Concetti base di informatica

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Concetti base di informatica
2
Processo e algoritmo

• Con tale termine si intende indicare l'attività
  di esecuzione di un compito o algoritmo.
• La ricetta di una pietanza rappresenta
  l'algoritmo da seguire
• Nel momento in cui comincio a realizzare la
  ricetta, eseguo un processo
• In informatica quindi il processo è la fase di
  esecuzione di un algoritmo di una procedura

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Processore

• È un dispositivo elettronico, presente nei
  calcolatori, in grado di eseguire algoritmi e
  quindi di fare cose
• Se chiedo al computer di fare una serie di
  calcoli Excel allora sarà il processore che li
  esegue realmente
• Se chiedo al computer di creare un filmato dalle
  mie foto delle vacanze, è il processore che
  materialmente esegue la creazione (rendering) del
  filmato.

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Numerazione binaria

• Il calcolatore lavora in aritmetica binaria
  basata su sole due simboli, 0 ed 1.
• La sua elettronica è infatti basata su elementi
  bistabili cioè in grado di assumere due posizioni
  diverse ON ed OFF
• Pertanto esso è predisposto all'uso
  dell'aritmetica a due simboli, mentre noi siamo
  abituati ad usare quella a 10 simboli (0,1,2...
  9).

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I numeri in aritmetica binaria

• Un numero in aritmetica binaria ha solo i due
  simboli 0 e 1 per cui appare cosi
• 1001010
• A cosa corrisponde tale numero?
• Esiste la seguente tabella
• Il computer esaurisce subito la 1 cifra in
  quanto può usare solo 2 simboli
• Il numero 9 usa addirittura 4 cifre binarie

0 0
1 1
2 10
3 11
4 100
5 101
6 110
7 111
8 1000
9 1001
6
Aritmetica binaria

• È ovvio che il calcolatore scrive numeri con
  molte più cifre delle nostre
• A parità di valore il numero in aritmetica
  binaria è più lungo

9 1001
7
Aritmetica posizionale

• In entrambe le aritmetiche il valore di un
  numero aumenta se spostiamo a sinistra un
  simbolo
• 1070 7010
• Il numero 7100 usa gli stessi simboli 7, 1
  e 0 di 1070 ma vale di più.
• Quindi la posizione del 7 incide sul valore del
  numero

8
Aritmetica posizionale

• Il motivo è questo ogni posizione ha un suo
  peso la prima sono le unità, la seconda le
  decine, la terza cifra sono le centinaia.
• 1070 è pari ad 1 migliaio più 7 decine, quindi
• 107011037101
• Mentre 7010 è pari a 7 migliaia e 1 decina
• 701071031101
• (potenze di 10 perché l'aritmetica è decimale)
• Morale il valore del numero dipende dalla
  posizione dei simboli

9
Aritmetica posizionale

• Anche l'aritmetica binaria è posizionale
• Il numero 5 e 6 hanno entrambi 2 simboli 1 ed
  un simbolo 0 ma hanno posti diversi!
• Vale che
• 110 122121
• (Potenze di 2 perché l'aritmetica è binaria)

0 0
1 1
2 10
3 11
4 100
5 101
6 110
7 111
8 1000
9 1001
10
Aritmetica posizionale

• 110 122121
• (Potenze di 2 perché l'aritmetica è binaria)
• Il numero sopra è effettivamente equivalente a 6
  (sei) infatti
• 110 122121
• 4 2 6

0 0
1 1
2 10
3 11
4 100
5 101
6 110
7 111
8 1000
9 1001
11
Conversione di base

• Si scrive che
• (110)2 (6)10
• Dove il pedice 2 ed il pedice 10 indicano in che
  base è da intendersi il numero.
• In altre parole il numero 110 iscritto in base 2
  è pari al numero 6 scritto in base 10 cioè quella
  che usiamo di solito.

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Conversione di base

• Per fare la conversione di base si usa la regola
  somma di potenze di 2, cioè si sommano le
  potenze di 2 ciascuna moltiplicata per la cifra
  corrispondente.
• Esempi
• 111 122121120 421 7
• 10110 124122121 1642 22
• Quindi 7 nel primo caso e 22 nel secondo.

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Potenze di 2

• 20 1
• 21 2
• 22 4
• 23 8
• 24 16
• 25 32
• 26 64
• 27 128
• 28 256

Mano mano che aumenta l'esponente, i valori
raddoppiano.
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Conversione in binario

• Per ottenere un numero in binario si effettua la
• divisione ricorsiva per
• 2
• Si prende il numero dalla colonna dei resti
• Il numero si deve leggere dal basso verso l'alto

137 Resti
68 1
34 0
17 0
8 1
4 0
2 0
1 0
0 1
1 0 0 0 1 0 0 1
15
Verifica
1 0 0 0 1 0 0 1

• A quanto equivale questo numero?... dobbiamo
  convertirlo in decimale e dovremmo trovare 137.
• 10001001 120123127
• 1 8 128 137

16
Esercizi

• 1100 122123 4812
• 1101 120122123 14813
• 10000001 120127 1281129
• 10000010 121127 1282130
• Per abbreviare, contate da sinistra
  1,2,4,8,16,32,64,128 ...
• 10000010 1282130
• 10001100 12884140

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Variabili binarie e connettivi logici

• Una variabile può contenere un numero binario
• a 11011
• E le variabili binarie 0 / 1 possono essere
  sostituite da Vero / Falso
• Sulle variabili binarie posso applicare le
  operazioni di somma, prodotto, sottrazione,
  divisione come per l'algebra decimale
• Inoltre esistono i seguenti connettivi logici
• e, o, non

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Connettivi o

• O sta per oppure e il connettivo o si
  scrive tra due variabili in questo modo
• a O b
• A seconda dei valori di a e b il connettivo
  vale

a b a O b

F F F
F V V
V F V
V V V
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Connettivi o

• a Or b
• Quando tale connettivo è vero? O sta per
  oppure, dunque (a Or b) è vera se a oppure
  b è vera

a b a O b

F F F
F V V
V F V
V V V
20
Connettivi e

• a AND b
• Quando tale connettivo è vero? AND sta per e,
  entrambi, dunque (a AND b) è vera se
  entrambe, contemporaneamente a e b sono vere

a b a AND b

F F F
F V F
V F F
V V V
21
Connettivi non

• a NOT b
• Quando tale connettivo è vero? NOT sta per
  non, dunque (Not b) è vera quando b è falso

b NOT b

F V
V F
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Espressioni logiche

• F b OR (a AND b)
• Questa è una espressione con connettivi logici e
  variabili binarie (dette anche booleane)
• Si risolve costruendo la tabella della Verità
  corrispondente

a b a AND b F

F F F F
F V F V
V F F F
V V V V
F è la OR tra la seconda colonna e la terza
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Porte logiche

• Ognuno dei 3 connettivi logici AND, OR, NOT si
  rappresenta con una porta logica
• AND
• OR
• NOT

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Porte logiche

• Ogni porta logica ha in ingresso le due
  variabili a e b ed in uscita il valore del
  connettivo.
• AND
• OR
• NOT

A
a AND b B A
a OR b B B
Not b
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Espressioni logiche

• F b OR (a AND b)
• Questa espressione è equivalente ad un circuito
  logico

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Sistema di elaborazione

• Le componenti hardware di un S.E. Sono
• CPU - Central Processing Unit (processore)
• RAM - Memoria centrale
• INPUT - Dispositivi di input (tastiera)
• OUTPUT - Dispositivi di output (video, stampanti)
• HDD - Memoria di massa (DVDdrive, Usb key...)
• Le componenti software sono
• I sistemi operativi e di base
• I software applicativi

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Tipi di calcolatori

• Tascabili lettori multimediali, mini controllori
• PDA personal digital assistant (palmari,
  smartphone, tablet, notebook, desktop pc)
• Grandi sistemi di elaborazione mainframe e
  supercomputer.

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Reti informatiche

• Sono su scala locale, metropolitana o
  sovranazionale.
• LAN, MAN, WAN, GAN
• La rete Globale si estende su tutto il globo
  terrestre, esempi sono
• Internet,
• la rete delle università,
• dei centri di ricerca,
• reti militari.

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La CPU

• Central Processing Unit
• ALU unità aritmetica e logica
• Esegue i calcoli matematico aritmetici, di logica
• Registri
• unità elementari di memoria usate per contenere
  risultati di operazioni in corso e dati
  temporanei.
• CU unità di controllo
• Controlla e gestisce lo spostamento dei dati
  all'interno della CPU
• Clock (temporizzatore)
• Da il tempo a tutte le unità, ad ogni impulso del
  clock viene fatto uno spostamento dati o
  operazione

30
CPU
31
Specifiche della CPU

• Le caratteristiche di una CPU sono
• La velocità del clock
• Il numero di Core cioè di nuclei interni
• Nota bene che
• La velocità varia tra 1GHz e 4 GHz circa
• Ghz significa miliardi di Hz impulsi al secondo.
• I Core sono 1, 2, 4, 6, 8
• Ogni CPU possiede al suo interno più CPU
  collegate a fare il lavoro contemporaneamente.

32
Dual Core o Quad Core
1 2
1 2 3 4
33
8 Core al microscopio
1 2 3 4 5
6 7 8
34
Le memorie

• Una memoria RAM è realizzata su schede di forma
  rettangolare (barrette, dimm) contenenti chip di
  memoria.
• Per avere memorie più grandi
• Uso più chip (4, 8, 16)
• Uso chip più grandi (128MB, 256MB, 512MB)
• Uso più bacchette

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Termini relativi alle memorie

• Chip scheggia di silicio, rettangolino di
  plastica in cui è contenuta memoria elettronica.
• Pin contatti elettronici che le bacchette di ram
  hanno per collegarsi alla scheda madre
• Bit e Byte unita di misura della memoria 1 Byte
  8 Bit
• KB, MB, GB, TB multipli del Byte
• Kb, Mb, Gb, Tb multipli del Bit

36
Unità di misura
1 Byte 8 Bit
1 Kbyte 8 KBit 1024 Byte 8192 bit
1 Mbyte 8 MBit 1024 Kbyte 8192 Kbit
1 Gbyte 8 GBit 1024 Mbyte 8192 Mbit
1 Tbyte 8 TBit 1024 Gbyte 8192 Gbit
37
Ascii estesa

• È una tabella con 256 elementi (ASCII estesa)
  contenente tutti i caratteri alfanumerici, cioè
  numeri, lettere, simboli, punteggiatura, quindi
  anche
• _at_?)(/!çégtlt
• Servono 8 bit per memorizzare informazioni 256
  caratteri

38
Ascii standard

• Ha solo 128 caratteri, in figura una porzione.

39
All'interno della memoria

• È come una griglia ogni quadratino è una cella
  di memoria e contiene una informazione
• Ogni cella può essere di 8bit, 16bit, 32bit,
  64bit ed è anche chiamata parola o word
• Alcune memorie sono a sola lettura cioè non ci
  si può aggiungere altre informazioni o modificare
  le esistenti

cella
cella cella


cella

40
Schema memoria RAM
41
Parametri memorie

• Dimensione parola 8bit, 16bit, 32bit, 64bit
• Capacità della memoria (4GB, 8GB, 16GB)
• Modalità di accesso solo lettura o r/w
• Volatilità alcune memorie funzionano anche se
  non alimentate da corrente, altre no
• Velocità si misura in nano-secondi (access time)
• Frequenza si misura in MHz

42
Indirizzo

• Per trovare un dato in una cella di memoria
  (word) bisogna conoscerne l'indirizzo
• Anche gli indirizzi sono espressi in bit

43
Ram e Rom

• La ROM (readly only memory) è di sola lettura
• La RAM (random access memory) è di scrittura e
  lettura
• Una ROM è ad uso esclusivo dell'hardware (della
  scheda grafica, della mainboard, delle
  periferiche), non è per inserirci dati e ne
  contiene pochi (128Kb, 256MB).
• Questo vuol dire che non si può salvare alcun
  dato in una ROM
• Non è una memoria di massa
• Non è gestita dal sistema operativo

44
Altre memorie

• La memoria CACHE è inserita tra la cpu e la ram
• È più veloce della RAM e quasi quanto il
  processore

45
Operazioni con i numeri binari
46
Somma di numeri binari
Esempio di somma

• Regole della somma
• 000
• 011
• 101
• 110 con riporto di 1
• In rosso sono indicati i riporti

1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1
----------------- 1 1 1 0 0 1
47
Verifica della somma
Convertendo i numeri 101010283242
1111124815 11100118163257 effettivamen
te 421557
1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1
----------------- 1 1 1 0 0 1
48
Sottrazione

• Regole
• 0-00
• 1-01
• 1-10
• 0-11 con prestito da
  sinistra

Esempio 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 -
1 0 1 1 --------------------- 0 1 1 1 1 0 1 0
Quando capita la sottrazione 0-1, si segna 1 come
risultato e si cambiano tutte le cifre a sinistra
fino al simbolo 1
49
Verifica della Sottrazione

• 1000010114128 133 -
• 1011128 11
• 
  
  -----------------------------
• 0111101028163264 122

Esempio 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 -
1 0 1 1 --------------------- 0 1 1 1 1 0 1
0
50
Unità di input

• Elenco delle più importanti unità di inserimento
  dati
• Mouse
• Tastiera
• Touchpad
• Lettore di codici a barre
• Stilo
• Scanner
• Webcam
• Digital camera
• Microfono

51
Unità di output

• Elenco delle più note unità di riproduzione dei
  dati
• Stampante laser, inkjet
• Plotter
• Casse acustiche
• Cuffie
• Monitor / video
• Proiettore

52
Unità input / output

• Alcune unità con funzione doppia di i/o
• Modem
• Touchscreen

53
Osservazioni sulle stampanti

• Le stampanti possono essere di 4 o 5 tipi
  principali
• Inkjet (getto di inchiostro)
• Laser
• A trasferimento termico
• Ad impatto
• Ad aghi
• Gli ultimi due tipi erano molto diffuse fino agli
  anni 1990-2000.

54
Osservazioni sulle stampanti

• Le stampanti ...
• sono dotate di una propria memoria a bordo, più
  ce ne è più pagine riescono a memorizzare per la
  stampa e più veloci sono
• sono dotate di un proprio processore il
  processore elabora le pagine da stampare e le
  trasforma da sequenze di bit in ordini per la
  testina a getto di inchiostro o per il fusore
  della laser.
• si connettono al computer tramite cavo e porta di
  comunicazione. Sono utilizzate la USB e la porta
  di rete
• si connettono via wireless tramite bluetooth o
  wifi

55
Le memorie di massa

• Si chiamano memorie di massa perché
• SERVONO A MEMORIZZARE MASSE DI DATI
• Sono memorie
• Permanenti
• Con elevata capacità
• Talora estraibili o esterne
• Meno veloci delle memorie centrali

56
Memorie di massa

• Elenco delle memorie di massa maggiormente note /
  usate
• Hard disk drive (dischi fissi)
• Solid state drive (dischi a stato solido)
• Masterizzatori DVD
• USB key (pennette)
• Tape o nastri
• Masterizzatori CDROM
• Memorie SD / Compact flash
• Catridge

57
Hard disk drive

• Al suo interno il disco rigido possiede uno o più
  piatti
• I piatti sono di tipo metallico e magnetizzabili
• Un braccio meccanico si sposta sul piatto che
  gira
• Alla punta vi è una elettrocalamita
• L'elettrocalamita magnetizza il piatto
• A seconda della polarità si ha 1 o 0
• Tutto questo è controllato da un controller
  cioè un processore

58
Hard disk drive
59
Hard disk drive
controller
Piatto rotante e testina
60
Piatto del HDD

• Il disco del HDD è di plastica ricoperto di uno
  strato metallico magnetico.
• Quando viene costruito, viene fatta la
  formattazione fisica con la quale si creano
• Tracce (cerchi)
• Settori (spicchi)
• Blocchi

61
Come funziona il HDD

• Per leggere i dati sul disco rigido succede che
• 1 passo posizionamento della testina sulla
  traccia
• 2 passo rotazione del piatto sotto la testina
• 3 passo lettura dei dati sul/sui blocchi.

2
1
62

• Capacità 500GB, 1 TB, 2 TB..... 4TB
• Tempo di accesso
• Seek time ? posizionamento della testina
• Latency ? giro del disco
• Transfer rate ? lettura/scrittura

63
Formattazione

• La formattazione serve a ripulire il disco rigido
  o l'unità di memoria di massa.
• 2 tipi formattazione
• Formattazione fisica
• Formattazione logica

Viene fatta la quando è costruito il
drive Consiste nel creare tracce, settori,
cluster
Serve a creare cartelle e file, ripulisce il
disco da tutti i dati vecchi, cancella ogni tato.
64
Incisione laser DVD - CD
65
DVD e CDrom drive-masterizzatori

• Scrivono su un disco di plastica sparando un
  laser su di esso che lo brucia
• creando buchi (PIT) 1
• oppure non creandoli (LAND) 0

PIT buco LAND piatto
66
Velocità di un CDROM drive

• I primi drive avevano velocità tali da poter
  scrivere/leggere 150KB ogni secondo
• poi le velocità sono raddoppiate, quadruplicate
• Velocità
• 1x 150 KB/sec
• 2x 300 KB/sec
• .......
• 32x 4800 KB/sec 4,69MB/sec
• 48x 7200 KB/sec 7,03 MB/sec

67
HDD vs CDrom

• Velocità a confronto
• 100 MB/sec 10 MB/sec

68
Cassette a nastro magnetico

• Servono per fare il backup dei dati
• Sono cassette con nastro avvolgibile
• Capacità elevata 1TB
• Velocità molto bassa
• Costo basso (15)
• SVANTAGGIO
• La cassetta va avvolta ogni volta fino al
• punto in cui c'è il programma che serve

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Porte ed interfacce
Porta USB trasmette i bit in serie ma ad alta
velocità
Porta seriale trasmettere i bit uno per volta su
un'unica linea ad alta velocità, creata molti
anni fa, è ora in disuso nei computer da ufficio
Porta parallela trasmette più bit per volta (8 o
16 per volta) anche essa è in disuso sui pc per
ufficio, serviva per le stampanti
70
Software
Software Di base Software Applicativo

Sistemi operativi Programmi scritti dall'utente
Driver Tools software
Linguaggi e compilatori Programmi applicativi
71
Release o versioni

• Ogni software viene rilasciato una prima volta e
  poi aggiornato in versioni successive
• Alcune delle versioni di Windows sono
• Windows 3.0
• Windows 95
• Windows 98
• Windows Me
• Windows XP
• Windows 7
• Windows 8

72
I sistemi operativi

• Funzioni del sistema operativo
• Gestione del
• processore,
• memoria centrale,
• memoria di massa,
• periferiche,
• Interfaccia verso l'utente

73
3 tipi di interfaccia utente
A menù
Testuale
Grafica
CLI Command line interface
GUI Grafic user interface
74
Linguaggi di programmazione
75
Licenza software

• Shareware
• software condiviso a tempo o in forma limitata.

Open source software libero e modificabile nel
codice sorgente
Freeware software libero non modificabile