Elementi di Informatica Architettura degli elaboratori

Informatica Dal francese Information automatique Processi e tecnologie che consentono il trattamento automatico e razionale delle informazioni Progettazione degli strumenti che concretizzano tali funzioni

Il computer CALCOLATORE Macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici, ….), in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente

Il computer CALCOLATORE Macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici, ….), in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente Macchina Privo di intelligenza autonoma Elettronico Ha bisogno di corrente elettrica Elaborare dati Ricevere, manipolare, restituire

Il computer CALCOLATORE Automatico Può funzionare senza ausilio dell’uomo ma dopo una adeguata programmazione e l’avvio Digitale Digit = cifra Opera su numeri che rappresentano oggetti dopo una decodifica. Non in analogico

Il Bit binary information unit Unita minima di informazione Corrisponde al 1 o 0 Corrisponde al vero o falso Corrisisponde ad acceso o spento

Unità di misura per la memorizzazione delle informazioni Simbolo in Bit in Byte in potenze di 2 1 b (bit) 1 1/8 21 = 2 stati 1 B (byte) 8 28 = 256 caratteri 1 KB ( kilobyte) 8.192 1.024 210 byte 1 MB (megabyte) 8.388.608 1.048.576 220 byte 1 GB (gigabyte) 8.589.934.592 1.073.741.824 230 byte 1 TB (terabyte) 8.796.093.302.400 1.099.511.628.000 240 byte

La frequenza Misura la frequenza Si farà ben in fisica (hertz) è data dal numero degli eventi che vengono ripetuti in una data unità di tempo.

LINGUAGGI SIMBOLICI DI HARDWARE (Hard=duro, Ware=componente) Parte fisica del computer Componente meccanica CIRCUITI ELETTRICI MICRO PROGRAMMAZIONE FIRMWARE Una via di mezzo Software non modificabile memo- rizzato nell’hardware (ROM, Cd) SISTEMA OPERATIVO SOFTWARE Soft=soffice, Ware= componente Parte logica del sistema Programmi di gestione del sistema LINGUAGGI SIMBOLICI DI MEDIO E ALTO LIVELLO

Le principali funzioni che un calcolatore deve svolgere sono: ricevere dati, memorizzare dati e programmi, elaborare, controllare l’esattezza delle operazioni eseguite, permettere l’uscita dei risultati.

Tipi d calcolatori PDA Personal Digital Assistant) Sono dispositivi mobili dalle ridotte dimensioni e capacità di memoria, spesso tascabili1 ma con le stesse caratteristiche dei computer più grandi

SMARTPHONE Si tratta di un dispositivo mobile rappresentato da un telefono cellulare con abbinate le funzioni di un PDA. La caratteristica più interessante degli smartphone è la possibilità di installarvi ulteriori applicazioni, chiamate App1 che aggiungono nuove funzionalità.

TABLET PC Si tratta di un computer portatile formato dal solo schermo, che consente di interagire con esso grazie allo schermo touch screen.

LAPTOP NetBook, UltraBook notebook I primi hanno una ·dimensione assai limitata e non sono dotati in genere il lettore CD UltraBook i secondi sono i più costosi in quanto possiedono le stesse caratteristiche di potenza dei notebook, seppure con dimensioni più limitate di questi ultimi notebook

PERSONAL COMPUTER (PC) È il computer più diffuso al mondo, con la caratteristica principale di avere un prezzo non eccessivo in rapporto alla capacità di elaborazione.

MINI COMPUTER Si tratta di un computer altamente costoso con prestazioni intermedie fra i persona! computer e i mainframe. Permette di utilizzare la stessa unità centrale a più utenti I terminali possono essere "stupidi" oppure "intelligenti": la differenza è legata al fatto che il terminale stupido non può essere mai scollegato dall'unità centrale, mentre il terminale intelligente possiede anche una capacità elaborativa autonoma.

MAINFRAME Possiede una notevole potenza di calcolo. Si tratta di grandi calcolatori centrali che, rispetto ai mini computer, possono collegare centinaia di terminali. Il loro utilizzo è fondamentale in tutti quegli ambiti che richiedono capacità di calcolo molto superiori a quelle consentite dai mini computer o dai persona! computer.

SUPER COMPUTER Il supercomputer è progettato per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate ed è dedicato ad eseguire calcoli a elevate prestazioni. Presenti presso centri di ricerca universitari o aziende private, vengono in genere usati per effettuare calcoli necessari alla progettazione o allo sviluppo di nuovi prototipi oppure per svolgere analisi meteorologiche, analisi molecolari, simulazioni fisiche e altro ancora. I militari e le agenzie governative di tutte le nazioni ne fanno un uso molto intenso. Anche le aziende industriali ne stanno sperimentando l'utilità per i calcoli di previsione e di gestione di grandi volumi di dati.

Viene eseguita una istruzione alla volta una di seguito all’altra in modo sequenziale Formato Sottosistema memorie Sottosistema calcolo Sottosistema input/output Interagiscono tra loro attraverso i Bus

Case Il contenitore della parte centrale del computer La scatola cranica del computer Tipi Desktop Tower Integrati con il monitor

Scheda madre Ruolo di gestire le comunicazione tra tutte le componenti del computer Vengono collegate tutte le parti del PC In appositi connettori vengono collegati i diversi chip Chip blocchi di plastica nera o ceramica che permettono i collegamenti e lo spostamento segnali elettrici È in fibra di vetro, cattivo conduttore

Alimentatore Converte corrente alternata in corrente continua a basso voltaggio (5-12 volt) Connettori alla scheda madre e altri dispositivi Fornito di ventola per il raffreddamento Nei portatili è esterno oppure usano batterie (le ultime sono al litio)

Il clock Funzione in modo sincrono (tutto assieme) Clock Frequenza MHz milioni di impulsi al secondo GHz miliardi di impulsi al secondo Diversi tipi di clock Del processore interno alla CPU Dei bus di sistema per sincronizzare con il mondo esterno Ogni dispositivo ha il proprio

I BUS Collegamenti hardware Deriva da omnibus: per tutti Pensati come grandi autostrade Tante corsie tante sono i bit di una parola Realmente tanti fili sottilissimi Uniscono unità centrale e periferiche Possono essere da 8 ,16,32,64 bit

BUS BUS Esteni

Tipologie Dati Indirizzi controllo

Ragioniamo un pò Con 1 bit due indirizzi Con 2 bit si ha 22 = 4indirizzi Con 10 bit si ha 210=1024 indirizzi Con 32 bit possiamo aver solo 4GB di indirizzi

Unità di memoria. Sono dispositivi aventi la funzione di memorizzare dati e programmi. CAPIENTI BASSI COSTI VELOCI

Tipi di memoria I registri: memoria interna alla CPU estremamente veloce che viene usata per la memorizzazione temporanea di dati e istruzioni. La memoria primaria: ROM (read only memory) memoria in cui i dati vengono registrati all’atto della costruzione il cui contenuto non può essere né modificato né rimosso. Viene in genere usata per contenere i microprogrammi RAM (random access memory) memoria volatile molto veloce che conserva i dati o i programmi solo finché il calcolatore è acceso.

Tipi di memoria La memoria secondaria: dischi o tamburi magnetici molto capienti ma lenti. La memoria di massa: supporti magnetici esterni (Ex: floppy disk, CD) che possono contenere molti dati e permettono anche di trasferire le informazioni da un calcolatore all’altro. La memoria cache: è una memoria piccola e veloce gestita da un apposito microprogramma, addetta a contenere i dati più in uso in quel momento in modo da rendere più veloce l’accesso ad essi.

Dischi magnetici / ottici Gerarchia di memorie Dimensioni Velocità Costo/bit CPU Registri min max max Cache Memoria centrale Dischi magnetici / ottici max min min Nastri magnetici

La memoria centrale Ram Dispositivo elettronico in grado di contenere tutte le informazioni necessarie per l’elaborazione dei dati (dati, istruzioni, risultati intermedi) Deve permettere di scrivere, di leggere, di conservare (una operazione per volta) Grandezza fino a 8 GB

Come va considerata Come un insieme di celle dove O vi è corrente (1) o non vi è corrente (0) Ogni dato può essere espresso in binario Ogni dato può essere espresso come sequenza di celle spente o accese

Tipi di memoria Ram (random access memory) Casuale (accesso celle non dipende dal contenuto) Cella individuata dall’indirizzo Volatile (perde il contenuto una volta manca l’alimentazione elettrica) Più grande più veloce computer

Tipi di Ram Statiche (SRAM) Dinamiche (DRAM) SDRAM (synchronous DRAM) Mantengono il contenuto Costose Dinamiche (DRAM) Continui refresh SDRAM (synchronous DRAM) Usate comunemente Sincronizzate con il clock della CPU DDR SDRAM,  Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory (in italiano "memoria dinamica ad accesso casuale sincrona a doppia velocità")

Cache Memoria ripostiglio Più veloce RAM e costosa Meno capiente Tra Cpu e Ram Per istruzioni o dati molto richiesti

Livelli 1° e 2° livello cablate all’interno microprocessore. 3° livello nella scheda madre Condivisione per più CPU Utilizzo di cache perché non si lavora con i tempi dei BUS Grandezza fino a 6 MB

ROM Sola lettura Memorizzata dalla società costruttrice Per memorizzare parti di lavoro particolarmente importanti Permette l’avvio del sistema 4KB

Tipi di memoria Prom Eprom Programmabili una sola volta Cancellabile con una radiazione ultra violetta per 15 –venti minuti Tutta la memoria cancellata Riprogrammazione un numero limitato di volte Riprogrammazione off-line Proteggere raggi del sole

Tipi di memoria EEROM o E2ROM Cancellazione in pochi secondi Cancellazione singola cella Tensioni basse Permettono l’aggiornamento del BIOS

Il BIOS è un insieme di routine software generalmente scritte su Rom fornisce una serie di funzioni di base per l'accesso all’hardware del computer e alle periferiche integrate nella scheda madre da parte del sistema operativo e dei programmi