appunti di informatica di base parte 1: come è fatto un pc parte 2: struttura del sistema e...
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Appunti di INFORMATICA DI
BASE
PARTE 1: come è fatto un PCPARTE 2: struttura del sistema e codifica delle informazioni
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:
COS’ È IL PERSONAL COMPUTER
• Hardware Costituito dalle componenti fisiche, elettroniche e meccaniche del computer
• Software Costituito dall’insieme di istruzioni e programmi che permettono al computer di funzionare
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
La lavatrice è una macchina programmabile
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 PCIn particolare, ci sarà utile capire di che natura sono le informazioni che può elaborare
Domande:
COME E’ FATTO UN PC
HARDWARE
Schema funzionale mette in evidenza le parti di cui è composto un computer (Unità funzionale: insieme di apparecchiature che svolgono un’unica funzione)
Unità di input
Unità di Memoria Centrale
Unità di Output
Central Processing Unit (CPU)
Control Unit
Arithmetic Logic Unit
insieme di apparecchiature che permettono al computer di acquisire dati dall’esterno
apparecchiature che permettono di comunicare all’esterno i risultati delle elaborazioni
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
svolge le elaborazioni e coordina il lavoro delle altre unità
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
ha il compito di effettuare le operazioni richieste
SOFTWARE
Un computer senza software non può assolvere ad alcun compito
Le funzioni svolte dal software dipendono dalla sua tipologia
Software di base
Software applicativo
programmi per l’utilizzo e la manutenzione del computer
programmi per l’utilizzo specifico del computer in un determinato campo
SOFTWARE DI BASERiunisce 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
A seconda di come il SO dialoga con l’utente (interfaccia utenteinterfaccia utente), esso puo’ essere:
Compiti :
controllo corretto funzionamento di ogni componente
gestione errori
gestione memorizzazione informazioni
gestione vie di comunicazione nelle reti supporto SW applicativo compatibile
Command Line
Graphic User Interface (GUI)
l’interfaccia è scarna e l’utente deve conoscere i comandi permessi e la loro sintassi (Es: MS-DOS)tutti i programmi e le funzioni sono mostrate sullo schermo mediante simboli immediatamente riconoscibili (icone), ll’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 testiFogli di calcolo
Database
Programmi di presentazione
La grande flessibilità del personal computer deriva dal fatto che coesistono
queste due componenti:una materiale e una logica
HARDWARE: la macchinaSOFTWARE: 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)contiene i componenti elettronici fondamentali per il funzionamento del computer
Periferichedispositivi che consentono al PC di comunicare con l’esterno. Sono di INPUT e OUTPUT
Se osserviamo la scatola ...
interruttorelettore CD drive per floppy disktasto di RESET… masterizzatore… lettore DVDcavo di alimentazioneporte di comunicazione
interruttorecavo di alimentazionecavo di collegamento con UCpulsanti di regolazione
Se osserviamo il monitor ...
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
COMPONENTI DEL PC
Scheda madre: MOTHERBOARDComponente principale su cui si innestano tutti gli altriE’ un grosso circuito stampato rettangolare che contiene:
• MICROPROCESSORE (CPU)
• MEMORIA RAM
• CIRCUITI CHE COLLEGANO LE ALTRE MEMORIE
• SCHEDE PER IL CONTROLLO DELLE PERIFERICHE
COSA C’E’ DENTRO?
Il microprocessore (CPU: central processing unit) è la parte più importante del PCE’ 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 componenti2- unità aritmetico-logica: esegue tutte le operazioni che le vengono passate dall’unità di controllo
IL CERVELLO DEL COMPUTER
IL CERVELLO DEL COMPUTER
BUSGli 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 madreVELOCITÀ DEL MICROPROCESSORELe 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)
AUTOSTRADE PER I DATI
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 elaborareÈ limitata: la quantità massima di memoria installabile in un computer dipende dalla potenza della CPU stessaÈ 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
In un computer la memoria centrale è di due tipi:
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
RAM ROMRandom Access Memory Read Only Memory
MEMORIE DI MASSAI dati e i programmi conservati nelle memorie di massa non possono essere immediatamente utilizzabili, ma il loro contenuto deve essere ricopiato in memoria centrale.
Dischetti
CD ROM
DVD
Hard disk
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'altroCon 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.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
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.
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 colori16 bit (2 byte) = 65536 colori24 bit (3 byte per pixel) = 16 milioni di colori (true color)
SCHEDA VIDEO
RISOLUZIONE: è la qualità dell’immagine sullo schermo che dipende
a) 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)
SCHEDA VIDEO
MOUSE: periferica di INPUTpulsante sx: seleziona icone, bottoni, lancia applicazionipulsante 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 INPUTtastierino 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 OUTPUTMaggiore 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 - OUTPUTTrasforma 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 INPUTè un “fotocopiatore” che permette di copiare nel PC testi e/o immagini stampati su carta.La risoluzione dello scanner si misura in DPI
PERIFERICHE
MACCHINA FOTOGRAFICA DIGITALE: periferica di INPUTPermette di acquisire immagini digitali
CASSE ACUSTICHE: periferica di OUTPUT
LETTORE CD ROM e/o MASTERIZZATORE : periferica di INPUT e/o OUTPUT
FLOPPY DISK (A): periferica di INPUT-OUTPUT
LETTORE DVD: periferica di INPUT
HARD DISK (C): periferica di INPUT-OUTPUT
MICROFONO: periferica di INPUT
PERIFERICHE
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 operativoQuesto programma è l’unico che non dovete caricare voi, perché si carica da sé durante la fase di bootstrap e rimane sempre presente in memoriaSono sistemi operativi (o “ambienti”) DOS, LINUX, e naturalmente … WINDOWS
FUNZIONAMENTO 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 elaborareIl processore è costituito da un insieme di transistor (interruttori), dispositivi elettronici che possono lasciar transitare o interrompere un flusso di correnteDi 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
IL LINGUAGGIO DEL PC
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
Un singolo interruttore o bit (BInary digiTBInary digiT) può assumere 2 stati. Per convenzione i valori sono:
0 interruttore aperto
1 interruttore chiuso
L’unità minima di informazione nel computer è un insieme di 8 bit: 1 byte = 8bit
RAPPRESENTAZIONE DEI DATI
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
00 lettera A
01 lettera B
10 lettera C
11 lettera D
Ad ogni insieme di 8 bit corrisponde un carattere dell’alfabeto, un simbolo di punteggiatura, una cifra, fino alla rappresentazione di 256 caratteri
I dati presenti in memoria centrale sono rappresentati come sequenze di byte
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
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 )
CODIFICA DELLE INFORMAZIONI
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 097109 109 105 110 000 100 105 000 110 111 115 116 114 097 000...
01001110 01100101 01101100 00000000 01101101 01100101 0111101001111010 01101111 00000000 01100100 01100101 01101100 ...
E rappresentato in aritmetica binaria (un byte per lettera) diventa (limitandoci alle prime tre parole dell’originale):