Appunti di INFORMATICA DI BASE PARTE 1: come è fatto un PC PARTE 2: struttura del sistema e codifica delle informazioni

COS’ È IL PERSONAL COMPUTER Il PC é una macchina programmabile utilizzata per coadiuvare l’uomo. Essa assume funzioni in ragione di un insieme di istruzioni (il programma) che la guidano nell’espletamento dei compiti Macchina: non “entità oscura”, ma creazione umana… Programmabile: una stessa macchina può eseguire compiti diversi purché dotata di opportuni programmi E’ composto da: Hardware Costituito dalle componenti fisiche, elettroniche e meccaniche del computer Software Costituito dall’insieme di istruzioni e programmi che permettono al computer di funzionare

La lavatrice è una macchina programmabile Riceve dei panni (i dati) e li tratta in modo diverso a seconda del programma prescelto fornendo diversi risultati (non necessariamente giusti…) Non abbiamo bisogno di una lavatrice per la seta e di una per il cotone (basta cambiare programma) Con il PC non abbiamo bisogno di macchina da scrivere, fax, impianto stereo, calcolatrice... Un unico PC può eseguire tutti questi compiti purché si scelga il programma adatto

Domande: Come si seleziona il programma in un PC? (non ruotando una manopola…) Come si forniscono i dati alla macchina? (non aprendo uno sportello) Come si leggono i risultati delle elaborazioni? Per rispondere a queste domande dobbiamo avere un’idea di come è fatto e come funziona un PC In particolare, ci sarà utile capire di che natura sono le informazioni che può elaborare

COME E’ FATTO UN PC

HARDWARE Unità di Memoria Centrale Unità di input Unità di Output insieme di apparecchiature che permettono al computer di acquisire dati dall’esterno apparecchiature che permettono di comunicare all’esterno i risultati delle elaborazioni Unità di Memoria Centrale Unità di input Unità di Output contiene i dati in arrivo dalle unità di input, i dati inviati verso le unità di output, i risultati intermedi, i programmi per le elaborazioni da effettuare parte della CPU adibita al coordinamento del lavoro: interpreta le istruzioni del programma da eseguire, manda segnali di controllo alle altre unità e trasferisce i dati da elaborare Central Processing Unit (CPU) svolge le elaborazioni e coordina il lavoro delle altre unità Control Unit Arithmetic Logic Unit ha il compito di effettuare le operazioni richieste Schema funzionale mette in evidenza le parti di cui è composto un computer (Unità funzionale: insieme di apparecchiature che svolgono un’unica funzione)

SOFTWARE Un computer senza software non può assolvere ad alcun compito Le funzioni svolte dal software dipendono dalla sua tipologia Software di base programmi per l’utilizzo e la manutenzione del computer Software applicativo programmi per l’utilizzo specifico del computer in un determinato campo

SOFTWARE DI BASE Riunisce tutti gli strumenti che consentono al computer di operare. Il software di base per eccellenza è il Sistema Operativo Serve per poter gestire e mettere a disposizione dell’utente l’insieme delle risorse di cui si compone l’HW Compiti : controllo corretto funzionamento di ogni componente gestione memorizzazione informazioni gestione errori gestione vie di comunicazione nelle reti supporto SW applicativo compatibile A seconda di come il SO dialoga con l’utente (interfaccia utente), esso puo’ essere: l’interfaccia è scarna e l’utente deve conoscere i comandi permessi e la loro sintassi (Es: MS-DOS) Command Line Graphic User Interface (GUI) tutti i programmi e le funzioni sono mostrate sullo schermo mediante simboli immediatamente riconoscibili (icone), l’approccio è intuitivo e facile da gestire (Es: Windows)

SOFTWARE APPLICATIVO Categoria che raggruppa le applicazioni d’interesse generale (Es: elaborazione di testi) ed i programmi più settoriali (Es: programmi di contabilità) Qui rientra anche il SW utilizzato nell’automazione del lavoro di ufficio (office automation): Elaborazione di testi Fogli di calcolo Database Programmi di presentazione

una materiale e una logica HARDWARE: la macchina La grande flessibilità del personal computer deriva dal fatto che coesistono queste due componenti: una materiale e una logica HARDWARE: la macchina SOFTWARE: le istruzioni, i programmi Una METAFORA musicale: l’hardware è lo strumento il software è la partitura l’informazione elaborata è la musica eseguita

Unità centrale (UC / Case) COMPONENTI DEL PC Periferiche dispositivi che consentono al PC di comunicare con l’esterno. Sono di INPUT e OUTPUT Unità centrale (UC / Case) contiene i componenti elettronici fondamentali per il funzionamento del computer Se osserviamo la scatola ... interruttore lettore CD drive per floppy disk tasto di RESET … masterizzatore … lettore DVD cavo di alimentazione porte di comunicazione Se osserviamo il monitor ... interruttore cavo di alimentazione cavo di collegamento con UC pulsanti di regolazione

Se osserviamo la parte dove si collegano le PERIFERICHE … COMPONENTI DEL PC Se osserviamo la parte dove si collegano le PERIFERICHE … Sulla parte posteriore dell’UC sono disposti degli ingressi, le PORTE, in cui inserire i connettori dei cavi che collegano le periferiche: in genere sono contrassegnati da simboli porta per la tastiera porta parallela per la stampante LPT1 porte seriali per il mouse ed il modem COM1 e COM2 porta video VGA ingressi e uscite audio porta joystick o MIDI prese USB

COSA C’E’ DENTRO? Scheda madre: MOTHERBOARD MICROPROCESSORE (CPU) Componente principale su cui si innestano tutti gli altri E’ un grosso circuito stampato rettangolare che contiene: MICROPROCESSORE (CPU) MEMORIA RAM CIRCUITI CHE COLLEGANO LE ALTRE MEMORIE SCHEDE PER IL CONTROLLO DELLE PERIFERICHE

IL CERVELLO DEL COMPUTER Il microprocessore (CPU: central processing unit) è la parte più importante del PC E’ un circuito miniaturizzato che controlla e dirige ogni attività del computer Diviso in 2 parti: 1- unità di controllo: controlla le informazioni inserite e le rende “comprensibili” agli altri componenti 2- unità aritmetico-logica: esegue tutte le operazioni che le vengono passate dall’unità di controllo

IL CERVELLO DEL COMPUTER

AUTOSTRADE PER I DATI BUS Gli impulsi elettrici sulla scheda madre viaggiano su piste di rame. Il BUS di sistema è definito da un valore che misura il numero di bit di informazioni che possono essere trasferite contemporaneamente. Una volta erano 16 poi 64, 128 bit. Se la CPU è il “cervello”, i bus rappresentano il “sistema nervoso” della scheda madre VELOCITÀ DEL MICROPROCESSORE Le operazioni della CPU sono temporizzate da un cronometro (clock), la cui frequenza viene misurata in milioni di cicli al secondo (megahertz - MHz) Da 4,77 MHz delle prime CPU siamo arrivati a 1500 MHz (1,5 gigahertz GHz)

MEMORIA CENTRALE Si tratta della memoria di lavoro della CPU. I programmi, per essere eseguiti, devono essere presenti in memoria centrale, così come i dati per l’elaborazione È gestita dalla CPU: la CPU accede in memoria per prelevare programmi da eseguire e dati da elaborare È limitata: la quantità massima di memoria installabile in un computer dipende dalla potenza della CPU stessa È volatile: le informazioni contenute in essa si perdono facilmente. Questo è legato alla programmabilità del computer: il contenuto della memoria è facilmente modificabile, così da poter eseguire diversi programmi in minor tempo

MEMORIA CENTRALE ROM RAM Random Access Memory Read Only Memory In un computer la memoria centrale è di due tipi: RAM ROM Random Access Memory Read Only Memory Memoria volatile in cui si può sia leggere che scrivere. È questo il posto dove vengono conservati dati e programmi Memoria a sola lettura. Non è flessibile in quanto non si possono cambiare i dati inseriti durante la produzione. Utilizzata dal costruttore dell'HW per inserire il programma ed i dati di avvio

MEMORIE DI MASSA Dischetti CD ROM DVD Hard disk I dati e i programmi conservati nelle memorie di massa non possono essere immediatamente utilizzabili, ma il loro contenuto deve essere ricopiato in memoria centrale. Hanno capacità massima di 1.44 MB, sono facilmente trasportabili e vengono comunemente utilizzati per  registrare copie di riserva e per trasportare dati da un computer all'altro Dischetti Con capacità di 700 MB, utili per la distribuzione di grandi quantità di dati, soprattutto quelli che includono immagini, suoni e testo, come enciclopedie o corsi multimediali. CD ROM Grazie alla diminuzione dei costi dei masterizzatori (apparecchiature per la scrittura di CD-ROM), anche i CD-ROM vengono utilizzati per conservare copie di riserva di dati e programmi, così come avviene coi dischetti DVD CD con capacità fino a 17 GB per software e interi filmati Hanno dimensioni notevolmente superiori, capaci di memorizzare decine di GB. Sono molto veloci sia in lettura che in scrittura e vengono utilizzati come deposito di dati su cui lavorare. Hard disk

SCHEDA VIDEO E’ una specie di computer nel computer (ha un suo processore, e una sua memoria RAM e ROM). Permette la visualizzazione delle immagini attraverso il monitor. Il monitor visualizza le immagini dividendo lo schermo in migliaia di piccoli quadratini colorati, i PIXEL che sono così vicini l’uno all’altro da apparire uniti Il numero di bit utilizzati per rappresentare ogni pixel determina il n° di colori che possono essere visualizzati sullo schermo: 8 bit (1 byte) = 256 colori 16 bit (2 byte) = 65536 colori 24 bit (3 byte per pixel) = 16 milioni di colori (true color)

SCHEDA VIDEO RISOLUZIONE: è la qualità dell’immagine sullo schermo che dipende dal numero di pixel sull’asse orizzontale e su quello verticale (lo standard attuale può essere: 640 righe x 480 colonne; 800 x 600; 1280 x 1024 ) b) dal numero di colori visualizzati contemporaneamente sullo schermo (quantità di bit utilizzati per rappresentare ogni pixel: 8; 16 o 24)

PERIFERICHE MOUSE: periferica di INPUT pulsante sx: seleziona icone, bottoni, lancia applicazioni pulsante dx: attiva menu di scelta rapida, visualizza proprietà di un oggetto (puntatore, fare clic, doppio clic, selezionare, trascinare) TRACKBALL: è un mouse rovesciato dove lo spostamento del cursore sullo schermo è determinato dai movimenti impressi a una pallina con la mano TOUCHPAD: è il mouse dei portatili. Scorrendo il dito sulla superficie si controlla il movimento del puntatore TASTIERA: periferica di INPUT tastierino numerico, tasti alfanumerici (lettere e numeri 0 -9 ), tasti punteggiatura, tasti speciali (tasti funzione, tasti di controllo, tasti freccia): ALT, BACKSPACE, BARRA INVERSA ( \ back slash), BLOC NUM, CANC, CRTL, ESC, INVIO, INS, CAPS LOCK, SHIFT, ALTGR PRINT SCREEN, TAB

PERIFERICHE MONITOR: periferica di OUTPUT Maggiore è la frequenza più nitida e stabile è l’immagine (frequenza di refresh 120 HZ significa che l’immagine viene ridisegnata 120 volte al secondo) La dimensione, come per le TV, è misurata in base alla lunghezza della diagonale, in pollici (14, 15, 17, 19, 21 pollici) - a tubo catodico (detti video CRT) - a cristalli liquidi ( detti LCD) STAMPANTE: periferica di OUTPUT - a getto di inchiostro (b/n e a colori), - laser (b/n), - ad aghi. La qualità di stampa dipende dalla risoluzione che si misura in DPI (dot x inch: punti per pollice).

PERIFERICHE MODEM: periferica di INPUT - OUTPUT Trasforma i dati digitali in onde elettroacustiche (MODulation) per farli viaggiare sui cavi telefonici. Converte le onde elettroacustiche (DEModulation) nel formato digitale che può essere elaborato dal computer. La velocità dipende dal n° di bit di dati che può trasmettere in un secondo (56 Kbps = 56 Kilobit per secondo) SCANNER : periferica di INPUT è un “fotocopiatore” che permette di copiare nel PC testi e/o immagini stampati su carta. La risoluzione dello scanner si misura in DPI

PERIFERICHE FLOPPY DISK (A): periferica di INPUT-OUTPUT HARD DISK (C): periferica di INPUT-OUTPUT LETTORE CD ROM e/o MASTERIZZATORE : periferica di INPUT e/o OUTPUT CASSE ACUSTICHE: periferica di OUTPUT LETTORE DVD: periferica di INPUT MICROFONO: periferica di INPUT MACCHINA FOTOGRAFICA DIGITALE: periferica di INPUT Permette di acquisire immagini digitali

FUNZIONAMENTO DEL PC Quattro fasi: Caricamento del programma (“ruotiamo la manopola”) le istruzioni vengono trasferite dalle memorie magnetiche (o memorie di massa) alla RAM Caricamento dei dati (“riempiamo il cestello”) i dati vengono trasferiti dalla tastiera o dalle memorie di massa alla RAM Elaborazione dei dati (“lavaggio”) la CPU legge le istruzioni dalla RAM e le esegue sui dati contenuti anch’essi nella RAM Output (“svuotiamo il cestello”) la CPU invia i risultati al monitor o ad altre periferiche di output (stampanti, hard disk, casse acustiche, monitor, dischetti,…)

FUNZIONAMENTO DEL PC Il computer è programmabile: come fa a funzionare prima di aver caricato il programma? In altre parole, chi gestisce le fasi 1 e 2 ? (Chi carica il cestello e ruota la manopola?) Queste operazioni (input/output di base) vengono gestite da un programma particolare, detto sistema operativo Questo programma è l’unico che non dovete caricare voi, perché si carica da sé durante la fase di bootstrap e rimane sempre presente in memoria Sono sistemi operativi (o “ambienti”) DOS, LINUX, e naturalmente … WINDOWS

IL LINGUAGGIO DEL PC Per approfondire questi concetti relativi ai programmi e all’uso che se ne fa è essenziale capire di che natura sono i dati e le istruzioni che il PC può elaborare Il processore è costituito da un insieme di transistor (interruttori), dispositivi elettronici che possono lasciar transitare o interrompere un flusso di corrente Di conseguenza, il PC è in grado di “comprendere” un linguaggio costituito da un insieme di segnali positivi e negativi (aperto/chiuso) Per questo motivo il PC viene definito come macchina digitale che usa una codifica binaria… DIGITALE è la traduzione (infelice) dell’aggettivo inglese digital. Digital deriva da digit, che in inglese significa cifra

RAPPRESENTAZIONE DEI DATI Principio di funzionamento del computer è basato sulla logica binaria: opera con dati espressi utilizzando 2 stati. Es: luce spenta ed accesa, assenza e presenza di corrente, oppure interruttore aperto e chiuso 0 interruttore aperto Un singolo interruttore o bit (BInary digiT) può assumere 2 stati. Per convenzione i valori sono: 1 interruttore chiuso L’unità minima di informazione nel computer è un insieme di 8 bit: 1 byte = 8bit

RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 00 lettera A 01 lettera B 10 lettera C 11 lettera D Per rappresentare più dati, occorre considerare come unità di informazione un gruppo di bit. Es: per rappresentare le prime 4 lettere dell’alfabeto si può usare una coppia di bit I dati presenti in memoria centrale sono rappresentati come sequenze di byte Ad ogni insieme di 8 bit corrisponde un carattere dell’alfabeto, un simbolo di punteggiatura, una cifra, fino alla rappresentazione di 256 caratteri La capacità di memoria del computer si misura quindi in byte e nei suoi multipli: 1 kilobyte (KB) = 1024 byte 1 megabyte (MB) = 1024 KB 1 gigabyte (GB) = 1024 MB 1 terabyte(TB) = 1024 GB

CODIFICA DELLE INFORMAZIONI Codice ASCII Non è difficile immaginare una codifica per la digitalizzazione dei testi Le lettere dell’alfabeto sono 24, considerando le maiuscole si arriva a 48, con i segni diacritici (accenti, cediglie, tilde,…) arriviamo a un’ottantina, con i segni di interpunzione rimaniamo sotto il centinaio E’ possibile associare ad ogni carattere (lettera minuscola, lettera maiuscola, vocale accentata, segno di interpunzione,…) un numero per trasferirlo al calcolatore (codifica dei caratteri). Esiste una codifica standard che si chiama ASCII: American Standard Code for Information Interchange, che utilizza un codice a 8 bit (28 = da 0 a 255 codici )

Esempio di codifica ASCII Il testo: “Tradotto” (cioè cifrato) in ASCII (utilizzando tre cifre per ogni numero; ad es.: 005, 046, 114, …) diventa: 078 101 108 000 109 101 122 122 111 000 100 101 108 000 099 097 109 109 105 110 000 100 105 000 110 111 115 116 114 097 000... E rappresentato in aritmetica binaria (un byte per lettera) diventa (limitandoci alle prime tre parole dell’originale): 01001110 01100101 01101100 00000000 01101101 01100101 01111010 01111010 01101111 00000000 01100100 01100101 01101100 ...