Informatica

1. Informatica Lezione 6 Scienze e tecniche psicologiche dello sviluppo e dell'educazione Anno accademico: 2005-2006

2. Architettura dei computer • Un computer deve: • elaborare l’informazione • usando il processore (Central Processing Unit - CPU) • memorizzare l’informazione • usando la memoria principale (RAM) • usando la memoria secondaria • fare l’input/output dell’informazione • usando i dispositivi di input/output

3. Componenti principali di un computer Processore Memoria principale Unità centrale Stampante Periferiche del calcolatore Tasteria e monitor Memoria secondaria Periferiche di input/output

4. Memoria secondaria • La memoria principale non basta (è volatile, costosa) • In grado di memorizzare i programmi e i dati in modo permanente • È meno costosa che la memoria principale: le dimensioni della memoria secondaria sono di solito molto maggiori di quelle della memoria principale • I supporti di memoria secondaria sono più lenti rispetto alla memoria principale (presenza di dispositivi meccanici) • Non tutti i supporti di memoria secondaria permettono l’accesso diretto ai dati • Alcuni permettono solo un accesso sequenziale (per esempio, nastri magnetici)

5. Ricordiamo: caricamento del programma • Quando si “lancia” un programma questo viene copiato dalla memoria secondaria (di solito un hard disk) nella memoria principale • Questa operazione si chiama caricamento del programma e viene eseguita dal sistema operativo

6. Ricordiamo: caricamento del programma • I programmi e i dati risiedono nel memoria secondaria • Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale • Il processore è in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi Processore Memoria principale Stampante Memoria secondaria

7. Memoria secondaria • La memoria secondaria deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua si utilizzano tecnologie basate: • sulmagnetismo (tecnologia magnetica) • dischi magnetici (hard disk e floppy disk) • nastri magnetici • sull’uso dei raggi laser (tecnologia ottica) • dischi ottici (CD-ROM, DVD)

8. Caratteristiche della memoria secondaria • La memoria principale permette di indirizzare ogni singola cella (8, 16, 32 o 64 bit) • Mentre nel caso della memoria secondaria le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi (512 byte, 1 KB, 2 KB) • Si riducono le dimensioni degli indirizzi • Si velocizzano le operazioni di lettura e scrittura

9. La memoria magnetica • Sfrutta il fenomeno fisico della polarizzazione • Sul supporto ci sono delle particelle magnetiche • I due diversi tipi di magnetizzazione (positiva e negativa) corrispondono alle unità elementari di informazione (0 e 1) • La testina di lettura/scrittura cambia la polarizzazione

10. I dischi magnetici • I dischi magnetici: sono i supporti di memoria più diffusi • Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video

11. I dischi magnetici • I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una fetta di disco • I settori suddividono ogni traccia in porzioni dette blocchi Traccia Blocco Testina Settore

12. I dischi magnetici • La suddivisione della superificie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione • Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile • Il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri che rappresentano il numero della traccia e il numero del settore

13. I dischi magnetici • I dischi magnetici consentono l’accesso diretto • È possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco (noto il numero della traccia e il numero del settore) • Per effettuare un’operazione di lettura/scrittura la testina deve “raggiungere” il blocco desiderato • Il disco gira; la testina sposta solo in senso radiale

14. I dischi magnetici testina testine piatti piatto briaccio

15. I dischi magnetici • Hard disk: sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria secondaria fisso all’interno del computer • vari GB di memoria • Floppy disk: sono supporti rimovibili • Oggi sono comuni floppy disk da 3,5 pollici di diametro, capacità 1,44 MB

16. I dischi magnetici • Se acquistate un computer e vi dicono che ha un hard disk di 20 GB vi stanno specificando le dimensioni della sua memoria di massa • All’aumentare della capacità di memoria di massa, aumenterà il numero di programmi e documenti che potete conservare nel vostro computer

17. La memoria ottica • Usa il raggio laser e sfrutta la riflessione della luce • Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini • Ogni unità di superficie può essere forata o non forata • L’informazione viene letta guardando la riflessione del raggio laser

18. La memoria ottica 1 0 1 0 0 1 0 0 1

19. La memoria ottica 1 0 0 1

20. I dischi ottici • CD-ROM (CD-ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory): consentono solamente operazioni di lettura • Poiché la scrittura è un’operazione che richiede delle modifiche fisiche del disco • Vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate • CD-R: possono essere scrivibile una sola volta • CD-RW: riscrivibili; basati su più strati di materiale

21. I dischi ottici • Hanno un capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici estraibile • Normalmente 650 MB - 700 MB • Hanno costo inferiore rispetto ai dischi magnetici, sono più affidabili e difficili da rovinare

22. Memory card/USB flash drive • Diffusi in vari formati e con vari nomi (memory card, compact flash, memory pen, memory stick, USB flash drive, USB stick, …) • Nati del mondo delle immagini digitali (per fotocamere e telecamere) come supporto interno estraibile • Medie dimensioni: normalmente 64 MB – 1 GB • USB flash drive, USB stick: utilizzabile sulle porte USB di un personal computer • Più veloce dei floppy disk, e facilmente trasportabili

23. Unità di misura • Floppy disk da 3,5 pollici di diametro, capacità 1.44 MB • Dischetti ad alta capacità, Iomega Zip (100 – 750 MB), LS-120 (120 MB) • Memory card/USB flash drive: 64 MB – 1 GB • Hard disk, vari GB di memoria • CD-ROM, 650 MB - 700 MB • DVD, da 4.7 fino a 17 GB di memoria • Nastri magnetici, usati solo per funzioni di backup

24. Aumenta la capacità memorizzazione byte 100*picosecondi Registri KB Mem. cache nanosecondi Mem. centrale MB 10*nanosecondi Dischi magnetici e/o ottici GB microsecondo/ millisecondi Nastri magnetici >10 GB 10*millisecondi Aumenta la velocità di accesso

25. Architettura dei computer • Un computer deve: • elaborare l’informazione • usando il processore (Central Processing Unit - CPU) • memorizzare l’informazione • usando la memoria principale (RAM) • usando la memoria secondaria • fare l’input/output dell’informazione • usando i dispositivi di input/output

26. Componenti principali di un computer Processore Memoria principale Unità centrale Stampante Periferiche del calcolatore Tasteria e monitor Memoria secondaria Periferiche di input/output

27. I dispositivi di input/output • Per realizzare l’interazione uomo-macchina, sono necessari i dispositivi di input/output • La loro funzione primaria è quella di consentire … • l’immissione dei dati all’interno del computer (input) o • l’uscita dei dati dal computer (output)

28. I dispositivi di input/output • Solitamente hanno limitato autonomia rispetto al processore centrale • Si collegano alle porte (o interfacce) del computer • Ad alto livello le porte sono le “prese” cui si connettono i dispositivi • Ne esistono di tipi diversi a seconda del tipo di collegamento e della velocità di trasmissione (esempio: porta USB)

29. Input: Tastiera Mouse (e altri strumenti di puntamento) Scanner Microfono Macchine fotografia e telecamera digitale Lettori di codici a barre Output: Videoterminale Stampante Casse acustiche I dispositivi di input/output • Input/output: • Touchscreen • Modem

30. I dispositivi di input/output • Operano in modo asincrono rispetto al processore (ne sono “schiavi”) • Si parla di gestione master-slave: è il processore che deve coordinare le attività di tutti i dispositivi • (Input) Il processore non è in grado di prevedere e di controllare il momento in cui un dato di input sarà a disposizione • (Output) Il processore non può prevedere il momento in cui un dispositivo in output avrà terminato di produrre i dati in uscita

31. I dispositivi di input/output • Un dispositivo di input deve avvertire il processore quando un dato di input è disponibile • Un dispositivo di output deve avvertire il processore quando ha terminato di produrre dati in uscita • Al termine di ogni operazione i dispositivi inviano al processore un segnale, detto interrupt, che indica che il dispositivo ha bisogno di attenzione

32. I dispositivi di input/output • Ad ogni ciclo di clock, il processore verifica se sono arrivati dei segnali di interrupt da parte dei dispositivi • Se sono arrivati dei segnali, il processore va ad eseguire le operazioni di gestione dei dispositivi che hanno richiesto l’attenzione • Se non sono arrivati dei segnali, il processore continua ad eseguire il programma corrente