INFORMATICA GENERALE

1. INFORMATICAGENERALE Hardware

2. Sommario • Da dove nasce l’informatica • Un po' di storia dei calcolatori • Computer • Hardware • Software

3. Da dove nasce l’informatica I Nasce dalla confluenza di tre filoni del sapere: • L’algoritmica = disciplina delle “ricette” per risolvere i problemi • L’ingegneria = disciplina del “fare” le macchine • La metamatematica = branca della matematica che si occupa di studiarne le possibilità

4. Da dove nasce l’informatica II • Grazie all’ingegneria elettronica si deve la memorizzazione in bit • Grazie agli algoritmi si riescono a sviluppare macchine più potenti • Grazie alla metamatematica si riescono a scrivere buoni algoritmi.

5. Storia macchine calcolatrici • Un decisivo passo avanti venne compiuto da John Atanasoff, dell'Università dell'Iowa, che progettò, a partire dal 1939, il primo calcolatore automatico elettronico . • Negli anni '50 il primato era dell'ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) di J. Prosper Eckert e John W. Manchy, dell'Università di Pennsylvania. • Tra il 1965 ed il 1975: riduzione degli ingombri, sostituzione delle memorie magnetiche con quelle a semiconduttore e la nascita dei minicomputer. • 1981:: IBM presenta il primo computer da scrivania detto personal computer (PC)

6. PC – Computer – Elaboratore • Un elaboratore è una macchina che, come tutte le macchine, serve per trasformare delle materie prime in prodotti utilizzabili.  Questa trasformazione avviene in tre fasi: • l'immissione della materia prima; • la lavorazione; • l'emissione del prodotto finito. • Informazioni trasformate, elaborate ed organizzate dalla macchina che possiede una estrema velocità e grandi capacità di calcolo e di memorizzazione.

7. PC – Computer – Elaboratore Definizione Macchina capace di eseguire algoritmi che elaborano dati in forma binaria. Il nome completo e’ electronic digital computerdove • electronicsignifica che utilizza componenti elettronici per rappresentare ed elaborare l'informazione • digitalsignifica che rappresenta le informazioni utilizzando segnali digitali (cifre binarie). • computersignifica che può immagazzinare dati (ha una memoria) e elaborare programmi (ha un processore) scritti usando un insieme di istruzioni prefissato.

8. Computer Un computer consta di due componenti: • l’hardware = apparecchiature elettroniche di vario tipo • Il software = insieme delle informazioni che stanno nel computer che servono ad animarlo

9. Computer:::Hardware I Lista dei componenti essenziali: • CPU o processore • Motherboard o scheda madre • RAM o memoria principale • Scheda video • Scheda audio • Hard disk o disco • Lettori Floppy, DVD, CD … • Monitor, mouse, tastiera • Modem, scheda di rete • Lettore Floppy, lettore DVD, lettore CD

10. Architettura dell’elaboratore  Elaborazione dati Processore (Central Processing Unit - CPU) Memorizzazione dati Memoria principale (o RAM) Memoria secondaria (o di massa)  Trasferimento dati Dispositivi di input/output

11. Processore - CPU • Si occupa di eseguire i programmi che sono scritti in linguaggio macchina • I programmi sono fatti di istruzioni elementari (somma due numeri, confronta due numeri, leggi/scrivi dalla memoria) • Le istruzioni possono avere formati diversi Es.

12. Hardware::: Processore Il processore preleva dalla memoria delle istruzioni e le esegue. La potenza di calcolo di un processore e’ data dal tempo che occorre per eseguire le istruzioni. I processori oggi sono composti da un solo microcircuito detto microprocessore.

13. Hardware::: Scheda Madre • Stretto legame con il processore • Durante l’accensione si occupa di inizializzare il sistema e verificare il funzionamento di tutte le periferiche installate • A regime gestisce il traffico delle informazioni tra le varie componenti.

14. Hardware::: RAM • Contenitore di dati • Amesse due operazioni, la lettura e la scrittura • Il nome RandomAccessMemory deriva dal fatto che si può accedere ai dati in qualsiasi posizione si desideri • La RAM e la CPU parlano tra di loro in bit

15. Memoria principale (RAM) • Insieme alla CPU forma l’Unità Centrale di un elaboratore • Conserva i programmi e i dati usati dalla CPU • Sequenza di celle ad ogni cella è associato un indirizzo (un numero progressivo a partire da 0 )

16. RAM caratteristiche • La RAM è veloce per leggere/scrivere una cella ci vuole un tempo di accesso dell’ordine di poche decine di nanosecondi (milionesimi di secondo) • La RAM è volatile è fatta di componenti elettronici, togliendo l’alimentazione si perde tutto • La RAM è (relativamente) costosa • La RAM, fino ad un certo limite, è espandibile

17. Hardware::: Hard Disk • Contenitore di dati • A differenza della RAM non e’ volatile e conserva i dati

18. Hardware::: Schede Audio e Video Piccoli computer che gestiscono le periferiche: video, videoproiettore, casse, microfono …. Hardware::: Monitor Dispositivo tipo “schermo televisivo” che visualizza le informazioni contenute nel PC. I monitor si dividono in CRT (Cathode Ray Tube) LCD (Liquid Crystal Display)

19. Hardware::: Floppy, CD, DVD Gli hard disk contengono una grande quantità di dati ma è impossibile portarseli dietro. Ecco i supporti rimovibili: • Floppy primo supporto ormai desueto (circa 1.5Mb) • Cd supporto per audio, dati … (circa 600Mb in su) • Dvd supporto per audio, dati, video … (circa 20 volte più capace..) • Flash pen , HD portatili

20. A grandi linee Ricapitolando possiamo dire che Il funzionamento di un elaboratore dipende da due fattori principali: • dalla capacità di memorizzare i programmi e i dati [Capacita’ RAM] • dalla capacità di elaborare i dati secondo quanto specificato nelle istruzioni che formano i programmi [Capacita’ CPU]

21. Computer:::Hardware

22. Computer:::Hardware:::Periferiche • Dispositivi di Input / Output • Servono a “comunicare” con il computer • Si collegano alle porte (o interfacce) del computer • Ad alto livello le porte sono le “prese” cui si connettono i dispositivi

23. Input = in ingresso verso il PC Periferiche:::Input • Tastiera • Mouse • Scanner • Microfono • Camera e telecamera digitale

24. Input: la tastiera • È il principale strumento di input ogni volta che l’utente digita un tasto, la tastiera comunica al processore che un carattere è disponibile • Si parla spesso di tastiera QWERTY, nome che deriva dalla disposizione dei primi sei caratteri sulla tastiera. • In Germania le tastiere tedesche vengono chiamate tastiere QWERTZ. • Le tastiere francesi per PC impiegano il layout AZERTY

25. Output = in uscita dal PC Periferiche:::Output • Stampante • Videoterminale • Casse acustiche

26. Output: il video I • Visualizza i dati che l’utente inserisce in input e i risultati delle elaborazioni del calcolatore • E’ una matrice di punti (pixel) illuminati con diversa intensità • La dimensione del video viene misurata in pollici ed e’ la lunghezza della diagonale del video (15 pollici o 17 pollici)

27. Output: il video II La risoluzione del video indica la densità dei pixel sullo schermo

28. Rewind Hardware::: RAM • Contenitore di dati • Ammesse due operazioni, la lettura e la scrittura • Il nome RandomAccessMemory deriva dal fatto che si puo’ accedere ai dati in qualsiasi posizione si desideri • La RAM e la CPU parlano tra di loro in bit Codifica digitale dell’informazione

29. Codifica Digitale Informazione • Il funzionamento di un computer è simile a quello degli interruttori elettrici • On o off • Sistema binario: 0 o 1 • Le informazioni sono codificate in formato binario • Bit (Binary digIT) assume valori 0 o 1 • Byte = sequenza di 8 bit

30. Bit & Byte

31. Tipi di Informazione • Esistono vari tipi di informazione, di natura e forma diversa, così come rappresentazioni diverse della stessa informazione

32. Come rappresentare l’informazione • Si introduce il concetto di codifica codifica Informazione rappresentazione decodifica

33. Codifica - Decodifica X = insieme degli oggetti da rappresentare A = alfabeto di simboli A* = insieme di sequenze costruite su A cod: X => A* decod: A* => X L’insieme X, l’alfabeto A, le funzioni cod e decod formano un Codice

34. Codificabinaria • Nel caso dei sistemi di calcolo è stata introdotta la rappresentazione digitale A = {0, 1} bit (binary digit - cifra binaria): 0 o 1 • Per poter rappresentare le informazioni si usano sequenze di bit A* 00011011, 01010001, ….

35. Codifica dell’informazione • Con 2 bit si codificano 4 informazioni (22) A*= {00, 01, 10, 11} • Con 3 bit si codificano 8 informazioni (23) A*= {000, 010, 100, 001, 011, 110, 101, 111} • ……… • Con N bit si codificano 2Ninformazioni

36. Codifiche Le codifiche che ci interessano: • Codifica dei caratteri • Codifica delle parole • Codifica delle immagini • Codifica dei suoni

37. Codifica dei caratteri Per codificare ogni simbolo dell’alfabeto anglosassone sono sufficienti: • 7 bit (ASCII standard) • 8 bit [1byte] (ASCII esteso) • 16 bit [2byte] (UNICODE) ASCII = American Standard Code for Information Interchange Unicodeassegna un numero univoco a ogni carattere,indipendentemente dalla piattaforma,indipendentemente dall'applicazione,indipendentemente dalla lingua.

38. Codifica UNICODE • Unicode è un’organizzazione che standardizza la rappresentazione del testo in forma elettronica • Unicode permette la rappresentazione dei caratteri di molti alfabeti non latini: arabo, ebraico,cinese, giapponese, coreano, tailandese, ecc, nonché caratteri speciali (matematici, tecnici, frecce, elementi grafici, …).

39. Codifica ASCII

40. Codifica delle parole • Le parole sono sequenze di caratteri e come tali sequenze di sequenze di bit • Esempio: “Franca” diventa 010001100101001001000001 F R A 010011100100001101000001 N C A

41. Codifica delle immagini • Per codificare le immagini in bianco e nero si assegna ad ogni pixel un bit • Per codificare le immagini a colori si assegna ad ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit • Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un solo bit.  se utilizziamo 4 bit possiamo rappresentare 24=16 colori diversi, mentre con 8 bit ne abbiamo 28=256

42. Esempio bianco e nero

43. Codifica dei suoni I • Fisicamente un suono è rappresentato come un’onda che descrive la variazione della pressione dell’aria nel tempo (onda sonora)

44. Codifica dei suoni II • Misurando il valore dell’onda ad intervalli di tempo costanti si ottengono dei valori numerici che possono essere facilmente codificati • Quanto più frequentemente il valore dell’onda viene campionato, tanto più precisa sarà la sua rappresentazione • Il numero di campioni raccolti per ogni secondo definisce la frequenza di campionamento che si misura in Hertz (Hz)

45. Byte

46. Esercizi • Dovendo rappresentare 1.000 informazioni diverse quanti bit mi servono per la codifica? • Quanti byte occupa la parola “mistero” se la si codifica utilizzando il codice ASCII esteso? • Quanti byte occupa un’immagine di 100x100 pixel in bianco e nero?