1 Introduzione ai calcolatori Parte I Informazione Digitale Hardware

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Introduzione ai calcolatori

Parte IInformazione Digitale

Hardware

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L’era del digitale

Calcolatore memorizzazione di informazioni elaborazione di informazioni

Precondizione: rappresentare in una forma gestibile dal calcolatore diversi tipi di informazione (convenzione)

Codifica digitale

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L’era del digitale (2)

informazione rappresentazionedigitale

codifica

decodifica

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Linguaggio digitale

Linguaggio con 2 soli simboli (spesso 0 e 1) BIT (Binary digiT)

Frasi: aggregazioni o sequenze di 0 e 1

È possibile codificare ogni tipo di informazione testo immagini suoni

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Linguaggio digitale (2)

N informazioni differenti Codificabili in digitale con sequenze di

lunghezza M se 2M N

Esempio 3 informazioni diverse A, B e C sequenze di lunghezza 2 associazione convenzionale alle

informazioni00 A 10 C01 B 11

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Codifica digitale: simboli

Nel linguaggio scritto (incluse lettere accentate, ...), ci sono circa 180 simboli

Sono necessarie sequenze lunghe 8 bit per codificarli BYTE (1 byte = 8 bit)

Codifica standard ASCII (a 8 bit, 256 simboli) Es: a 00110010

Codifica UNICODE (a 16 bit, 65536 simboli)

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Un testo è formato dalla sequenza dei codici dei simboli che lo costituiscono

Codifica digitale: testi

il po -->

01101001 01101100 00000000 01110000 01101111

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Codifica digitale: immagini L’immagine viene suddivisa mediante una

griglia di pixel (risoluzione)

Si definisce il numero di colori che si vogliono distinguere

Si codifica in digitale ogni colore 256 colori --> 8 bit 16 milioni di colori --> 24 bit (codifica RGB)

Ad ogni pixel si associa il codice del colore

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Codifica digitale: immagini (2)

1 1

1 1 1 1

10

0

0

0

0 0 0 00

0 0

0

00

0 0

00

0

001 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28

2 colori bianco: 0, nero: 1

0000000011110001100000100000

un codice per ogni pixel

codifica digitale dell’immagine = sequenza dei suoi pixel

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Codifica digitale: immagini (3)

Rappresentazione approssimata risoluzione numero di colori

1 1

1 1 1 1

1

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Codifica digitale: immagini (4)

Formati BMP GIF Compressione: JPEG

non è necessario codificare tutto, basta saper ricostruire l’immagine

si memorizzano solo alcuni pixel (alcune righe o colonne)

gli altri pixel vengono ricostruiti per interpolazione

Immagini in movimento Digitalizzazione di fotogrammi Compressione: MPEG, differenza tra fotogrammi

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Codifica digitale: suoni

Suono: onda sonora Campionamento Digitalizzazione del valore del campione

Frequenza di campionamento: es 44KHz Bit per campione: es 16 bit Formati compressi: es mp3

t t

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Indipendentemente dall’informazione di partenza si ottiene sempre una sequenza di bit

Codifica digitale

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Architettura di un PC

4 componenti principali

processorememoria principalememoria secondariadispositivi di I/0

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Memoria principale

Contiene Programmi in esecuzione (software di

sistema, applicativi utente) Dati

Caratteristiche Dimensioni: Megabyte (da 64 in su) Velocità di accesso: 60 nanosecondi Volatile Espandibilità (slot di espansione)

NB: 1 nanosecondo corrisponde ad un miliardersimo di secondo

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Memoria principale (2)

1 Kilobyte = 2 byte = 1024 byte

1 Megabyte = 2 Kilobyte, circa 1.000.000 di byte

1 Gigabyte = 2 Megabyte, circa 1.000.000.000 di byte

1 Terabyte = 2 Gigabyte

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10

10

10

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…………………..

000011110101010101010100001100100

1

2

N

si accede ad una cellanoto il suo indirizzo

Memoria principale (3)

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Processore

Elabora le informazioni contenute nella memoria principale

I calcolatori attuali sono basati sul modello matematico di Von Neumann (anni ’30) Il processore esegue ciclicamente le istruzioni

scritte in linguaggio macchina Il programma e i dati sono nella memoria

principale Il processore, ad ogni ciclo di esecuzione

recupera la prossima istruzione dalla memoria

la esegue

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Processore (2)

Il processore esegue una istruzione ad ogni ciclo di

clock velocità di esecuzioni misurata in MHz

(tempo di clock)

Esistono diversi tipi di processori con diversi insiemi di istruzioni (macchina) Es. Pentium, Pentium III, Celeron, Sparc,

…

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Memoria secondaria

Diversi tipi con caratteristiche diverse Hard disk (HD)

supporto magnetico contiene dati e programmi di sistema e

utente installati sul PC usato per la memoria virtuale dimensioni: Gigabyte (da 6 in su)

Floppy disk (FD) supporto magnetico usato per scambio di dati dimensioni ridotte: 1.44 Megabyte

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Memoria secondaria (2)

CD Rom supporto ottico contiene dati e programmi (usato per la

distribuzione di SW e grandi masse di dati) dimensioni: 650 Megabyte generalmente unità di sola lettura masterizzatori per la scrittura (1 o più

volte)

DVD variante più recente dimensioni: 3-4 Gigabyte

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Memoria secondaria (3)

Nastri e cassette usati per backup

ZIP come i floppy disk ma con dimensioni

maggiori (100 Megabyte e 2 Gigabyte)

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Memoria secondaria (4)

Dimensioni Nastri > HD > DVD > CD Rom > ZIP >

FD

Velocità HD > CD DVD > FD > ZIP > Nastri

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Interfacce

Parallela Seriale USB SCSI

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Dispositivi di Input/Output

Video Tastiera Mouse Stampanti Scanner Modem Schede audio/video Schede di rete …

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Caratteristiche comuni

Gestiti dal processore (sistema operativo)

Lavorano in modo asincrono rispetto al processore

Driver di gestione Fornito su CD o FD con dispositivo Deve essere installato

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Video

Caratteristiche Dimensioni (1 pollice=2.54 cm) Risoluzione (in pixel): 800x600 … 1600x1200 Frequenza di refresh

Tecnologia Tradizionali (tubo catodico) TFT (matrice attiva): portatili e ora anche per

PC STN (matrice passiva): portatili

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Tastiera e mouse

Tastiera Diverse per diverse nazioni Tasti funzione

Mouse 1, 2 o 3 tasti Ottici o meccanici

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Stampanti

Caratteristiche Risoluzione: DPI (dot per inch) Velocità: numero di pagine al minuto

Diverse tecnologie (prestazioni e costi) Laser Getto di inchiostro Aghi

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Scanner

Per acquisizione di immagini

Caratteristiche Risoluzione Velocità

Software di gestione Acquisizione in diversi formati OCR

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Modem e schede di rete

Modem Collegamento del PC alla linea

telefonica Caratteristiche

velocità: Kilobit al secondo esterni o interni

Schede di rete Collegamento del PC alla rete locale Velocità: 10-100 Megabit al secondo