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Introduzione allinformatica Sistemi numerici Le memorie Le unità di entrata e di uscita Sistema decimaleSistema binario Lunità centrale CPUSchema a blocchi.

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1 Introduzione allinformatica Sistemi numerici Le memorie Le unità di entrata e di uscita Sistema decimaleSistema binario Lunità centrale CPUSchema a blocchi di un micro-computer Schema a blocchi di un Computer La memorizzazione dei dati Trasmissione seriale di dati Lelaborazione dei dati Hardware & Software Sistema esadecimale Trasmissione parallela di dati Il codice ASCII Fine La rappresentazione dei dati Copyright DELFINI Andrea

2 Sistemi numerici I sistemi numerici servono a rappresentare informazioni. Un concetto chiaro, per esempio 29, può essere rappresentato come segue: D 16 Per evitare confusione la base del sistema viene sempre messa ad indice. Nellelaborazione dei dati lo zero viene barrato per differenziarlo dalla lettera O. Le proprietà di un sistema numerico sono: Cifre a disposizione: numero delle cifre utilizzabili Valore: il valore di una cifra dipende dalla sua posizione nel numero Base: è il fondamento di ogni sistema numerico; Le cifre a disposizione sono la base Le loro posizioni sono valori di potenza della base

3 Sistema decimale Il sistema decimale ha a disposizione 10 cifre. Per riconoscere la base si usa spesso una lettera D oppure nulla.

4 Sistema binario Lelaborazione delle informazioni, cioè numeri, dati e ordini viene eseguita nel computer comparando, combinando e scorrendo numeri duali, cosiddetti modelli binari. Per riconoscere la base viene spesso usata la lettera B: B

5 Sistema esadecimale Il rapporto con i numeri binari è relativamente difficile. Lavorando con i microprocessori si usa più volentieri il sistema esadecimale. Il sistema esadecimale ha a disposizione 16 cifre. Le prime 10 sono come nel Sistema decimale Esadecimale 9 C 16 potenza di valore 16 1 valore decimale = Per riconoscere la base si usa spesso la lettera H, per esempio: 9C 16 9C H 9CH Possibilità di confusione: BEFFAè intesa come parola OBEFFAHè invece un numero esadecimale mentre le altre 6 sono le lettere dellalfabeto dalla A alla F.

6 Per convertire un numero binario in uno esadecimale vengono formati dei gruppi di 4 numeri binari. Il gruppo di sinistra deve eventualmente essere completo con degli zeri. Ad ogni gruppo di 4 corrisponde un numero esadecimale. Esempio:gruppi di quattro C 9C numero binario numero esadecimale !!! Numeri esadecimali che iniziano con una lettera devono essere scritti iniziando con uno zero

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8 La memorizzazione dei dati 8 bit 1 bit (binary bigit) è la più piccola unità di informazione per i dati: 0 o 1. 1 byte consiste in 8 bits. È la più piccola unità di informazione per rappresentare simboli codificati, per esempio lettere, cifre, segni speciali, ordini. Il concetto di Byte viene usato anche per definire la capacità di una memoria. Cervello umano: capacità irraggiungibile A occhio e croce un cervello umano memorizza 62,5 milioni di pagine A4 con ognuna 2000 simboli ognuno dei quali è rappresentato da 8 bit: quindi circa 1 milione di megabit. Capacità di memorizzazione

9 Capacità di memorizzazione dei dati Tipo di memoriaCapacità per unitàNumero di pagine A4Densità in bit / mm 2 Velocità di lettura e scrittura 1 pagina A4 (2000 simboli) 16 Kbit bit/s Memoria a semiconduttori256 Kbit1610 x Mbit/s Memoria magnetica1 Mbit x Kbit/s Disco560 Mbit x Mbit/s nastro720 Mbit x Mbit/s Memoria olografica10000 Mbit x Mbit/s Compact Disc CD15000 Mbit x Mbit/s Cervello1 Mio Mbit (memoria continua) 62.5 Mio(10 9 /cm 3 )1 bit/s memoria lunga durata 50 bit/s memoria corta durata

10 La rappresentazione dei dati Un computer può elaborare direttamente numeri, lettere o segni speciali. È necessario che abbia tutti i simboli in una lingua a lui conosciuta. Allinterno i segni vengono rappresentati e trasportati con degli stati di tensione (tensione = 1, nessuna tensione = 0 ). Il sistema binario serve a questo scopo. Per rappresentare 128 simboli occorre una combinazione di 7 bit (27 = 128 simboli). Per la rappresentazione e la trasmissione dei simboli viene usato il codice: ASCII ASCII (American Standart Code for Information Interchange = codice standart americano per lo scambio di informazioni)

11 Il codice ASCII a 7 bit Significato dei simboli di comandoTabella completa

12 Significato dei simboli di comando

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14 La trasmissione dei dati Trasmissione parallelaTrasmissione seriale

15 8 bit sono trasmessi contemporaneamente il ricevitore sisponde al trasmettitore che ha ricevuto i dati sono necessarie 8 linee la trasmissione è veloce Si trasmette 1 bit alla volta trasmettitore e ricevitore devono essere sincronizzati è necessaria una sola linea la trasmissione seriale è più lenta della parallela La velocità di trasmissione viene data in Baud- Rate. 1 Baud = 1 bit/s o b/s Velocità tipiche: 300/ 1200/ 2400/ 4800/ 9600 b/s Trasmissione parallelaTrasmissione seriale La velocità di trasmissione viene espressa in: Byte/s o B/s

16 Hardware & Software Hardware Hardware = materia dura Tutti gli elementi meccanici ed elettronici di un computer. Software Software = materia morbida Tutti i programmi e i dati necessari al lavoro di un computer. persona Comparazione Una ferrovia funziona solo grazie al giusto lavoro di persone, attrezzature e piani orari. Una musica sublime si ottiene solo con un ottimo violino e un musicista allenato. Un computer lavora senza errori solo con ununità capace e con utilizzo e programmi corretti. Hardware e software formano ununità

17 Lelaborazione dei dati EntrataUscita Computer Elaborazione dati e memorizzazione convertitore

18 Schema a blocchi di un Computer Costituzione di un computer (per esempio Commore 64) Unità entrata/ uscita Memoria fissa (ROM) Unità centrale CPU Memoria lettura/ scrittura Dati Unità centrale processore 6518 Memoria- ROM 28 kB - RAM 64 kB Frequenza 1MHz

19 Schema a blocchi di un micro-computer CPU Unità centrale consiste in un microprocessore Bus di dati Unnità di comando Unità di calcolo Registr (memoria) RAMROM I/O Entrate e uscite Bus di comando periferia Memoria (memoria di lavoro) interfacccia CPU Bus di indirizzi

20 CPU = Central Processing Unit (unità centrale di elaborazione) La definizione classica di CPU comprende lunità di comando, lunità di calcolo e la memoria di lavoro. Nei microcomputer moderni lunità centrale è composta da un microprocessore. La memoria dei programmi e dei dati è esterna alla CPU. ROM = Read Only Memory (memoria di lettura) RAM = Random Access Memory (memoria di lettura / scrittura) BUS = connessioni I/O = Input / Output (entrata e uscita dei dati)

21 Lunità centrale (CPU) La CPU è lunità di lavoro del computer. Prende gli ordini, li decodifica e li esegue. Una caratteristica della CPU è il numero di bit (lunghezza della parola) che possono essere elaborati in una sola volta, lARCHITETTURA. bus interno ALU Flag accu calcolatore comando clock registri buffer

22 Comando Coordina lesecuzione degli ordini del microcomputer. Il comando riceve gli ordini del programma nella memoria di lavoro e li collega. Per far questo vengono generati i segnali necessari. Calcolatore La centrale di elaborazione dei dati. Consiste nellALU, registri di flag e accumulatore. Flag: segnalatore di dati dellALU. Accumulatore: è legato allALU, registro principalmente del microprocessore. Tutte le operazioni passano attraverso laccumulatore. Registri Piccole memorie (fogli di appunti del microprocessore). I dati elaborati vengono memorizzati qui momentaneamente. Altri componenti Buffer:distributore e comando di dati e indirizzi. Clock: serve per lesecuzione temporale e per il comando degli elementi collegati al Microcomputer.

23 Le memorie Sguardo sulle memorie Principio della memorizzazione Memoria di sola lettura (ROM) Principio di una cella di memoria Presentazione modello Memoria di lettura e scrittura (RAM)

24 Sguardo sulle memorie Nei computer odierni prevalgono le memorie a semiconduttori di tipo RAM e ROM per i programmi ed dati. Memoria a semiconduttori Solo di lettura ROM di lettura e scrittura RAM Maschera programmabile ROM Programmabile dallutilizzatore PROM Cancellazione con UV e programmabile elettricamente EPROM Cancellabile e programmabile elettricamente EEPROM La capacità di un chip dipende dai bit memorizzabili: 1 kbit = 2 10 bit = 1024 bit 16 kbit = 2 14 bit = bit 64 kbit = 2 16 bit = bit Maschera programmata ROM Le informazioni vengono programmate dal costruttore. Questa procedura rende per la produzione di massa. PROM programmabile dallutilizzatore (PROM = ROM Programmabile) Lutilizzatore può programmare lui stesso lelemento con un apparecchio appropriato.

25 Principio della memorizzazione EPROM (= Erasable PROM) Con gli UV si possono cancellare attraverso la finestra tutti i dati. Si possono poi riprogrammare elettricamente. EEPROM (= Electrically Erasable PROM) Si programma e si cancella elettricamente.

26 Memoria di sola lettura (ROM) La memoria ROM è paragonabile ad un libro. Il contenuto può solo essere letto e non modificato o cancellato. Le informazioni memorizzate vengono fissate dal costruttore e restano anche togliendo lalimentazione (memoria fissa). Nella ROM ci sono dati e programmi di cui il microprocessore abbisogna per lavorare. matrice di memoria comando colonna uscita buffer selezione elemento decoder di linea (X) decoder di colonna (Y) entrata indirizzi Il contenuto della ROM dipende dalluso: Sistemi operativi completi o parziali (monitor) Programmi utilizzatori completi connessioni esempi

27 Esempi di sistemi operativi completi o parziali: Programmi di start Istruzioni di tastiera Istruzioni di schermo Lavoro con periferiche Interpreti (per esempio BASIC) Operazioni matematiche (programmi di somma, sottrazione, moltiplicazione e divisione)

28 Connessioni

29 Principio di una cella di memoria Funzione Sulla connessione degli indirizzi la ROM ne riceve una dalla CPU Nella ROM viene decodificato. I dati desiderati vengono preparati nel buffer Viene attivata la ROM desiderata e i dati sono messi sul databus. I dati vengono elaborati in seguito dalla CPU Dopo questo ciclo la ROM viene disattivata dal circuito di selezione X Ytransistor di scelta coordinate a bit del dato cella di memoria 0 Volt connessione della coordinata viene programmata in modo che il transistor resta aperto o chiuso per molto tempo (anni).

30 Presentazione modello Se sulla connessione X cè un 1 il transistor di scelta conduce e quindi la cella è collegata con Y. Quando la cella di memoria conduce Y diventa 0. A X Y S 0 Volt S aperto = 1 S chiuso = 0

31 Memoria di lettura e scrittura (RAM) Una RAM è una memoria comparabile ad unagenda. Il contenuto di ogni cella può essere letto o riscritto. Questa memoria si chiama volatile poiché togliendo lalimentazione i dati vanno persi. Questi componenti sono la memoria di lavoro di un microcomputer nel quale dati e programmi possono essere caricati da memorie esterne. Matrice di memoria DatiDirezione Decoder di colonna Decoder di riga controllo Il contenuto della RAM può essere: programmi e dati sistemi operativi, compilers, interpreti, ecc. letti dalla memoria principale connessioni tipi di RAM

32 Tipi di RAM Il circuito rappresenta un flip- flop. Dei due transistor in basso uno conduce e uno è bloccato. RAM staticaRAM dinamica indirizzo X entrate di scrittura e uscite di lettura X entrata dei dati connessione per la selezione di scrittura uscita dei dati connessione per la selezione di lettura Il transistor a metà funge da memoria di carica. Per non perdere il conteggio deve periodicamente essere comandato Singola cella/ Comparazione

33 Singola cella/ Comparazione Singola cella Funzione Sulla connessione X la RAM riceve un indirizzo dalla CPU Dopo ogni ciclo di lettura/ scrittura viene attivata linput o loutput Se si leggono i dati vengono elaborati dalla CPU Se si scrivono i dati finiscono nella RAM Comparazione Osservare lo spazio necessario per una cella di RAM statica e dinamica Statica circa 2:1 Dinamica

34 Connessioni

35 Le unità di entrata e di uscita Gli elementi di entrata e uscita, cosiddetti chip di interfaccia, sono responsabili del percorso dei dati fra un microchip e lesterno. Se i bit sono trasmessi uno dopo laltro si parla di interfaccia seriale, se la trasmissione è contemporanea si parla allora di interfaccia parallela. Input/ Output Trasmissione seriale, per esempio: stampante tastiera modem (modulatore/ demodulatore) Trasmissione parallela, per esempio: plotter stampante Principio di uninterfaccia parallela Principio di uninterfaccia seriale

36 Principio di uninterfaccia parallela Con le linee di comando si determina se i dati devono entrare o uscire. Questinterfaccia permette il percorso parallelo dei dati Schema

37 bus di dati buffer di dati Port B decodifica e comando linee di comando port A segnali di comando dati port = porta

38 Principio di uninterfaccia seriale I dati che arrivano nel buffer vengono trasformati in dati seriali nel trasmettirore e portati alluscita. Nel ricevitore ha luogo la conversione da seriale a parallelo. Schema

39 bus di dati buffer di dati ricevitore comando bus di comando trasmettirore segnali di comando dati port = porta


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