Corso Informatica di Base
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Corso Informatica di Base
Corso Informatica di Base Definizioni, Classificazioni e componentistica Hardware Alcune Definizioni • INFORMATICA: scienza e tecnica che tratta l'elaborazione automatica dei dati e dei procedimenti di calcolo • CALCOLATORE O ELABORATORE ELETTRONICO: macchina elettronica in grado di manipolare automaticamente informazioni, eseguendo operazioni su dati forniti in ingresso (input), per ottenere dei risultati emessi come dati in uscita (output) • PROGRAMMA: insieme di istruzioni che possono essere eseguite da un elaboratore elettronico. • PROGRAMMATORE: Si occupa di realizzare operativamente le applicazioni, scrivendo le istruzioni sotto forma di linee di codice basate su specifici linguaggi di programmazione. Alcune Definizioni • Software: Il software è un programma o un insieme di programmi in grado di funzionare su un computer o qualsiasi altro apparato con capacità di elaborazione Viene in generale suddiviso in: - software di base o di sistema: Indispensabile al funzionamento del computer. - software applicativo Programma, scritto in qualsiasi linguaggio di programmazione, predisposto per risolvere problemi specifici. Alcune Definizioni Firmware: Software registrato in una memoria particolare del computer, o di una periferica, e che comprende le istruzioni basilari per la "vita" della stessa. L'esempio più noto è il BIOS, che il computer esegue al proprio avvio. Alcune Definizioni HARDWARE: Dall'inglese hard (solido) e ware (componente) Tutto ciò che in un computer si riconosce fisicamente e quindi tutte le periferiche, le parti elettriche, meccaniche, elettroniche ed ottiche. Hardware interno dell’elaboratore – – – – Unità centrale di elaborazione (CPU) Memoria Disco Fisso (HD) Scheda madre Hardware esterno dell’elaboratore – – – – Tastiera Mouse Monitor Stampante Alcune Definizioni Multitasking • Capacità di un elaboratore di servire più lavori (task) in pseudo-parallelismo. • Il compito di tener traccia dei lavori che vengono eseguiti in pseudo parallelismo è delegata al sistema operativo. In un sistema multiprogrammato la CPU passa da un programma ad un altro, facendo girare ognuno di essi per una decina o un centinaio di millisecondi. Mentre la CPU ad ogni singolo istante fa girare un solo programma, nell’arco di un secondo può lavorare su programmi diversi, dando all’utente l’illusione di parallelismo. • Il multitasking simula quindi la presenza di più CPU all’interno di uno stesso sistema. Alcune Definizioni Multiutenza: Modalità in base alla quale più utenti collegati possono contemporaneamente contendersi l’uso delle risorse del sistema Struttura di un calcolatore Componenti principali: – Unità di controllo di processo (Central Processing Unit) – Memoria principale (Main memory) – Memoria secondaria (Mass storage) – Dispositivi di ingresso/uscita TIPI DI ELABORATORI Gli elaboratori si differenziano in base alla velocità di elaborazione, alla capacità di memoria, alla tipologia dei processori, al costo e agli impieghi tipici • • • • • Supercomputer Mainframe Minicomputer Workstation Personal Pc TIPI DI ELABORATORI SUPERCALCOLATORI: elaboratori progettati per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate, dedicati ad eseguire calcoli particolarmente onerosi. Sono dotati di più unita centrali e si basano su particolari architetture parallele. Trovano utilizzo nei campi della meteorologia, della fisica della chimica e militare TIPI DI ELABORATORI MAINFRAME • computer utilizzati per applicazioni critiche soprattutto da grandi aziende e istituzioni, tipicamente per elaborare con alte prestazioni ed alta affidabilità grandi moli di dati, come ad esempio nelle transizioni finanziarie, nei censimenti e nelle statistiche. • in grado di servire contemporaneamente migliaia di utenti connessi ad esso attraverso dei terminali. TIPI DI ELABORATORI MINICOMPUTER • elaboratore strutturalmente analogo al mainframe. È composto da un computer centrale con terminali e dispositivi collegati tra loro. Differisce dal mainframe, nella potenza di calcolo, nel numero di processori e nella capacità di memoria. • Utilizzato dalle piccole e medie imprese TIPI DI ELABORATORI NETWORK COMPUTER • Sviluppato per essere utilizzato esclusivamente in congiunzione con una connessione a una rete telematica. • Elaboratore che funziona in simbiosi con un elaboratore centrale, detto server, da cui preleva le applicazioni. • Le applicazioni, contenute in un unico cervello centrale, vengono sempre eseguite sui computer locali. • I terminali locali possono anche non avere capacità autonome di elaborazione e sono spesso costituiti solamente da una tastiera e uno schermo. TIPI DI ELABORATORI Elaboratori Monoutente Pc (personal computer) Elaboratori di uso generale. Costo medio basso Elaboratore da scrivania spesso non spostabile Laptop: elaboratore leggero, manegevole spostabile. PDA (personal digital assistant) Dispositivo di dimensioni ridotte, con risorse limitate, tipicamente touchscreen e dotato di un SO apposito Possono connettersi ad internet Hanno funzione di PIM fornendo funzioni di agenda lista task, calcolatrice e sveglia/allarme La CPU L'unità centrale di elaborazione (CPU) è costituita dal microprocessore, l'elemento che caratterizza le prestazioni dell'intero PC. Il suo scopo è quello di eseguire i programmi e gestire gli altri componenti del computer. Il microprocessore è un componente integrato di transistor e di altri elementi atti a costituire i circuiti logici che presiedono al funzionamento dell'intero elaboratore. Organizzazione di un Processore Un processore, CPU, esegue una sequenza di istruzioni (programma) prelevate da una memoria. La memoria è esterna alla CPU. La sequenza di operazioni per elaborare una singola istruzione prende il nome di instruction cycle. Instruction Cycle È suddiviso in due cicli: • fetch cycle: la CPU legge dalla memoria l’istruzione che deve essere eseguita • execution cycle consiste in: – decodifica dell’istruzione da eseguire. – lettura degli operandi dell’istruzione. – esecuzione dell’operazione. Componenti della Cpu ALU – Svolge le operazioni aritmetiche, logiche Registri – Più veloci della memoria principale – registro contatore (PC = program counter) – registro accumulatore (A) – registro istruzione (IR) – Un registro è in grado di contenere un numero di bit diverso a seconda del tipo di CPU. – Registri a 8, 16, 32, 64 bit Unità di controllo (Control Unit) – Esegue le istruzioni secondo il ciclo: prelievo, decodifica, esecuzione (fetch, decode, execute) Control Unit Set di istruzioni: insieme di istruzioni binarie che una CPU sa eseguire Le istruzioni sono riconosciute dall’unità di controllo Le istruzioni e la loro complessità variano in base all’architettura della cpu. Tipologie CPU • CISC: Un'architettura cisc (Complex Instruction Set Computer) è dotata di un set di istruzioni che consentono di eseguire operazioni complesse. I microprocessori con questa architettura erano pensati per essere programmati in assembler e quindi il progettista metteva a disposizione del programmatore istruzioni anche molto complesse. • RISC: RISC, acronimo dell‘inglese Reduced Instruction Set Computer, indica una filosofia di progettazione di architetture per microprocessori formate da un set di instruzioni contenente istruzioni in grado di eseguire operazioni semplici che possono essere eseguite in tempi simili. Interrupt È un evento che interrompe il normale funzionamento della CPU In risposta ad un interrupt, la CPU sospende l’esecuzione del programma corrente ed esegue il programma di gestione dell’interrupt: interrupt handler Al termine dell’interrupt handler, la CPU riprende l’esecuzione del programma interrotto. La presenza di un interrupt viene identificata alla fine di ogni instruction cycle Unità di misura L’instruction cycle è composto da una sequenza di micro-operazioni eseguite dalla CPU La durata di una micro-operazione prende il nome di cycle time: t cpu Il valore 1/t cpu è la frequenza di clock della CPU, misurato in megahertz (MHz) Es: frequenza di clock = 500 MHz t cpu = 2 ns (nanosecondi). Evoluzione CPU Nome Data Transistor Micron Clock Speed Data width MIPS 8080 1974 6.000 6 2 Mhz 8 bits 0.64 8088 1979 29.000 3 5Mhz 16 bits 8-bit bus 0.33 80286 1982 134.000 1.5 6 Mhz 16 bits 1 80386 1985 275.000 1.5 16 Mhz 32 bits 5 80486 1989 1.200.000 1 25 Mhz 32 bits 20 Pentium 1993 3.100.000 0.8 60 Mhz 32 bits 100 Pentium II 1997 7.500.000 0.35 233 Mhz 32 bits 64 – bit bus ~ 300 Evoluzione CPU Nome Data Transistor Micron Clock Speed Data width MIPS Pentium III 1999 9.500.000 0.25 450 Mhz 32 bits 64-bit bus ~510 Pentium 4 2000 42.000.000 0.18 1.5 Ghz 32 bits 64-bit bus ~1.700 Core 2 Duo 2006/2008 410.000.000 0.045 3.3 GHz 32/64 bits ~22.305 Core 2 Quad 2008/2009 820.000.000 0.045 2.6 / 3 Ghz 32/64 bits Core i5 2009/2010 774.000.000 0.045 2.6/3.2 GHz Core i3 2009/2010 774.000.000 0.032 3.2 GHz Evoluzione CPU In origine le CPU avevano un singolo core (l’unità di elaborazione presente in ogni CPU), ma grazie alla miniaturizzazione dei transistor, dal 2005 in poi “avanzò” abbastanza spazio nelle CPU per integrare un nuovo core oltre a quello già presente: erano nate le CPU multi-core, che avrebbero davvero rivoluzionato le performance delle CPU sia su PC sia, dopo alcuni anni, su smartphone e tablet. Evoluzione CPU Core i3 i5 i7 L’appartenenza a una famiglia anziché all’altra è data dall’insieme di molti elementi: il numero di core, la loro velocità massima, la presenza o meno dell’hyper threading, la presenza e velocità del Turbo Boost, e la dimensione della cache. Nota bene quanto detto è solo indicativo Evoluzione CPU Core i3 i5 i7 Il numero di core: Un core si può definire come un “cervello”, e più “core” sono disponibili, maggiori sono le prestazioni. I processori Core i7 sono dotati di quattro core, così come i Core i5. I Core i3 ne hanno invece 2, così come i Pentium. I processori Core i7 e i Core i3 hanno però l’Hyper Threading, che non presente sui Core i5 e i Pentium. Evoluzione CPU Core i3 i5 i7 L’Hyper Threading è una tecnologia in grado di “raddoppiare” il numero dei core disponibili, ma lo fa in maniera “virtuale”. Non è indispensabile e non regala mai più del 10% di potenza, ma può essere utile in alcuni scenari in cui è richiesto un uso elevato di thread (macchine virtuali, NAS, CAD, elaborazione video etc.) ed è di solito presente solo nelle CPU Intel Core i7 di fascia alta Evoluzione CPU Core i3 i5 i7 Il Turbo Boost, è quella funzione che permette, in condizioni di operazioni poco complicate, di aumentare la velocità della CPU per un determinato periodo di tempo. Possiamo però dire che, tendenzialmente, i processori di fascia più alta di ogni famiglia tendono a raggiungere velocità nominali e in Turbo Boost superiori, anche se di poco, rispetto alle famiglie minori. Prestazioni Microprocessore Le unità di misura per valutare le prestazioni di un microprocessore sono: • MHz (megahertz) non rappresentano un parametro molto significativo in quanto indicano solamente il ritmo interno di lavoro del microprocessore e non specificano quanti cicli occorrono per eseguire le varie istruzioni. • MIPS (Million Instructions Per Second) indicano il numero di istruzioni al secondo che il microprocessore è in grado di eseguire; MIPS = numero istruzioni / tempo di esecuzione * 106 anche questo non è un parametro molto attendibile in quanto non specifica il tipo di istruzioni che vengono eseguite. Infatti il tempo impiegato per eseguire le istruzioni dipende dal tipo di istruzione: per eseguire una somma serve meno tempo che per una divisione Prestazioni Microprocessore Benchmark (banco di lavoro): per avere una valutazione attendibile. Programmi che fanno eseguire al sistema tutti i tipi di istruzioni del set: meno tempo un sistema impiega a eseguire il banchmark, migliore è la prestazione. Quindi con il banchmark si misurano le prestazioni di un sistema, mentre gli altri parametri misurano le prestazioni del solo microprocessore. Riepilogo Cpu Riepilogo Cpu • Gestione della memoria 1. La CPU preleva i dati da elaborare • CU Control Unit 2. Esamina il contenuto dei registri e determina l’istruzione da eseguire • ALU Aritmetic Logic Unit 3. Eseguite le istruzioni determinate da CU Riepilogo Cpu Bus • è un canale che permette a periferiche e componenti del sistema di "dialogare" tra loro. • Esistono diversi tipi di bus, classificati in funzione del tipo di dati che trasportano: bus dati, bus di indirizzi, bus di controllo • Un solo bus può collegare tra loro più dispositivi. • Bus Parallelo (ISA, PCI e AGP) • Bus Seriale (SATA, PCI Express) Motherboard Scheda elettronica principale che raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica e i collegamenti di interfaccia tra i vari componenti interni principali del PC (CPU, memoria e le altre schede elettroniche montate o alloggiate sopra) comprendendo quindi anche i bus di espansione e le interfacce verso le periferiche esterne. È responsabile dunque della trasmissione e temporizzazione corretta di molte centinaia di segnali diversi, tutti ad alta frequenza e sensibili ai disturbi, tra processore e periferiche interne e viceversa. MotherBoard Vediamola dal Vivo Connettori MotherBoard Connettori MotherBoard SATA PATA AGP PCI PCIe Interfacce • Interfaccia Seriale: consente il trasferimento dei dati tra il dispositivo di ingresso/ uscita al computer un bit alla volta • Interfaccia Parallela: il trasferimento dei dati avviene un byte alla volta (vengono trasmessi contemporaneamente in parallelo, su otto fili diversi, otto bit) • Interfaccia usb (universal serial bus): e’ il nuovostandard di interfaccia seriale che ha una maggiore velocità di trasferimento (fino a 16.000 bit al secondo USB 1.1,40 volte più veloce USB 2.0), consente di collegare più dispositivi a cascata, e consente la connessione e configurazione di nuove periferiche anche a computer funzionante (plug & play) Le Memorie • Con il termine memoria si intende generalmente la memoria centrale di un elaboratore dove risiedono i dati ed i programmi del calcolatore • La memoria di un calcolatore è raffigurabile ad un enorme casellario, ove ciascuna casella contiene un’informazione e ove ciascuna casella è referenziabile mediante la sua posizione nel casellario, ovvero mediante il suo indirizzo. • Una casella di memoria, detta in genere “cella”, è la più piccola unità indirizzabile ed è costituita da un insieme di bit (8-16-32-64 - unit digit). • Il contenuto di una cella di 8 bit vienenormalmente detto byte. Unità di misura della Memoria • Il byte viene usato come unità di misura della memoria, • il bit viene usato come unità di misura nella trasmissione delle informazioni • Multipli del Byte 8 cifre binarie sono pari ad un BYTE (B) 1024 BYTE sono pari ad 1 KiloByte (KB) 1024 KB sono pari ad 1 MegaByte (MB) 1024 MB sono pari ad 1 GigaByte (GB) 1024 GB sono pari ad 1 TeraByte (TB) Tipologie di Memorie • RAM (Random Access Memory) memoria ad accesso casuale, memoria di lettura/scrittura usata nei calcolatori per contenere istruzioni e dati da elaborare; a seconda dell'architettura può essere "statica" (SRAM) o "dinamica" (DRAM). • ROM (Read-Only Memory) memoria a sola lettura che contiene, generalmente, le istruzioni necessarie per avviare il computer (ROM, EPROM, EEPROM) Gerarchie di Memorie TEMPI DI ACCESSO RAM • E’ la memoria principale del computer • Usata per immagazzinare programmi e dati durante l’esecuzione • Volatile • Memoria Virtuale per poter simulare una quantità di RAM maggiore Cache • La cache è un tipo di memoria piccola, ma molto veloce. • Mantiene copie dei dati ai quali si fa più frequentemente accesso in memoria principale. • Regola dell’80/20, il 20% delle locazioni viene adoperato l’80% del tempo Cache Gli ultimi processori quad-core integrano cache L1 e L2 dedicate per ogni core e un'ampia, condivisa, cache L3 disponibile per tutti i core. Questa cache L3 condivisa è anche in grado di scambiare dati sui quali i core potrebbero lavorare in parallelo. BIOS (Firmware) • il programma che il microprocessore usa per inizializzare il computer. • Il BIOS ha tre funzioni principali: Eseguire una serie di test diagnostici sull'hardware e segnalare eventuali guasti Localizzare il sistema operativo e caricarlo nella RAM; Fornire una interfaccia software a basso livello per l'accesso alle periferiche e all'hardware del PC. • viene salvato su una EPROM. • E' necessaria la modifica/aggiornamento del firmware BIOS quando si debbano collegare schede o periferiche particolari; il produttore deve fornire un programma che effettui la modifica. Memorie di Massa • La caratteristica principale della memoria di massa è la "non volatilità", ovvero la possibilità di memorizzare permanentemente i dati • Hanno un costo inferiore rispetto alla memoria principale • Necessitano di tempi di accesso maggiori di ben 5 ordini di grandezza. (millisec vs nanosec) • i maggiori rappresentanti sono gli hard disk, ma anche supporti rimovibili come dischi floppy, CD, DVD, nastri magnetici, memorie flash Hard Disk • I dati sono generalmente memorizzati su disco seguendo uno schema di allocazione fisica ben definito • Entità Fisiche: Piatto: superficie destinata alla memorizzazione dei dati. Traccia: ogni piatto si compone di numerosi anelli concentrici numerati, detti tracce, ciascuna identificata da un numero univoco. Cilindro: l'insieme di tracce alla stessa distanza dal centro presenti su tutti i dischi Settore: ogni piatto è suddiviso in settori circolari, ovvero in "spicchi" radiali uguali Testina: Su ogni piatto è presente una testina per accedere in scrittura o in lettura ai dati memorizzati sul piatto; la posizione di tale testina è solidale con tutte le altre sugli altri piatti. Hard Disk Struttura della superficie di un piatto: A) Traccia B) Settore C) Settore di una traccia D) Cluster, insieme di settori contigui Dischi SSD Sono una tipologia di dispositivi di memoria di massa basata su semiconduttore, che utilizza memoria allo stato solido (in particolare memoria flash di tipo NAND) per l'archiviazione dei dati, anziché supporti di tipo magnetico come nel caso dell'hard disk classico. Dischi SSD Vantaggi: • La totale assenza di parti meccaniche in movimento. • tempi di accesso e archiviazione ridotti: si lavora nell'ordine dei decimi di millisecondo; il tempo di accesso dei dischi magnetici è oltre 50 volte maggiore • non necessitano inoltre di deframmentazione • maggior velocità di trasferimento dati • minori consumi durante le operazioni di lettura e scrittura Dischi SSD Svantaggi: • Calo delle prestazioni generali nel tempo • Ridotta capacità di archiviazione • Costo più elevato • Necessitano di aggiornamenti Firmware Dischi Magnetici Rimuovibili • • • • • • Floppy disk, può contenere al massimo 1.4MB Iomega ZIP fino a 250MB Iomega Jaz fino a 2GB Tempo di accesso superiore rispetto all’hard disk Pro:economicità – diffusione Contro: bassa capacità - deteriorabilità CD-ROM DVD BLU-RAY • Sono memorie di tipo ottico che vengono incise da un laser • una sola traccia a forma di spirale, la lettura dei dati avviene in modo sequenziale • i lettori di CD-ROM imprimono con velocità di rotazione diverse a seconda della tecnologia costruttiva (2X, 4X, …… 52X); • i lettori dvd (1x,16x) • esistono anche supporti scrivibili (CD-R) mediante appositi apparecchi detti masterizzatori o CD-Writer, esistono anche CD riscrivibili più volte (CD-RW). • Analogo discorso per i DVD • Formao DVD +/• Capacità: – 650-900Mb CD – 4,7-18Gb DVD – fino a 56GB BLU-RAY • Pro: diffusione - economicità Dispositivi di Input I dispositivi di input sono tutti quei dispositivi che l’utente usa per immettere i dati nel computer, che possono essere dati, testi o immagini. Esempi: • Tastiera • Mouse • TouchPad • Scanner • Tavoletta Grafica Ve ne vengono in mente altri ????????? Dispositivi di Output I dispositivi di output sono tutte quelle periferiche mediante le quali il pc comunica all’esterno i risultati delle proprie elaborazioni. Esempio: • Monitor • Stampanti • Plotter • ecc I Monitor Il componente principale di un monitor è il display, cioè il dispositivo elettronico per la visualizzazione. In base alla tecnologia usata si distinguono le seguenti tipologie di display: • Display CRT ( a raggi catodici) • Display LCD (a Cristalli Liquidi) I Monitor • La definizione: è il numero di pixel che lo schermo può visualizzare. • La dimensione : Essa si calcola misurando la diagonale dello schermo e si esprime in pollici (un pollice equivale a 2,54 cm). • Il passo della griglia (in inglese dot pitch): E' la distanza che separa due luminosfere (pixel); più questa è piccola più l'immagine sarà precisa. • La risoluzione: Determina il numero di pixel per unità di superficie pixel per pollice lineare (in inglese DPI: Dots Per Inch, tradotto punti per pollice). • Refresh: indica il numero di volte che l’immagine sullo schermo viene ridisegnata in un secondo (si misura in Hz) I Monitor • Tempo di risposta Indica il tempo impiegato da un pixel per passare da nero a bianco e ritornare nero. • Angolo di visuale Variando l'angolo di visualizzazione, la luminosità, i colori ed il contrasto variano e pertanto l'immagine risulta più scura e sbiadita. Le modalità grafiche • VGA (Video Graphic Adapter) 1024 x 768 Pixel - 256 colori • SVGA (Super VGA) 1280 x 1024 Pixel 16 milioni di colori • HD-Ready (1366*768) • FullHD (1920*1080) Stampanti Periferica capace di trasferire su carta i dati forniti da un pc. Caratteristiche: • Interfaccia: il tipo di collegamento al computer • Formato carta: la dimensione, lo spessore, il tipo di supporti di stampa. • Numero di colori primari: ovvero quanti inchiostri sono utilizzati e quindi quanti colori può riprodurre (monocromatica, tricromica, quadricromica) • Risoluzione massima: il numero di punti stampabili sulla carta per unità di lunghezza("dot per inch" DPI). • Velocità: il numero di pagine (normalmente A4) che può essere prodotta per unità di tempo (sec) Tipologie di stampa • Ad impatto: il carattere viene stampato mediante la pressione di aghi su nastri inchiostrati interposti fra questi e la carta (lente e rumorose utili per fogli carbonati e moduli continui) • A getto d’inchiostro: Una schiera di centinaia di microscopici ugelli spruzzano minuscole gocce di inchiostro sulla carta durante lo spostamento del carrello (a colori, silenziose ed abbastanza veloci) • Laser: Mediante un raggio laser viene creata l’immagine da stampare e poi attraverso del toner (inchiostro in polvere) viene stampata la pagina Sono caratterizzate da altissima velocità ottima definizione e silenziosità. Plotter è una periferica specializzata nella stampa di supporti di grande formato. È il dispositivo di output ideale per i sistemi CAD, dove è impiegato per la stampa di prospetti e progetti architettonici, meccanici, elettrici, mappe topografiche, curve geometriche, viene anche utilizzato nell'ambito della grafica e della pubblicità. Modem ll modem è un dispositivo elettronico che rende possibile la comunicazione di più sistemi informatici (ad esempio dei computer) utilizzando un canale di comunicazione composto tipicamente da un doppino telefonico. Ha funzione di modulazione/demodulazione per consentire il trasferimento di informazioni digitali su mezzi di comunicazione analogici Scheda di Rete La scheda di rete è un'interfaccia digitale che viene inserita solitamente all'interno di un Personal Computer, Server, Stampante, Router ecc., che svolge tutte le elaborazioni o funzioni necessarie a consentire la connessione ad una rete informatica. Sistemi Audio