Informatica

1. Informatica Lezione 6 Scienze e tecniche psicologiche dello sviluppo e dell'educazione (laurea triennale) Anno accademico: 2007-2008

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 Tastiera 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

5. Memoria secondaria • 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)

6. Ricordiamo: caricamento del programma • All’aumentare della capacità di memoria di massa, aumenterà il numero di programmi e documenti che potete conservare nel vostro computer • 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

7. 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

8. Memoria secondaria • La memoria secondaria deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua si utilizzano principalmente 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) • sulla memoria flash (memoria elettronica allo stato solido) • USB memory card

9. 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 (da 512 byte a 4 KB) • Si riducono le dimensioni degli indirizzi • Si velocizzano le operazioni di lettura e scrittura

10. 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 rileva (e, nell’operazione di scrittura, può cambiare) la polarizzazione

11. 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 • Le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video

12. 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

13. I dischi magnetici • La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione • Tutti i blocchi contengono la stessa quantità di informazione, indipendentemente dalla loro posizione sul disco • La tracce adiacenti e i settori consecutivi sono separati da una parte vuote (gap) • 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

14. 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) I dischi magnetici • Per effettuare un’operazione di lettura/scrittura la testina deve “raggiungere” il blocco desiderato • Il disco gira; la testina sposta solo in senso radiale • Seek time (o tempo di ricerca): il tempo necessario per posizionare la testina sulla traccia richiesta • Latenza di rotazione: è il tempo per arrivare al settore cercato (dato che la traccia è raggiunta) • Tempo complessivo per il trasferimento dei dati: tempo di la lettura/scrittura + seek time + latenza di rotazione

15. I dischi magnetici testina testine piatti piatto briaccio

16. I dischi magnetici • Hard disk (disco rigido/fisso): sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria secondaria fisso all’interno del computer • Vari GB di memoria (normalmente >40 GB) • Circa 5000 – 10.000 giri al minuto • Floppy disk (dischetti flessibili): sono supporti rimovibili • Un solo disco, da 3,5 pollici di diametro, capacità 1,44 MB • Circa 300 giri al minuto

17. 1 0 0 1 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. I dischi ottici • CD: • CD-ROM (CD-ROM ovvero Compact Disc 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

20. I dischi ottici • DVD (Digital Versatile Disc): più capace e veloce del normali CD • Sviluppati per le immagini di “standard” TV (a 768 × 576 pixel) • DVD a doppio strato: un strato sotto l’altro; il primo strato è realizzato in materiale semi-trasparenti • Blu-Ray e HD-DVD: sviluppati per le immagini digitali di alta risoluzione (a 1920 x 1080 pixel)

21. I dischi ottici • I dati non sono organizzati in tracce e settori: • Invece, sono organizzati in un spirale dal centro del disco alla periferia • Accesso sequenziale, non diretto • Hanno un capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici estraibile • CD: normalmente 650 MB - 800 MB • DVD: normalmente 4.7 (singola faccia, singolo strato), 8.5 GB (singola faccia, doppio strato), fino a 17 GB (doppia faccia, doppio strato) • Blu-Ray: 25 GB per strato • HD-DVD: 15 GB per strato • Hanno costo inferiore rispetto ai dischi magnetici, sono più affidabili e difficili da rovinare

22. Chiavi USB/USB flash drive • Memoria flash: riscrivibile ma non volatile • Diffusi in vari formati e con vari nomi (chiavi USB, 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 • Dimensioni: normalmente 64 MB – 8 GB • USB flash drive, USB stick: utilizzabile sulle porte USB di un personal computer • Più veloce dei floppy disk, e facilmente trasportabili • Anche usati nei Personal Digital Assistants (PDA), i lettori MP3

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) • Chiavi USB/USB flash drive: 64 MB – 8 GB • Hard disk, vari GB di memoria • CD-ROM, 650 MB - 800 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 Tastiera 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 • Si collegano alle porte 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,porta 1394) USB

29. CPU Interfaccia RAM dati indirizzi controllo I dispositivi di input/output • Le porte fanno parte di schede, che sono dispositivi interno al case (invulcro) del computer, e che sono connesse direttamente al bus • Insieme, le porte e le schede di input/output realizzano l’interfaccia tra il bus e l’esterno

30. I dispositivi di input/output • Trasmissione tra interfaccia e periferica può essere: • Seriale: un bit viene trasmesso per volta • Parallela: più bit vengono trasmesso contemporaneamente • Nuovi standard di connessione seriale: • USB (Universal Serial Bus) • FireWire (standard IEEE 1394) • Veloce (possono superare 400 Megabit per secondo), utilizzati comunemente • Collegamenti seriali wireless (senza fili): • Per esempio, Bluetooth, basato su onde radio (circa 16 Megabit per secondo)

31. 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

32. I dispositivi di input/output • Solitamente hanno limitato autonomia rispetto al processore centrale • Operano in modo asincrono rispetto al processore (ne sono “schiavi” del processore) • 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

33. 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

34. 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

35. I dispositivi di input • La tastiera: il principale strumento di input • Ogni volta che l’utente digita un tasto, la tastiera “avverte” il processore che un carattere è disponibile • Non ha capacità di elaborazione • Un dispositivo di input cieco, nel senso che l’utente non può vedere i dati immessi • La tastiera è utilizzata insieme ad un dispositivo di output su cui vengono visualizzate le informazioni fornite tramite tastiera • La tastiera e il dispositivo di output non sono direttamente collegati tra loro

36. I dispositivi di input • Il mouse: un dispositivo di puntamento • Una freccia (o un altro simbolo) indica la posizione del mouse sul video e lo spostamento del mouse sul tavolo viene comunicato al processore, che produce lo spostamento corrispondente della freccia(/simbolo) sul video • Una volta raggiunta la posizione desiderata, premendo uno dei pulsanti del mouse si genera un segnale in input che può corrispondere a diverse funzioni • Come la tastiera: è “cieco”, non ha capacita di elaborazione

37. I dispositivi di output • Il video: visualizza i dati che l’utente inserisce in input e i risultati delle elaborazioni del calcolatore • Un video può essere visto come una matrice di punti (pixel) illuminati con diversa intensità • La dimensione del video viene misurata in pollici (lunghezza della diagonale del video) • Portatile: 12 ai 15 pollici • Desktop: 15 ai 17 pollici • Professionali: 17 ai 21 pollici

38. I dispositivi di output • Il video:ci sono due tipi di monitor • Cathode ray tube • Liquid crystal display • Scheda video: • Scheda che converte le informazioni di output del processore in un segnale video che viene inviato tramite un cavo al monitor • L’immagine che vediamo sul video (opportunamente codificata) viene memorizzata in una memoria specializzata detta memoria video (VRAM) (risiede sulla scheda video) • Esistono schede video con accelerazione 2D oppure 3D: hanno la capacità di elaborazione

39. I dispositivi di input/output • Scheda audio: • Scheda che converte una segnale audio digitale in un segnale audio analogico, riprodotti dai altoparlanti del computer • Equipaggiato con un convertitore digitale-analogico • Normalmente, le schede audio anche possono ricevere input (per esempio, da un microfono), che viene trasformato in un segnale digitale (la scheda è equipaggiato con un convertitore analogico-digitale) • Touchscreen: • L’utente interagisce con il computer toccando lo schermo (per esempio, ai sportelli bancomat)

40. Hardware: un esempio • Videogioco 1: requisiti minimi di sistema • Scheda acceleratrice 3D con 32 MB di memoria • Processore Pentium III o Athlon a 800 MHz o superiore • 256 MB di RAM • 2,0 GB di spazio non compresso su disco (più 75 MB per le partite salvate) • Videogioco 2: requisiti minimi di sistema • CPU: 1,3 GHz • Memoria: 256 MB di RAM • Scheda video: 64 MB di RAM • Spazio libero sul disco rigido: 2 GB • Scheda audio: a 16 bit, compatibile con Sound Blaster

41. Classi di computer • Personal computer/elaboratori desktop (da scrivania): costo variabile • Portatili: simili ai personal ma hanno dimensioni molto ridotte: costo variabile • Palmari: di dimensioni ridotte; si usano tenendoli nel palmo della mano • Micro e mini computer: multi-utente; potenza di calcolo e costo > quello dei personal • …

42. Classi di computer • … • Workstation: per uso personale, ma prestazione > quella dei personal • Mainframe: potenza > mini • Supercalcolatori: potenza > mainframe • Elaboratori paralleli: computer dotati di più processori che svolgono diversi compiti simultaneamente