Informatica Lezione 6 Psicologia dello sviluppo e dell'educazione (laurea magistrale) Anno accademico: 2007-2008.

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1 Informatica Lezione 6 Psicologia dello sviluppo e dell'educazione (laurea magistrale) Anno accademico: 2007-2008

2 Architettura dei computer Un computer deve: –elaborare l’informazione usando il processore (Central Processing Unit - CPU) –memorizzare l’informazione usando la memoria principale (RAM) usando la memoria secondaria –fare l’input/output dell’informazione usando i dispositivi di input/output

3 Componenti principali di un computer Unità centrale Processore Stampante Periferiche di input/output Memoria secondaria Memoria principale Tastiera e monitor Periferiche del calcolatore

4 Memoria secondaria La memoria principale non basta (è volatile, costosa) In grado di memorizzare i programmi e i dati in modo permanente È meno costosa che la memoria principale: le dimensioni della memoria secondaria sono di solito molto maggiori di quelle della memoria principale

5 Memoria secondaria I supporti di memoria secondaria sono più lenti rispetto alla memoria principale (presenza di dispositivi meccanici) Non tutti i supporti di memoria secondaria permettono l’accesso diretto ai dati –Alcuni permettono solo un accesso sequenziale (per esempio, nastri magnetici)

6 Ricordiamo: caricamento del programma All’aumentare della capacità di memoria di massa, aumenterà il numero di programmi e documenti che potete conservare nel vostro computer Quando si “lancia” un programma questo viene copiato dalla memoria secondaria (di solito un hard disk) nella memoria principale Questa operazione si chiama caricamento del programma e viene eseguita dal sistema operativo

7 Ricordiamo: caricamento del programma I programmi e i dati risiedono nel memoria secondaria Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale Il processore è in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi Processore Stampante Memoria secondaria Memoria principale

8 Memoria secondaria La memoria secondaria deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua si utilizzano principalmente tecnologie basate: –sul magnetismo (tecnologia magnetica) dischi magnetici (hard disk e floppy disk) nastri magnetici –sull’uso dei raggi laser (tecnologia ottica) dischi ottici (CD-ROM, DVD) –sulla memoria flash (memoria elettronica allo stato solido) USB memory card

9 Caratteristiche della memoria secondaria La memoria principale permette di indirizzare ogni singola cella (8, 16, 32 o 64 bit) Mentre nel caso della memoria secondaria le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi (da 512 byte a 4 KB) –Si riducono le dimensioni degli indirizzi –Si velocizzano le operazioni di lettura e scrittura

10 La memoria magnetica Sfrutta il fenomeno fisico della polarizzazione Sul supporto ci sono delle particelle magnetiche I due diversi tipi di magnetizzazione (positiva e negativa) corrispondono alle unità elementari di informazione (0 e 1) La testina di lettura/scrittura rileva (e, nell’operazione di scrittura, può cambiare) la polarizzazione

11 I dischi magnetici I dischi magnetici: sono i supporti di memoria più diffusi Nel corso delle operazioni: –I dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante –Le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video

12 I dischi magnetici I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una fetta di disco –I settori suddividono ogni traccia in porzioni dette blocchi Testina Traccia Blocco Settore

13 I dischi magnetici La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione Tutti i blocchi contengono la stessa quantità di informazione, indipendentemente dalla loro posizione sul disco La tracce adiacenti e i settori consecutivi sono separati da una parte vuote (gap) Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile –Il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri che rappresentano il numero della traccia e il numero del settore

14 I dischi magnetici I dischi magnetici consentono l’accesso diretto –È possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco (noto il numero della traccia e il numero del settore) –Per effettuare un’operazione di lettura/scrittura la testina deve “raggiungere” il blocco desiderato Il disco gira; la testina sposta solo in senso radiale Seek time (o tempo di ricerca): il tempo necessario per posizionare la testina sulla traccia richiesta Latenza di rotazione: è il tempo per arrivare al settore cercato (dato che la traccia è raggiunta) Tempo complessivo per il trasferimento dei dati: tempo di la lettura/scrittura + seek time + latenza di rotazione

15 I dischi magnetici piatto testina briaccio piatti testine

16 I dischi magnetici Hard disk (disco rigido/fisso): sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria secondaria fisso all’interno del computer –Vari GB di memoria (normalmente >40 GB) –Circa 5000 – 10.000 giri al minuto Floppy disk (dischetti flessibili): sono supporti rimovibili –Un solo disco, da 3,5 pollici di diametro, capacità 1,44 MB –Circa 300 giri al minuto

17 La memoria ottica Usa il raggio laser e sfrutta la riflessione della luce –Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini Ogni unità di superficie può essere forata o non forata L’informazione viene letta guardando la riflessione del raggio laser 0101

18 La memoria ottica 010010101

19 I dischi ottici CD: –CD-ROM (CD-ROM ovvero Compact Disc Read Only Memory): consentono solamente operazioni di lettura Poiché la scrittura è un’operazione che richiede delle modifiche fisiche del disco Vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate –CD-R: possono essere scrivibile una sola volta –CD-RW: riscrivibili; basati su più strati di materiale

20 I dischi ottici DVD (Digital Versatile Disc): più capace e veloce del normali CD –Sviluppati per le immagini di “standard” TV (a 768 × 576 pixel) –DVD a doppio strato: un strato sotto l’altro; il primo strato è realizzato in materiale semi-trasparenti Blu-Ray e HD-DVD: sviluppati per le immagini digitali di alta risoluzione (a 1920 x 1080 pixel)

21 I dischi ottici I dati non sono organizzati in tracce e settori: –Invece, sono organizzati in un spirale dal centro del disco alla periferia –Accesso sequenziale, non diretto Hanno un capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici estraibile –CD: normalmente 650 MB - 800 MB –DVD: normalmente 4.7 (singola faccia, singolo strato), 8.5 GB (singola faccia, doppio strato), fino a 17 GB (doppia faccia, doppio strato) Blu-Ray: 25 GB per strato HD-DVD: 15 GB per strato Hanno costo inferiore rispetto ai dischi magnetici, sono più affidabili e difficili da rovinare

22 Chiavi USB/USB flash drive Memoria flash: riscrivibile ma non volatile Diffusi in vari formati e con vari nomi (chiavi USB, memory card, compact flash, memory pen, memory stick, USB flash drive, USB stick, …) Nati del mondo delle immagini digitali (per fotocamere e telecamere) come supporto interno estraibile Dimensioni: normalmente 64 MB – 8 GB USB flash drive, USB stick: utilizzabile sulle porte USB di un personal computer Più veloce dei floppy disk, e facilmente trasportabili Anche usati nei Personal Digital Assistants (PDA), i lettori MP3

23 Unità di misura Floppy disk da 3,5 pollici di diametro, capacità 1,44 MB Dischetti ad alta capacità, Iomega Zip (100 – 750 MB), LS-120 (120 MB) Chiavi USB/USB flash drive: 64 MB – 8 GB Hard disk, vari GB di memoria CD-ROM, 650 MB - 800 MB DVD, da 4.7 fino a 17 GB di memoria Nastri magnetici, usati solo per funzioni di backup

24 Registri Mem. cache Mem. centrale Dischi magnetici e/o ottici Nastri magnetici byte Aumenta la capacità memorizzazione KB 10*millisecondi microsecondo/ millisecondi 10*nanosecondi nanosecondi 100*picosecondi MB GB >10 GB Aumenta la velocità di accesso

25 Architettura dei computer Un computer deve: –elaborare l’informazione usando il processore (Central Processing Unit - CPU) –memorizzare l’informazione usando la memoria principale (RAM) usando la memoria secondaria –fare l’input/output dell’informazione usando i dispositivi di input/output

26 Componenti principali di un computer Unità centrale Processore Stampante Periferiche di input/output Memoria secondaria Memoria principale Tastiera e monitor Periferiche del calcolatore

27 I dispositivi di input/output Per realizzare l’interazione uomo-macchina, sono necessari i dispositivi di input/output La loro funzione primaria è quella di consentire … –l’immissione dei dati all’interno del computer (input) o –l’uscita dei dati dal computer (output)

28 I dispositivi di input/output Si collegano alle porte del computer –Ad alto livello le porte sono le “prese” cui si connettono i dispositivi –Ne esistono di tipi diversi a seconda del tipo di collegamento e della velocità di trasmissione (esempio: porta USB,porta 1394) USB

29 I dispositivi di input/output Le porte fanno parte di schede, che sono dispositivi interno al case (invulcro) del computer, e che sono connesse direttamente al bus Insieme, le porte e le schede di input/output realizzano l’interfaccia tra il bus e l’esterno CPU RAM Interfaccia dati indirizzi controllo

30 I dispositivi di input/output Trasmissione tra interfaccia e periferica può essere: –Seriale: un bit viene trasmesso per volta –Parallela: più bit vengono trasmesso contemporaneamente Nuovi standard di connessione seriale: –USB (Universal Serial Bus) –FireWire (standard IEEE 1394) –Veloce (possono superare 400 Megabit per secondo), utilizzati comunemente Collegamenti seriali wireless (senza fili): –Per esempio, Bluetooth, basato su onde radio (circa 16 Megabit per secondo)

31 I dispositivi di input/output Input: –Tastiera –Mouse (e altri strumenti di puntamento) –Scanner –Microfono –Macchine fotografia e telecamera digitale –Lettori di codici a barre Output : –Videoterminale –Stampante –Casse acustiche Input/output: –Touchscreen –Modem

32 I dispositivi di input/output Solitamente hanno limitato autonomia rispetto al processore centrale Operano in modo asincrono rispetto al processore (ne sono “schiavi” del processore) –Si parla di gestione master-slave: è il processore che deve coordinare le attività di tutti i dispositivi –(Input) Il processore non è in grado di prevedere e di controllare il momento in cui un dato di input sarà a disposizione –(Output) Il processore non può prevedere il momento in cui un dispositivo in output avrà terminato di produrre i dati in uscita

33 I dispositivi di input/output Un dispositivo di input deve avvertire il processore quando un dato di input è disponibile Un dispositivo di output deve avvertire il processore quando ha terminato di produrre dati in uscita Al termine di ogni operazione i dispositivi inviano al processore un segnale, detto interrupt, che indica che il dispositivo ha bisogno di attenzione

34 I dispositivi di input/output Ad ogni ciclo di clock, il processore verifica se sono arrivati dei segnali di interrupt da parte dei dispositivi –Se sono arrivati dei segnali, il processore va ad eseguire le operazioni di gestione dei dispositivi che hanno richiesto l’attenzione –Se non sono arrivati dei segnali, il processore continua ad eseguire il programma corrente

35 I dispositivi di input La tastiera: il principale strumento di input –Ogni volta che l’utente digita un tasto, la tastiera “avverte” il processore che un carattere è disponibile –Non ha capacità di elaborazione –Un dispositivo di input cieco, nel senso che l’utente non può vedere i dati immessi La tastiera è utilizzata insieme ad un dispositivo di output su cui vengono visualizzate le informazioni fornite tramite tastiera La tastiera e il dispositivo di output non sono direttamente collegati tra loro

36 I dispositivi di input Il mouse: un dispositivo di puntamento –Una freccia (o un altro simbolo) indica la posizione del mouse sul video e lo spostamento del mouse sul tavolo viene comunicato al processore, che produce lo spostamento corrispondente della freccia(/simbolo) sul video –Una volta raggiunta la posizione desiderata, premendo uno dei pulsanti del mouse si genera un segnale in input che può corrispondere a diverse funzioni –Come la tastiera: è “cieco”, non ha capacita di elaborazione

37 I dispositivi di output Il video: visualizza i dati che l’utente inserisce in input e i risultati delle elaborazioni del calcolatore –Un video può essere visto come una matrice di punti (pixel) illuminati con diversa intensità –La dimensione del video viene misurata in pollici (lunghezza della diagonale del video) Portatile: 12 ai 15 pollici Desktop: 15 ai 17 pollici Professionali: 17 ai 21 pollici

38 I dispositivi di output Il video:ci sono due tipi di monitor –Cathode ray tube –Liquid crystal display Scheda video: –Scheda che converte le informazioni di output del processore in un segnale video che viene inviato tramite un cavo al monitor –L’immagine che vediamo sul video (opportunamente codificata) viene memorizzata in una memoria specializzata detta memoria video (VRAM) (risiede sulla scheda video) –Esistono schede video con accelerazione 2D oppure 3D: hanno la capacità di elaborazione

39 I dispositivi di input/output Scheda audio: –Scheda che converte una segnale audio digitale in un segnale audio analogico, riprodotti dai altoparlanti del computer –Equipaggiato con un convertitore digitale-analogico –Normalmente, le schede audio anche possono ricevere input (per esempio, da un microfono), che viene trasformato in un segnale digitale (la scheda è equipaggiato con un convertitore analogico-digitale) Touchscreen: –L’utente interagisce con il computer toccando lo schermo (per esempio, ai sportelli bancomat)

40 Hardware: un esempio Videogioco 1: requisiti minimi di sistema –Scheda acceleratrice 3D con 32 MB di memoria –Processore Pentium III o Athlon a 800 MHz o superiore –256 MB di RAM –2,0 GB di spazio non compresso su disco (più 75 MB per le partite salvate) Videogioco 2: requisiti minimi di sistema –CPU: 1,3 GHz –Memoria: 256 MB di RAM –Scheda video: 64 MB di RAM –Spazio libero sul disco rigido: 2 GB –Scheda audio: a 16 bit, compatibile con Sound Blaster

41 Classi di computer Personal computer/elaboratori desktop (da scrivania): costo variabile Portatili: simili ai personal ma hanno dimensioni molto ridotte: costo variabile Palmari: di dimensioni ridotte; si usano tenendoli nel palmo della mano Micro e mini computer: multi-utente; potenza di calcolo e costo > quello dei personal …

42 Classi di computer … Workstation: per uso personale, ma prestazione > quella dei personal Mainframe: potenza > mini Supercalcolatori: potenza > mainframe Elaboratori paralleli: computer dotati di più processori che svolgono diversi compiti simultaneamente