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1 Informatica di base A.A. 2002/2003 Docente: Prof. Francesca Rossi Tel: 049-8275982 Studio: Via Belzoni.

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1 1 Informatica di base A.A. 2002/2003 Docente: Prof. Francesca Rossi Tel: Studio: Via Belzoni 7, primo piano

2 2 Organizzazione del corso 24 ore di lezione (3 crediti) in aula LUM 250 prime tre settimane: Lunedi- Martedi – Mercoledi 11:20-13:00 altre settimane (dal 21 Ottobre): Martedi 11:20-13:00 16 ore di laboratorio (2 crediti) in aula laboratorio dopo le prime tre settimane tre gruppi di studenti Mercoledi e 16-18, Giovedi iscrizione in terminali per login password (tra qualche giorno)

3 3 Materiale ed esame Dispensa disponibile alla Libreria Progetto (Via Marzolo 28, Via Portello 5/7) Sito web del corso (pronto tra pochi giorni) Esame con domande a scelta multipla

4 4 Sommario degli argomenti – parte 1 I circuiti logici Il sistema binario Larchitettura di Von Neumann Interi, reali e caratteri in un computer Linguaggio macchina ed Assembler

5 5 Sommario degli argomenti – parte 2 Sistemi operativi: DOS, Unix/Linux,Windows Word processors: Word Fogli elettronici: Excel Sistemi per la gestione di basi di dati Reti: TCP/IP, Internet, ftp, telnet, posta elettronica WWW: http, Netscape, HTML, motori di ricerca

6 6 L Hardware di un computer 3 tipi di componenti fondamentali: un computer è ottenuto assemblando un gran numero di componenti elettronici molto semplici A BR A BR AR Hardware

7 ANDORNOT A BA AND B falso falso vero falso vero falso falso vero A BA OR B falso falso vero vero vero falso vero ANOT A falsovero falso RA B RA B RA

8 8 Completezza di and, or, e not z16 operazioni logiche binarie (tante quante possibili scelte di 4 valori) z4 operazioni logiche unarie zTutte possono essere ottenute componendo and, or, e not

9 A B falso vero falso vero vero vero falso falso vero A B A B equivale a (NOT A) OR B A BNOT A(NOT A) OR B

10 A B A B equivale a (A B) AND (B A) A B B A(A B)AND(B A)

11 o XOR A B A XOR B equivale a NOT (A B) A B NOT(A B)

12 A = (B A) [(NOT A) (NOT B)] A B B A NOT ANOT B (NOT A) (NOT B) A Siccome (un rettangolo è un quadrato se ha altezza uguale alla base), allora [se un rettangolo (non è un quadrato) esso (non ha altezza uguale alla base)]. Il risultato è sempre 1, ossia sempre vero. Lasserzione è una tautologia (o un teorema). A = (B A) [(NOT A) (NOT B)]

13 13 Dalla tabella di verita ad un circuito zTanti input quante sono le dimensioni della tabella zUn solo output zUn or alloutput zTanti and quanti sono gli 1 della tabella zInput degli and: 1 se diretto, 0 se negato A B

14 14 Nand e nor zNon servono tre operazioni (and, or, not) zBasta una tra : nand (not and) e nor (not or)

15 NANDNOR A BA NAND B falso vero falso vero vero vero falso vero falso A BA NOR B falso vero falso vero falso vero falso falso vero falso RA B RA B

16 AND OR NOT

17 17 Memorie zProcessore = griglia di milioni di porte logiche zFrequenza (con cui riceve linput) zEsempio: 2 Giga Hertz (2 miliardi di cicli al secondo) zInput ad un ciclo output al ciclo successivo

18 18 Rappresentazione binaria zBase 10 cifre da 0 a 9 zBase 2 cifre 0 e 1 zSequenza di cifre decimali d k d k-1 … d 1 d 0 numero intero d k x 10 k + d k-1 x 10 k-1 + … d 1 x 10 + d 0 Esempio: 101 in base 10 e 1x100+0x10+1x1

19 Circuiti aritmetici Rappresentazione binaria di un intero: = 1· · · ·2 0 = = Valore minimo di una sequenza di n cifre binarie: 000 … 0 (n volte) = 0 10 Valore massimo: 1111…111 (n volte) = 2 n n-2 + … = 2 n –1 Esempio: 111 = = 7 =

20 20 Una proprietà dei numeri binari = = 36 = 73/2 e questo è il resto Eliminare il bit più a destra corrisponde a dividere per 2 il valore, ed il bit eliminato è il resto

21 21 Trasformazione di un numero in base 10 a binario /2=62 resto 1 62/2=31 resto 0 31/2=15 resto 1 15/2=7 resto 1 7/2=3 resto 1 3/2=1 resto 1 1/2=0 resto in binario è rappresenta 62 rappresenta 31 etc

22 Circuiti aritmetici Riporto: = Somma: Colonna per colonna, da destra a sinistra Riporto se la somma su una colonna supera la base Tre cifre binarie (prima riga, seconda riga, riporto), somma =1 se una o tre sono 1, riporto = 1 se almeno due sono 1

23 23 Somma binaria 1 11 riporti = Si vuole costruire un circuito per sommare due numeri binari Iniziamo con un circuito che faccia la somma su di una colonna

24 Vogliamo un circuito che con input due bit corrispondenti ed il riporto precedente calcola la loro somma ed il nuovo riporto. yx S R R' ADD

25 La somma S è 1 se tutti e tre i bit in input sono 1 oppure solo uno di essi è 1. Questo si esprime con la formula logica: S = {[(X AND Y) AND R] OR [X AND (Y NOR R)]} OR {[Y AND (X NOR R)] OR [R AND (X NOR Y)]}

26 Il nuovo riporto R' è 1 se almeno due bit in input sono 1. Questo si esprime con la formula logica: R' = [(X AND Y) OR (X AND R)] OR (Y AND R)

27 27 2 bit da sommare riporto riporto per la prossima colonna risultato su questa colonna 1-ADD 3 input 2 output

28 28 Tabelle di verità risultato riporto bit da sommare

29 Dalle tabelle di verità sappiamo come costruire il circuito: riportorisultato 1-ADD

30 30 1-add 1-add 0 riporto iniziale Riporto finale risultato Somma di numeri di 4 bits

31 31 Componendo 6 circuiti ADD si ottiene il circuito x0x0 0 ADD R y0y0 s0s0 x1x1 R y1y1 s1s1 x2x2 R y2y2 s2s2 x3x3 R y3y3 s3s3 x4x4 R y4y4 s4s4 x5x5 R y5y5 s5s5 Che calcola la somma di due numeri di 6 bit

32 bit cicloresetflipABoutput 000??? 100?1? 210?1? 310?0? 400? cicloresetflipABoutput Memoria (volatile)

33 bit cicloresetflipABoutput

34 34 Ricevimento e sito corso Orario di ricevimento: Mercoledi 16:30- 18:30 nel mio studio (o in unaula)

35 35 Esercizio Determinare la tavola di verità del seguente circuito: and A B R è una tavola nota? not or

36 36 Esercizio Partendo dalla tavola di verità dellesercizio precedente, costruite un circuito che la realizza seguendo il metodo di costruzione generale visto in classe.

37 37 Esercizio Si disegni un circuito logico che realizza la seguente tavola di verita: A=0, B=0 R = 1 A=0, B=1 R = 1 A=1,B=0 R = 1 A=1, B=1 R = 0

38 38 Esercizio Dare la tavola di verita delle formule: (A NOT(B)) OR (A AND B) A OR (A AND NOT(B)) (NOT(A) NOT(B)) OR (NOT(A) AND B)

39 39 Esercizio Scrivere la rappresentazione binaria dei numeri decimali:

40 40 Esercizio Scrivere la rappresentazione decimale dei numeri binari:

41 41 Iscrizione per laccesso al laboratorio zSito per le iscrizioni: zDopo tre giorni: ritirare login e password e firmare zDa casa o da due terminali nellandrone del laboratorio

42 42 Larchitettura di Von Neumann CPU RAM Mem second I/O bus

43 43 RAM= Random Access Memory memoria ad accesso casuale Nella RAM, come ovunque in un computer, le informazioni sono sempre rappresentate con sequenze di 0 e di 1. Numeri binari. La RAM quindi è fatta per contenere tali numeri. un bit può contenere o 0 o 1 un byte è una sequenza di 8 bits una parola consiste di 4 bytes

44 quindi la RAM è una sequenza di bytes byte da cui si leggono ed in cui si scrivono singoli byte o blocchi di 4 bytes consecutivi: le parole. bit parola

45 Indirizzamento di byte e parole

46 46 Unità di misura della RAM 1 K bytes circa bytes 2 10 = Mega byte circa bytes Giga byte circa bytes Tera byte circa bytes 2 40

47 47 RAM => accedere ad ogni byte ha la stessa durata (10**-7 sec): non dipende da quale byte è stato acceduto prima è volatile: se tolgo la spina linformazione è persa (cè anche la ROM) ogni byte ha un indirizzo 0,1, il byte e la minima quantita accessibile (attraverso il suo indirizzo) PROPRIETA della RAM

48 48 La CPU: unità centrale di calcolo: esegue programmi che sono nella RAM Cis 1 Cis 2 Cis k P IP R0 Rn bus RAM RC ALU registri di calcolo CPU

49 49 La CPU esegue continuamente il ciclo ADE=Access/Decode/Execute Access: preleva dalla RAM la prossima istruzione da eseguire (lindirizzo è in P, listruzione viene messa in IP) Decode: capisce che istruzione cè in IP: is i Execute: la esegue mediante il circuito Cis i 1 ciclo= 10**-9 sec

50 50 Memoria Secondaria è permanente dischi fissi, floppy, nastri magnetici, CD accesso sequenziale (il tempo varia a seconda dellaccesso precedente) è adatta per leggere/scrivere grandi quantita di dati (in posizioni contigue)

51 51 I/O=Input/Output Dispositivi di comunicazione utente computer. In un computer moderno: input=tastiera output=video / stampanti velocita diverse e molto minori delle altre parti del computer (decimi di sec)

52 52 Componenti di un PC zI componenti del calcolatore si dividono in due categorie: yHardware (parte fisica, meccanica, elettronica) ySoftware (istruzioni e comandi) zUnità di misura: yVelocitàMHzMilioni di operazioni al secondo yMemoriaByte, KB, MB, GB, TB

53 Macchina Hardware e Macchina Software macchina hardware Agli albori dell'informatica, lutente programmava in binario (Ling.Mac.) scrivendo i programmi nella RAM sistema operativo applicativi

54 macchina hardware utente software traduce per noi in linguaggio macchina

55 La macchina software permette: input/output facile programmazione in linguaggi ad alto livello, come Java (parte III) rende disponibili programmi per compiere operazioni molto complicate (applicativi) (parte II) Tutto viene comunque "fatto" dalla macchina hardware!!

56 56 INTERI REALI e CARATTERI Il computer ha memoria finita e quindi linsieme dei numeri interi e reali che sono rappresentabili è necessariamente finito!

57 57 Rappresentazione binaria zNumero binario: b n-1 b n-2 … b 0, dove bi=1 o 0 zCorrisponde al numero decimale (b n-1 x 2 n-1 ) + (b n-2 x 2 n-2 ) +… + (b 0 x 2 0 ) zEsempio: 101 corrisponde a 1x4+0x2+1x1 = 5 zEsempio: 11 = 1x2 + 1x1 = 3

58 58 Gli interi nel computer Generalmente gli interi occupano 4 bytes = 32 bit Con n bit, si rappresentano interi positivi da 0 a 2 n –1 0 = n zeri 2 n-1 = n uni, cioe 1x2 n + 1x 2 n-1 = … + 1x2 0 e i negativi ?

59 59 Prima rappresentazione Il bit n rappresenta il segno: 0 = positivo 1 = negativo PROBLEMI: 2 zeri (+0 e -0) operazioni complicate

60 60 Seconda rappresentazione Usare la rappresentazione in complemento a 2: positivi da 0 a 2 n-1 -1 lasciando a 0 il bit n negativi da -2 n-1 a -1 si rappresentano come il complemento a 2 del valore assoluto

61 61 Esempio, con n=6 0, 1,…….31, 32, ……, 63 positivi negativi = = -31 ……… =

62 62 Supponiamo n=6 -4 viene rappresentato come complemento a 2 di (= 4) cioè = = 60 (10) si calcola anche: = 60 Esempio:

63 Complementando 0 si ottiene ancora = ha gli ultimi 6 bit uguali a 0 in binario = Complementando 32 si ottiene = ha il bit 5 uguale a 1(negativo) in binario =

64 64 In generale: con n bits positivi 0 ….. 2 n-1 -1 negativi -2 n-1 …... -1

65 65 La somma è semplice n= = in binario = Somma di numeri positivi 10+12

66 54+ 52= ha il bit 5 uguale a 1(negativo) e il bit di overflow pure 1 in binario = Somma di numeri negativi (-10)+(-12) = = = = = 42

67 54+ 12= ha il bit di overflow 1 in binario = Somma con un numero negativo (-10) = = 2

68 27+ 12= ha il bit 5 uguale a 1(negativo) e il bit di overflow 0 in binario = Risultato troppo grande = = 39 = -25 errore di overflow

69 37+ 52= ha il bit 5 uguale a 0(positivo) e il bit di overflow 1 in binario = Risultato troppo piccolo (-27)+(-12) = 25 = 25 errore di overflow = = 52

70 0+ 32= ha il bit 5 uguale a 1(negativo) e il bit di overflow 0 in binario = Complemento di -32 : 0+(-32) = -32 errore di overflow = 32

71 71 Altro esempio con n=6 Vogliamo: = = 42 che rappresenta un numero negativo (è >31) che numero ? = -22 OK

72 > 61= > 42 = = n= Basta buttare via l1 in colonna = -25 come desiderato

73 Non sempre la somma va bene: 25+10= 35 che con 6 bit rappresenta un numero negativo: 35-64= -29 !! = = 94 ed anche buttando l1 in colonna 7, che vale 64, otteniamo 30, che è positivo! TROPPO GRANDE !! TROPPO PICCOLO !! overflow o supero

74 74 due fatti importanti: una somma dà overflow sse i riporti in colonna n ed n+1 sono diversi Se non cè overflow allora basta buttare leventuale bit in colonna n+1 per ottenere il risultato corretto

75 75 test di overflow nel caso di 2 numeri positivi: entrambi hanno 0 in colonna n sommandoli, in colonna n+1 il riporto è sempre 0 il test dice che la loro somma da supero sse cè riporto in colonna n la somma è almeno 2 n-1 e quindi è maggiore del massimo intero rappresentabile con n bits

76 consideriamo ora: = = = basta buttare via la regola dice che non cè overflow 37-64=-27 OK

77 esempio: 7 bits, 2 7 =128 quindi normali mentre rappresentano ?? = =-18

78 somma: > > > 127 -> -1 non cè overflow visto che non cè riporto nè in colonna 7 nè in 8

79 altro esempio: -23 -> 105 -> > 83 -> riporto 1 in colonna 8 e 0 in 7 OVERFLOW

80 80 Reali in notazione binaria zb k-1 b k-2 … b 2 b 1 b 0, b -1 b -2 … zb k-1 x 2 k-1 + b k-2 x 2 k-2 +… + b 2 x b 1 x 2 + b 0 x b -1 x b -2 x … zDa decimale a binario: yPer la parte intera, come sappiamo fare (metodo delle divisioni)

81 81 REALE--> BINARIO cosa significa una parte decimale binaria:

82 moltiplicarlo per 2 significa spostare il punto di un posto a destra

83 se abbiamo un valore decimale in base 10: 0.99 come troviamo la sua rappresentazione in base 2? Ragioniamo come segue: supponiamo che.99 =.b 1 b 2 b 3...b k (binario) allora 2.99 = 1.98 = b 1. b 2 b 3...b k quindi b 1 è 1 e.98 è rappresentato da. b 2 b 3...b k

84 per trovare la rappresentazione binaria di un decimale lo moltiplichiamo per 2 ed osserviamo se 1 appare nella parte intera:.59 2= = = = = = dipende da quanti bit abbiamo rappresentazione binaria di.59

85 85 esempio

86 86 Decimali in forma normalizzata z43,5 puo essere scritto come: y43,5 x 10 0 y0,0435 x 10 3 y4350,00 x 10 –3 y4,350 x 10 1 (forma normalizzata) zLo stesso per i numeri binari decimali: y1001,01 = 1001,01 x 2 0 = 10,0101 x 2 2 = ,00 x 2 –2 yForma normalizzata: la parte intera e sempre 1 y(es.:1,00101 x 2 3 )

87 87 Rappresentazione dei Reali in un computer s e+127 m Rappresenta: N = s 2 e 1.m implicito 0 e quindi -127 e 128

88 = 4 = numero delle posizioni verso sinistra di cui abbiamo dovuto spostare il punto decimale RAPPRESENTAZIONE UNICA

89 89 esempio di rappresentazione in virgola mobile: > ???.65*2= *2=.60.60*2= *2=.40.40*2=.80.80*2=

90 mantissa= esponente 130, perchè =3 e quindi 2 3 * =

91 deve diventare significa moltiplicare per 2 3 per rimettere le cose a posto: esponente 124 visto che =-3 e 2- 3 * =

92 92 quanti reali si rappresentano? con una parola, cioè 32 bits, possiamo rappresentare 2 32 cose diverse al più 2 32 reali questi valori non sono distribuiti uniformemente come gli interi sono maggiormente concentrati tra -1 e 1 si diradano sempre più allontanandosi dallo 0

93 93 Distribuzione disuniforme Supponiamo 2 bits per la mantissa e 2 per lesponente (-1,0,1,2)

94 94 caratteri in generale viene usata la codifica ASCII: ogni carattere è rappresentato da 1 byte: 256 caratteri. Questo basta per: a....z A...Z , ;: () caratteri di controllo: enter, tab...

95 95 wide characters nel caso sia necessario rappresentare più caratteri, per esempio gli ideogrammi cinesi, esiste una codifica che associa 2 bytes ad ogni carattere. In questo modo si rappresentano caratteri diversi

96 96 esercizi quali sono le parti principali dellarchitettura di von Neumann? citare le caratteristiche salienti della RAM quali sono le parti essenziali della CPU descrivere il ciclo che la CPU ripete in continuazione

97 a cosa servono i registri P e IP della CPU? quali sono gli esempi più comuni di memoria secondaria e perchè essa si chiama sequenziale? dare alcuni esempi di dispositivi di input e di output.

98 98 esercizi: usando la rappresentazione in complemento a 2, quali valori interi si possono rappresentare con 5 bits ? con 5 bits, realizzare la somma: -5-8, come si testa se cè overflow o no? con 5 bits, realizzare 10+8, come si testa se cè overflow o no?

99 99 esercizi dare la rappresentazione in virgola mobile normalizzata dei valori 0.5, 1.5 e avendo 8 bits per lesponente e 8 per la mantissa.


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