)

2 Prima lezione Cos’è e come funziona un computer? (Capitoli 1 e 7) 2Informatica di base – Linea 1

3 Prima Parte: Cos’è un computer? “Bando alle ciance!” 3Informatica di base – Linea 1

4 Cos’è un computer? 4Informatica di base – Linea 1

5 Cos’è un computer? 5Informatica di base – Linea 1

6 Cos’è un computer? 6Informatica di base – Linea 1

7 Cos’è un computer? 7Informatica di base – Linea 1

8 Cos’è un computer? 8Informatica di base – Linea 1

9 Architettura di von Neumann CPU=Central Processing Unit 9Informatica di base – Linea 1 Processore (CPU) Bus Memoria Periferiche

10 Processore E’ la parte del computer in cui avviene l’elaborazione, ed è coinvolto in tutte le attività del sistema – unità di controllo e unità operativa Esegue operazioni elementari 10Informatica di base – Linea 1

11 Memoria E’ la parte del computer dove si trovano i programmi e i dati usati durante l’elaborazione: – memorizza le operazioni che devono essere eseguite dal processore – memorizza i dati intermedi della computazione E’ volatile: se non è alimentata, la memoria viene persa! – quando si spegne o si riavvia il computer, i dati in memoria vengono persi 11Informatica di base – Linea 1

12 Memoria RAM = Random Access Memory – si può accedere a qualsiasi elemento in memoria senza dover scorrere tutti gli elementi precedenti 12Informatica di base – Linea 1

13 Memoria 13 Esempi di memoria RAM Informatica di base – Linea 1

14 Bus Serve per collegare processore e memoria: – scheda madre (circuito stampato costituito da fili di rame, resistenze, condensatori, …) 14Informatica di base – Linea 1

15 Le periferiche Diverse periferiche possono essere collegate ad un computer. – Si collegano attraverso il bus. – Possono essere collegate ad un computer, ma non fanno parte di esso. Esempio: esistono computer senza tastiera? – Sì, ad esempio alcuni palmari. 15Informatica di base – Linea 1

16 Esempi di periferiche Periferiche di input: – Tastiera, mouse, etc... Periferiche di output: – Monitor, stampante, etc... Periferiche di input-output: – Hard disk, scheda di rete, etc... 16Informatica di base – Linea 1

17 “Ma l’hard disk non è una memoria?!” Tecnicamente, non è una parte del computer ma una “periferica di memorizzazione persistente ad alta capacità” – memoria non volatile! Tiene in memoria i programmi e i dati quando non sono utilizzati direttamente Il processo di salvataggio permette di copiare i dati (in modo permanente) dalla RAM all’hard disk durante l’esecuzione di un programma 17Informatica di base – Linea 1

18 L’hardware Le componenti viste fino ad ora (processore, memoria, bus, periferiche) sono componenti fisiche: – vengono chiamate hardware 18Informatica di base – Linea 1

19 Il software Quando un computer è in esecuzione, esegue dei programmi: – insiemi di istruzioni finalizzate a risolvere un problema I programmi sono le componenti software di un sistema 19Informatica di base – Linea 1

20 Tipologie di software Software di sistema permette di gestire il computer: – ha l’obiettivo di rendere il sistema: semplice da usare, sicuro, efficiente... – esempio: sistema operativo (Windows, UNIX (Linux), OS X) Software applicativo permette agli utenti di svolgere i loro compiti: – esempi: programmi di scrittura, browser, il programma che stiamo usando per leggere le slides, … 20Informatica di base – Linea 1

21 “Ho una domanda” “Ok, ho capito cosa compone un computer, e cosa sono hardware e software, ma c’è una cosa che non ho mai capito: come fa a funzionare un computer? Come fa a decidere cosa deve fare? Chi glielo ha insegnato?” 21Informatica di base – Linea 1

22 Seconda Parte: Il processore e le istruzioni elementari “Se sono elementari non saranno poi così difficili da capire” 22Informatica di base – Linea 1

23 Da cosa è composto un processore? Da circuiti elettronici. Es: A e B sono segnali in ingresso al circuito: – impulso elettrico: valore 1 – niente impulso elettrico: valore 0 C è il segnale in uscita dal circuito: – il circuito “AND” garantisce che C ha un impulso elettrico se sia A che B hanno l’impulso elettrico A, B e C sono valori booleani o “bit” – hanno due valori possibili: 0 o 1 23 AND A B C Informatica di base – Linea 1

24 Qual è lo scopo di un processore? Esegue istruzioni che sono: – deterministiche  possono avere una sola interpretazione – elementari  operazioni algebriche o logiche (come l’AND) o poco di più Le istruzioni sono sequenze di 0 e di 1 – sono memorizzate nella memoria 24Informatica di base – Linea 1

25 Quanto è veloce un processore? Quante operazioni esegue il processore in un secondo? – cioè: qual è la frequenza del processore? La frequenza si misura in Hertz – 1 Hz = 1 volta al secondo – 1 MHz = volte al secondo Processori moderni raggiungono velocità superiori a 1 GHz = 1000 MHz = Hz 25Informatica di base – Linea 1

26 Come fa il processore a eseguire le istruzioni? Il ciclo macchina (o ciclo fetch/execute): Fetch = prendi qualcosa precedentemente immagazzinato 26Informatica di base – Linea

27 Istruzioni e parti del computer I computer sono costituiti da cinque parti: – memoria, unità di controllo, unità aritmetico/logica (ALU), unità di input e unità di output 27Informatica di base – Linea 1

28 Dove sono memorizzate le istruzioni? Nella memoria, sotto forma di sequenze di bit La memoria contiene anche i dati su cui le istruzioni operano, cioè sequenze di bit che possono rappresentare: – numeri interi, decimali, ecc. – lettere (a, b, c,...., A, B, C) – immagini, audio, filmati, ecc. 28Informatica di base – Linea 1

29 La memoria Insieme ordinato di locazioni: – ogni locazione contiene 8 bit = 1 byte – ogni locazione ha un indirizzo (un numero che la distingue dagli altri) – l’insieme è finito 29Informatica di base – Linea 1

30 La memoria (come la immagino io) Informatica di base – Linea 1

31 L’utilizzo della memoria Con 1 byte si possono memorizzare un numero limitato di informazioni – (vedremo più avanti quante) – esempio: un’istruzione occupa 4 byte Come facciamo a rappresentare dati che occupano più di un byte in memoria? – usiamo locazioni consecutive – ci riferiamo a loro usando l’indice della prima locazione 31Informatica di base – Linea 1

32 Come sono fatte le istruzioni? ADD 4000, 2000, 2080 cosa fa: addiziona il valore contenuto all’indirizzo 2000 con il valore contenuto all’indirizzo 2080 e mette il risultato all’indirizzo Informatica di base – Linea 1

33 Quale istruzione viene letta? Il numero della prossima istruzione da eseguire è memorizzato nel Program Counter – Il PC viene incrementato automaticamente quando si finisce di interpretare un’istruzione – …a meno che l’istruzione non sia un salto. Esempio: inizio con PC=1 ed eseguo la prima istruzione 1.Add  dopo istruzione PC=2 2.Mult  dopo istruzione PC=3 3.Jump 10  dopo istruzione PC= Add Informatica di base – Linea 1

34 Come viene eseguita un’istruzione? Stiamo per eseguire un’istruzione ADD…. 34Informatica di base – Linea 1

35 1° passo del ciclo macchina: 35Informatica di base – Linea 1 Come viene eseguita un’istruzione?

36 2° passo del ciclo macchina: 36Informatica di base – Linea 1 Come viene eseguita un’istruzione?

37 3° passo del ciclo macchina: 37Informatica di base – Linea 1 Come viene eseguita un’istruzione?

38 4° passo del ciclo macchina: 38Informatica di base – Linea 1 Come viene eseguita un’istruzione?

39 5° passo del ciclo macchina: 39Informatica di base – Linea 1 Come viene eseguita un’istruzione? PC incrementato di 4 byte = istruzione successiva

40 Quali istruzioni esegue il processore? Istruzioni aritmetiche: add, mult, div Istruzioni logiche: AND, OR Shift: spostamento di bit verso destra o sinistra Istruzioni di controllo del flusso: salti Spostamento di dati tra aree di memoria Ricezione di segnali dai dispositivi (periferiche) 40Informatica di base – Linea 1

41 “Mmm, allora mi sa che non sto capendo” “C’è qualcosa che non mi convince: ora stai usando delle slides, e se schiacci il tasto giusto, passi alla slide dopo. Quindi deve esistere l’istruzione ‘passa alla slide dopo’!” 41Informatica di base – Linea 1

42 I programmi Non esiste l’istruzione ‘passa alla slide dopo’: – il processore non “sa” neanche cosa sia una slide! Esiste una serie (lunga) di istruzioni elementari il cui effetto è quello di passare alla slide successiva La serie di istruzioni fa parte di un programma – il programma si chiama PowerPoint, nel nostro esempio delle slide 42Informatica di base – Linea 1

43 La prossima volta vedremo Come si scrivono i programmi Quali principi teorici esistono alla base dei programmi 43Informatica di base – Linea 1

44 Terza parte: Riepilogo “Pesante, per essere la prima lezione!” 44Informatica di base – Linea 1

45 Abbiamo visto Cos’è un computer – Macchina di von Neumann Differenza tra hardware e software – e tra software applicativo e di sistema Cos’è un processore e quali istruzioni esegue Cos’è la memoria e cosa contiene 45Informatica di base – Linea 1

46 Glossario Processore, bus, memoria Periferiche (di input, output, di input e output) Hardware e software – software di sistema e applicativo Bit, Byte Indirizzo di memoria 46Informatica di base – Linea 1

47 Sul libro di testo Questa lezione è spiegata nei capitoli 1 e 7 del testo di L.Snyder (“Fluency”) Le seguenti sezioni fanno riferimento a concetti non ancora studiati e possono essere evitate: – “La tecnologia dei semiconduttori” – “Dall’applicazione degli elettroni” La sezione “Software” verrà trattata nella prossima lezione 47Informatica di base – Linea 1


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