Introduzione ai calcolatori Parte I Informazione Digitale Hardware

L’era del digitale Calcolatore memorizzazione di informazioni elaborazione di informazioni Precondizione: rappresentare in una forma gestibile dal calcolatore diversi tipi di informazione (convenzione) Codifica digitale

L’era del digitale (2) codifica rappresentazione informazione digitale decodifica

Linguaggio digitale Linguaggio con 2 soli simboli (spesso 0 e 1) BIT (Binary digiT) Frasi: aggregazioni o sequenze di 0 e 1 È possibile codificare ogni tipo di informazione testo immagini suoni

Linguaggio digitale (2) N informazioni differenti Codificabili in digitale con sequenze di lunghezza M se 2M  N Esempio 3 informazioni diverse A, B e C sequenze di lunghezza 2 associazione convenzionale alle informazioni 00  A 10  C 01  B 11

Codifica digitale: simboli Nel linguaggio scritto (incluse lettere accentate, ...), ci sono circa 180 simboli Sono necessarie sequenze lunghe 8 bit per codificarli BYTE (1 byte = 8 bit) Codifica standard ASCII (a 8 bit, 256 simboli) Es: a  00110010 Codifica UNICODE (a 16 bit, 65536 simboli)

Codifica digitale: testi Un testo è formato dalla sequenza dei codici dei simboli che lo costituiscono il po --> 01101001 01101100 00000000 01110000 01101111

Codifica digitale: immagini L’immagine viene suddivisa mediante una griglia di pixel (risoluzione) Si definisce il numero di colori che si vogliono distinguere Si codifica in digitale ogni colore 256 colori --> 8 bit 16 milioni di colori --> 24 bit (codifica RGB) Ad ogni pixel si associa il codice del colore

Codifica digitale: immagini (2) 2 colori bianco: 0, nero: 1 un codice per ogni pixel codifica digitale dell’immagine = sequenza dei suoi pixel 0000000011110001100000100000

Codifica digitale: immagini (3) Rappresentazione approssimata risoluzione numero di colori

Codifica digitale: immagini (4) Formati BMP GIF Compressione: JPEG non è necessario codificare tutto, basta saper ricostruire l’immagine si memorizzano solo alcuni pixel (alcune righe o colonne) gli altri pixel vengono ricostruiti per interpolazione Immagini in movimento Digitalizzazione di fotogrammi Compressione: MPEG, differenza tra fotogrammi

Codifica digitale: suoni Suono: onda sonora Campionamento Digitalizzazione del valore del campione Frequenza di campionamento: es 44KHz Bit per campione: es 16 bit Formati compressi: es mp3

Codifica digitale Indipendentemente dall’informazione di partenza si ottiene sempre una sequenza di bit

Architettura di un PC 4 componenti principali processore memoria principale memoria secondaria dispositivi di I/0

Memoria principale Contiene Caratteristiche Programmi in esecuzione (software di sistema, applicativi utente) Dati Caratteristiche Dimensioni: Megabyte (da 64 in su) Velocità di accesso: 60 nanosecondi Volatile Espandibilità (slot di espansione) NB: 1 nanosecondo corrisponde ad un miliardersimo di secondo

Memoria principale (2) 1 Kilobyte = 2 byte = 1024 byte 1 Megabyte = 2 Kilobyte, circa 1.000.000 di byte 1 Gigabyte = 2 Megabyte, circa 1.000.000.000 di byte 1 Terabyte = 2 Gigabyte 10 10 10 10

Memoria principale (3) ………………….. si accede ad una cella 00001111010101010101010000110010 1 2 si accede ad una cella noto il suo indirizzo ………………….. N

Processore Elabora le informazioni contenute nella memoria principale I calcolatori attuali sono basati sul modello matematico di Von Neumann (anni ’30) Il processore esegue ciclicamente le istruzioni scritte in linguaggio macchina Il programma e i dati sono nella memoria principale Il processore, ad ogni ciclo di esecuzione recupera la prossima istruzione dalla memoria la esegue

Processore (2) Il processore esegue una istruzione ad ogni ciclo di clock velocità di esecuzioni misurata in MHz (tempo di clock) Esistono diversi tipi di processori con diversi insiemi di istruzioni (macchina) Es. Pentium, Pentium III, Celeron, Sparc, …

Diversi tipi con caratteristiche diverse Memoria secondaria Diversi tipi con caratteristiche diverse Hard disk (HD) supporto magnetico contiene dati e programmi di sistema e utente installati sul PC usato per la memoria virtuale dimensioni: Gigabyte (da 6 in su) Floppy disk (FD) usato per scambio di dati dimensioni ridotte: 1.44 Megabyte

Memoria secondaria (2) CD Rom DVD supporto ottico contiene dati e programmi (usato per la distribuzione di SW e grandi masse di dati) dimensioni: 650 Megabyte generalmente unità di sola lettura masterizzatori per la scrittura (1 o più volte) DVD variante più recente dimensioni: 3-4 Gigabyte

Memoria secondaria (3) Nastri e cassette ZIP usati per backup come i floppy disk ma con dimensioni maggiori (100 Megabyte e 2 Gigabyte)

Memoria secondaria (4) Dimensioni Velocità Nastri > HD > DVD > CD Rom > ZIP > FD Velocità HD > CD  DVD > FD > ZIP > Nastri

Interfacce Parallela Seriale USB SCSI

Dispositivi di Input/Output Video Tastiera Mouse Stampanti Scanner Modem Schede audio/video Schede di rete …

Caratteristiche comuni Gestiti dal processore (sistema operativo) Lavorano in modo asincrono rispetto al processore Driver di gestione Fornito su CD o FD con dispositivo Deve essere installato

Video Caratteristiche Tecnologia Dimensioni (1 pollice=2.54 cm) Risoluzione (in pixel): 800x600 … 1600x1200 Frequenza di refresh Tecnologia Tradizionali (tubo catodico) TFT (matrice attiva): portatili e ora anche per PC STN (matrice passiva): portatili

Tastiera e mouse Tastiera Mouse Diverse per diverse nazioni Tasti funzione Mouse 1, 2 o 3 tasti Ottici o meccanici

Diverse tecnologie (prestazioni e costi) Stampanti Caratteristiche Risoluzione: DPI (dot per inch) Velocità: numero di pagine al minuto Diverse tecnologie (prestazioni e costi) Laser Getto di inchiostro Aghi

Per acquisizione di immagini Caratteristiche Scanner Per acquisizione di immagini Caratteristiche Risoluzione Velocità Software di gestione Acquisizione in diversi formati OCR

Modem e schede di rete Modem Schede di rete Collegamento del PC alla linea telefonica Caratteristiche velocità: Kilobit al secondo esterni o interni Schede di rete Collegamento del PC alla rete locale Velocità: 10-100 Megabit al secondo