Transcript Appunti di INFORMATICA DI BASE PARTE 1: come è fatto un PC PARTE 2: struttura del sistema e codifica delle informazioni.

Appunti di
INFORMATICA DI BASE
PARTE 1: come è fatto un PC
PARTE 2: struttura del sistema e codifica delle
informazioni
COS’ È IL PERSONAL COMPUTER
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:
• Hardware
Costituito dalle componenti fisiche, elettroniche e meccaniche del
computer
• Software
Costituito dall’insieme di istruzioni e programmi che permettono al
computer di funzionare
La lavatrice è una macchina programmabile
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
Domande:
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 PC
In particolare, ci sarà utile capire di che
natura sono le informazioni che può
elaborare
COME E’ FATTO UN PC
insieme di
apparecchiature che
permettono al computer
di acquisire dati
dall’esterno
Unità di input
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
HARDWARE
Unità di Memoria
Centrale
apparecchiature che
permettono di comunicare
all’esterno i risultati delle
elaborazioni
Unità di Output
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
Central Processing Unit
(CPU)
Control
Unit
svolge le elaborazioni e coordina il
lavoro delle altre unità
Arithmetic
Logic
Unit
ha il compito di effettuare le operazioni richieste
Schema funzionale mette in evidenza le parti di cui è composto un computer
(Unità funzionale: insieme di apparecchiature che svolgono un’unica funzione)
SOFTWARE
Un computer senza software non può assolvere ad alcun compito
Le funzioni
svolte dal
software
dipendono
dalla sua
tipologia
Software di base
programmi per l’utilizzo e la
manutenzione del computer
Software applicativo
programmi per l’utilizzo specifico
del computer in un determinato
campo
SOFTWARE DI BASE
Riunisce 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
Compiti :
controllo corretto funzionamento di ogni componente
 gestione memorizzazione informazioni
 gestione errori
 gestione vie di comunicazione nelle reti
 supporto SW applicativo compatibile
A seconda di come il SO dialoga con l’utente (interfaccia utente), esso
puo’ essere:

Command Line
l’interfaccia è scarna e l’utente deve conoscere i comandi
permessi e la loro sintassi (Es: MS-DOS)
Graphic User
Interface (GUI)
tutti i programmi e le funzioni sono mostrate sullo schermo
mediante simboli immediatamente riconoscibili (icone),
l’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 testi
Fogli 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 macchina
SOFTWARE: le istruzioni, i programmi
Una METAFORA musicale:
• l’hardware è lo strumento
• il software è la partitura
• l’informazione elaborata è la musica eseguita
COMPONENTI DEL PC
Unità centrale (UC / Case)
contiene i componenti elettronici
fondamentali per il
funzionamento del computer
Periferiche
dispositivi che consentono al
PC di comunicare con
l’esterno.
Sono di INPUT e OUTPUT
Se osserviamo la scatola ...
interruttore
lettore CD
drive per floppy disk
tasto di RESET
… masterizzatore
… lettore DVD
cavo di alimentazione
porte di comunicazione
Se osserviamo il monitor ...
interruttore
cavo di alimentazione
cavo di collegamento con UC
pulsanti di regolazione
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
COSA C’E’ DENTRO?
Scheda madre: MOTHERBOARD
Componente principale su cui si innestano tutti gli altri
E’ un grosso circuito stampato rettangolare che contiene:
• MICROPROCESSORE (CPU)
• MEMORIA RAM
• CIRCUITI CHE COLLEGANO LE ALTRE MEMORIE
• SCHEDE PER IL CONTROLLO DELLE PERIFERICHE
IL CERVELLO DEL COMPUTER
Il microprocessore (CPU: central processing unit) è la parte
più importante del PC
E’ 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 componenti
2- unità aritmetico-logica: esegue tutte le operazioni che le
vengono passate dall’unità di controllo
IL CERVELLO DEL COMPUTER
AUTOSTRADE PER I DATI
BUS
Gli 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 madre
VELOCITÀ DEL MICROPROCESSORE
Le 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)
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 elaborare
È limitata: la quantità massima di
memoria installabile in un computer
dipende dalla potenza della CPU
stessa
È 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:
RAM
Random Access Memory
Memoria volatile in cui si
può sia leggere che
scrivere. È questo il posto
dove vengono conservati
dati e programmi
ROM
Read Only Memory
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
MEMORIE DI MASSA
I 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
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'altro
Con 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
DVD
CD con capacità fino a 17 GB per software e interi filmati
Hanno dimensioni notevolmente superiori, capaci di memorizzare decine di
Hard disk GB. Sono molto veloci sia in lettura che in scrittura e vengono utilizzati
come deposito di dati su cui lavorare.
SCHEDA VIDEO
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 colori
16 bit (2 byte) = 65536 colori
24 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)
PERIFERICHE
MOUSE: periferica di INPUT
pulsante sx: seleziona icone, bottoni, lancia applicazioni
pulsante 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 INPUT
tastierino 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 OUTPUT
Maggiore 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 - OUTPUT
Trasforma 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 INPUT
è un “fotocopiatore” che permette di copiare nel PC testi e/o
immagini stampati su carta.
La risoluzione dello scanner si misura in DPI
PERIFERICHE
FLOPPY DISK (A): periferica di INPUT-OUTPUT
HARD DISK (C): periferica di INPUT-OUTPUT
LETTORE CD ROM e/o MASTERIZZATORE : periferica di INPUT e/o
OUTPUT
CASSE ACUSTICHE: periferica di OUTPUT
LETTORE DVD: periferica di INPUT
MICROFONO: periferica di INPUT
MACCHINA FOTOGRAFICA DIGITALE: periferica di INPUT
Permette di acquisire immagini digitali
FUNZIONAMENTO DEL PC
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 operativo
Questo programma è l’unico che non dovete caricare voi,
perché si carica da sé durante la fase di bootstrap e rimane
sempre presente in memoria
Sono sistemi operativi (o “ambienti”) DOS, LINUX, e
naturalmente … WINDOWS
IL LINGUAGGIO 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 elaborare
Il processore è costituito da un insieme di transistor (interruttori),
dispositivi elettronici che possono lasciar transitare o
interrompere un flusso di corrente
Di 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
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 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
01
10
11
lettera A
lettera B
lettera C
lettera D
I dati presenti in memoria centrale sono rappresentati come
sequenze di byte
Ad ogni insieme di 8 bit corrisponde un carattere dell’alfabeto, un
simbolo di punteggiatura, una cifra, fino alla rappresentazione di
256 caratteri
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
CODIFICA DELLE INFORMAZIONI
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 )
Esempio di codifica ASCII
• Il testo:
• “Tradotto” (cioè cifrato) in ASCII (utilizzando tre cifre per
ogni numero; ad es.: 005, 046, 114, …) diventa:
078 101 108 000 109 101 122 122 111 000 100 101 108 000 099 097
109 109 105 110 000 100 105 000 110 111 115 116 114 097 000...
E rappresentato in aritmetica binaria (un byte per lettera) diventa
(limitandoci alle prime tre parole dell’originale):
01001110 01100101 01101100 00000000 01101101 01100101 01111010
01111010 01101111 00000000 01100100 01100101 01101100 ...