Informatica

Informatica
L’ELABORATORE ELETTRONICO
Francesco Tura
[email protected]
© F. Tura
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CHE COS’È L’INFORMATICA
Definizioni non accettabili perché parziali o imprecise
scienza e tecnica del calcolatore
•
il calcolatore è solo uno strumento per l’informatico
scienza dell’informazione
• potrebbe includere anche il giornalismo
• information theory riguarda le telecomunicazioni
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DEFINIZIONE DI INFORMATICA
L’informatica è la scienza della rappresentazione
e dell’elaborazione dell’informazione
raccolta
creazione
elaborazione
rappresentazione
diffusione
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dell’informazione
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Lo strumento dell’informatico:
ELABORATORE ELETTRONICO
[= calcolatore = computer]
Macchina multifunzionale
Macchina per l’elaborazione dell’informazione
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TIPI DI COMPUTER
• Supercalcolatori
• Mainframe
• Minicomputer
• Workstation
• Personal Computer
• Notebook
• Palmari, smartphone, ecc.
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Supercalcolatore
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Esegue calcoli complessi in poco
tempo
Costo di acquisto elevato (M€)
Costi di gestione elevati (programmi,
personale)
Es. di uso: campo militare, meteo,
decifrazione, ecc.
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Mainframe
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Elevata capacità di gestione periferiche
Buona velocità di calcolo
Vi si collegano terminali “stupidi”
Es. di uso: centri elaborazione dati (CED)
di banche o assicurazioni
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Minicalcolatore
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Mainframe in miniatura
Gestione di archivi e programmi
amministrativi
Vi si collegano terminali “stupidi”
Es. di uso: filiale di banca, imprese
medio-piccole.
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Workstation
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Computer da tavolo per uso professionale
Schermi grandi (>20”)
Costo più elevato del PC (~10 K€)
Svolge elaborazioni (non è “stupido”)
Es. di uso: CAD in studi professionali
ingegneristici e di progettazione
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Personal Computer (PC)
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Destinati all’uso personale (da tavolo)
Può essere stand alone o in rete
Può svolgere anche funzioni di server
Svolge elaborazioni (non è “stupido”)
Costo contenuto (pochi K€)
Es. di uso: laboratori, scrivanie di casa o
ufficio, ecc.
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Notebook
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Personal Computer portatile
Può essere collegato ad una rete
Generalmente non svolge funzioni di
server
Svolge elaborazioni (non è “stupido”)
Costo superiore al PC (diversi K€)
Es. di uso: lavoro durante viaggi, lezioni e
conferenze fuori sede, ecc.
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Palmari, smartphone, ecc.
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Dimensioni tascabili
Possono essere collegati ad una rete
via radio
Possono svolgere elaborazioni ma
anche essere usati come terminali
Es. di uso: personale che opera fuori dagli
uffici per invio/scambio di dati
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CARATTERISTICHE
FONDAMENTALI
DEL COMPUTER
Funzionamento per algoritmi
Codifica binaria dell’informazione
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ALGORITMO
Sequenza di passi da compiere per risolvere un certo
problema a partire da una determinata situazione
Esempi di algoritmo
• istruzioni di montaggio di un elettrodomestico
• operazioni per il prelievo di contante da Bancomat
• ricerca di un numero telefonico in elenco
• ecc.
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PROGRAMMA
Formulazione di un algoritmo in un linguaggio di
programmazione
-in un programma i passi dell’algoritmo si dicono
istruzioni
PROGRAMMA <=> SERIE DI ISTRUZIONI
INTERPRETABILI ED ESEGUIBILI
DAL COMPUTER
• Partendo da determinate informazioni, le istruzioni di un
programma costituiscono i passi necessari al computer per
giungere al risultato voluto (= informazione elaborata e/o
memorizzata e/o rappresentata e/o diffusa ecc.)
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MODELLO DI VON NEUMANN
Le istruzioni vengono acquisite, interpretate ed
eseguite SEQUENZIALMENTE (una dopo l’altra)
A
istruzione
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B
esecuzione
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CODIFICA BINARIA
DELL’INFORMAZIONE
In un calcolatore tutta l’informazione viene
codificata in forma binaria, cioè in sequenze di
cifre 0 e 1
Tale codifica corrisponde al fatto che i dispositivi
del calcolatore possono assumere solamente 2 stati
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•
Nei dispositivi elettronici del computer (es:
RAM, ROM, CPU, Bus, ecc.)
0 e 1 corrispondono ai due diversi valori di tensione (basso o alto)
ai capi dei transistori (elementi elettronici di cui sono costituiti i
circuiti del calcolatore, in particolare le memorie e i registri)
Vo
Vi
°
°
°
Vo
Vt
Vt
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Vi
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• Nei dispositivi di memorizzazione magnetici
(es. disco rigido, dischetti, ecc.)
0 e 1 corrispondono ai due differenti stati di polarizzazione magnetica
(negativa o positiva) del materiale ferromagnetico di cui i dispositivi
sono costituiti
• Nei dispositivi di memorizzazione ottici
°
(es. CD, DVD, ecc.)
0 e 1 corrispondono alle due differenti lunghezze delle fossette (pit)
incise nel materiale ottico di cui i dispositivi sono costituiti
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Perché due soli stati?
Per minimizzare la possibilità di errore
Vo
°
Vo
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
=
=
=
=
=
=
=
=
=
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0,8 = 1
Vt
0,2 = 0
Vi
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0,5 TENSIONE DI SOGLIA
Vi
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Unità di misura delle informazioni
bit (binary digit=cifra binaria)
byte (= 8 bit)
Kb
Mb
Gb
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Unità di informazione minima (0 o 1)
Unità di memoria generalmente contenente una
informazione elementare [es. carattere]
KILOBYTE = ~ MILLE (1.024) BYTE
MEGABYTE = ~ 1 MILIONE (1.048.576) BYTE
GIGABYTE = ~ 1 MILIARDO (1.073.741.824) BYTE
CODIFICA DI NUMERI (=QUANTITÀ
NUMERICHE)
A differenza del sistema decimale, si utilizzano solamente due cifre,
ossia “0” e “1”
Sistema decimale
10 cifre
Sistema binario
2 cifre
0,1
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
base 2
base 10
Esempio:
Esempio:
954 = 9 * 102 + 5 * 101 + 4 * 100
101 = 1 * 22 + 0 * 21 + 1 * 20 = 5 (nel s.d.)
Successione iniziale nel sistema decimale:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...
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Successione iniziale nel sistema binario:
0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, ...
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CODIFICA DI CARATTERI
Esistono vari tipi di codifiche: la più diffusa è la ASCII
(American Standard Code for Information Interchange)
Essa utilizza 7 cifre binarie (bit), con le quali si possono
rappresentare 128 (=27) caratteri, ossia:
• le 25 lettere minuscole
• le 25 lettere maiuscole
• le 10 dieci cifre
• i caratteri di punteggiatura (punto, virgola, ecc.)
• alcuni caratteri di controllo (spazio, ritorno a capo, ecc.)
Nelle varianti europee ogni carattere viene rappresentato con
8 cifre binarie (bit), ossia con 1 byte, con le si possono rappresentare
256 (28) caratteri diversi: ciò permette la rappresentazione anche
dei caratteri accentati (è, é, å, ô, ü, ñ, ß, ecc.) presenti nelle lingue
dell’Europa continentale
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CODIFICA DI IMMAGINI
Le immagini sono suddivise in punti (pixel) ad ognuno dei
quali è associato un colore, espresso da un numero (espresso in cifre
Binarie.
La disposizione dei diversi punti, che contribuisce a formare
l’immagine, è anch’essa codificata da determinate combinazioni
di cifre binarie.
Le immagini vengono pertanto codificate con un numero molto
superiore di cifre binarie (bit) rispetto ai caratteri di un testo
(= maggiore occupazione di memoria).
Nei filmati le combinazioni di accensione dei pixel (e quindi la
loro codifica con cifre binarie) variano nel tempo, dando luogo
all’animazione.
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CODIFICA DI SUONI
Vengono effettuate delle letture molto ravvicinate
dei valori successivi di ampiezza+frequenza del suono
[ campionamento del segnale]
Ad ogni combinazione di ampiezza+frequenza viene associata una
serie di cifre binarie (bit)
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CODIFICA DELLE ISTRUZIONI
Oltre all’informazione, anche le istruzioni dei programmi vengono
rappresentate all’interno del computer con cifre binarie (bit)
A seconda del linguaggio macchina proprio di ogni tipo di computer,
ad ogni byte o gruppo di byte può corrispondere una determinata
istruzione elementare
Esempio:
00111011
ADD
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11000110
01111000
A
B
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Le componenti del calcolatore:
HARDWARE E SOFTWARE
HARDWARE
parti che compongono fisicamente il calcolatore
componente multifunzionale
SOFTWARE
programmi
funzioni specifiche volute dall’utente
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