Appunti di INFORMATICA DI

BASE

PARTE 1: come è fatto un PCPARTE 2: struttura del sistema e codifica delle informazioni

Il PC é una macchina programmabile utilizzata per coadiuvare l’uomo. Essa assume funzioni in ragione di un insieme di istruzioni (il programma) che la guidano nell’espletamento dei compiti

Macchina: non “entità oscura”, ma creazione umana…Programmabile: una stessa macchina può eseguire compiti diversi purché dotata di opportuni programmi

E’ composto da:

COS’ È IL PERSONAL COMPUTER

• Hardware Costituito dalle componenti fisiche, elettroniche e meccaniche del computer

• Software Costituito dall’insieme di istruzioni e programmi che permettono al computer di funzionare

Riceve dei panni (i dati) e li tratta in modo diverso a seconda del programma prescelto fornendo diversi risultati (non necessariamente giusti…)Non abbiamo bisogno di una lavatrice per la seta e di una per il cotone (basta cambiare programma)

Con il PC non abbiamo bisogno di macchina da scrivere, fax, impianto stereo, calcolatrice...Un unico PC può eseguire tutti questi compiti purché si scelga il programma adatto

La lavatrice è una macchina programmabile

Come si seleziona il programma in un PC? (non ruotando una manopola…)Come si forniscono i dati alla macchina? (non aprendo uno sportello)Come si leggono i risultati delle elaborazioni?

Per rispondere a queste domande dobbiamo avere un’idea di come è fatto e come funziona un PCIn particolare, ci sarà utile capire di che natura sono le informazioni che può elaborare

Domande:

COME E’ FATTO UN PC

HARDWARE

Schema funzionale mette in evidenza le parti di cui è composto un computer (Unità funzionale: insieme di apparecchiature che svolgono un’unica funzione)

Unità di input

Unità di Memoria Centrale

Unità di Output

Central Processing Unit (CPU)

Control Unit

Arithmetic Logic Unit

insieme di apparecchiature che permettono al computer di acquisire dati dall’esterno

apparecchiature che permettono di comunicare all’esterno i risultati delle elaborazioni

contiene i dati in arrivo dalle unità di input, i dati inviati verso le unità di output, i risultati intermedi, i programmi per le elaborazioni da effettuare

svolge le elaborazioni e coordina il lavoro delle altre unità

parte della CPU adibita al coordinamento del lavoro: interpreta le istruzioni del programma da eseguire, manda segnali di controllo alle altre unità e trasferisce i dati da elaborare

ha il compito di effettuare le operazioni richieste

SOFTWARE

Un computer senza software non può assolvere ad alcun compito

Le funzioni svolte dal software dipendono dalla sua tipologia

Software di base

Software applicativo

programmi per l’utilizzo e la manutenzione del computer

programmi per l’utilizzo specifico del computer in un determinato campo

SOFTWARE DI BASERiunisce tutti gli strumenti che consentono al computer di operare. Il software di base per eccellenza è il Sistema Operativo

Serve per poter gestire e mettere a disposizione dell’utente l’insieme delle risorse di cui si compone l’HW

A seconda di come il SO dialoga con l’utente (interfaccia utenteinterfaccia utente), esso puo’ essere:

Compiti :

controllo corretto funzionamento di ogni componente

gestione errori

gestione memorizzazione informazioni

gestione vie di comunicazione nelle reti supporto SW applicativo compatibile

Command Line

Graphic User Interface (GUI)

l’interfaccia è scarna e l’utente deve conoscere i comandi permessi e la loro sintassi (Es: MS-DOS)tutti i programmi e le funzioni sono mostrate sullo schermo mediante simboli immediatamente riconoscibili (icone), ll’approccio è intuitivo e facile da gestire (Es: Windows)

SOFTWARE APPLICATIVO

Categoria che raggruppa le applicazioni d’interesse generale (Es: elaborazione di testi) ed i programmi più settoriali (Es: programmi di contabilità)

Qui rientra anche il SW utilizzato nell’automazione del lavoro di ufficio ((office automation):

Elaborazione di testiFogli di calcolo

Database

Programmi di presentazione

La grande flessibilità del personal computer deriva dal fatto che coesistono

queste due componenti:una materiale e una logica

HARDWARE: la macchinaSOFTWARE: le istruzioni, i programmi

Una METAFORA musicale:

• l’hardware è lo strumento

• il software è la partitura

• l’informazione elaborata è la musica

eseguita

Unità centrale (UC / Case)contiene i componenti elettronici fondamentali per il funzionamento del computer

Periferichedispositivi che consentono al PC di comunicare con l’esterno. Sono di INPUT e OUTPUT

Se osserviamo la scatola ...

interruttorelettore CD drive per floppy disktasto di RESET… masterizzatore… lettore DVDcavo di alimentazioneporte di comunicazione

interruttorecavo di alimentazionecavo di collegamento con UCpulsanti di regolazione

Se osserviamo il monitor ...

COMPONENTI DEL PC

Se osserviamo la parte dove si collegano le PERIFERICHE …

Sulla parte posteriore dell’UC sono disposti degli ingressi, le PORTE, in cui inserire i connettori dei cavi che collegano le periferiche: in genere sono contrassegnati da simboli

• porta per la tastiera• porta parallela per la stampante LPT1• porte seriali per il mouse ed il modem COM1 e COM2• porta video VGA• ingressi e uscite audio• porta joystick o MIDI• prese USB

COMPONENTI DEL PC

Scheda madre: MOTHERBOARDComponente principale su cui si innestano tutti gli altriE’ un grosso circuito stampato rettangolare che contiene:

• MICROPROCESSORE (CPU)

• MEMORIA RAM

• CIRCUITI CHE COLLEGANO LE ALTRE MEMORIE

• SCHEDE PER IL CONTROLLO DELLE PERIFERICHE

COSA C’E’ DENTRO?

Il microprocessore (CPU: central processing unit) è la parte più importante del PCE’ un circuito miniaturizzato che controlla e dirige ogni attività del computer

Diviso in 2 parti:1- unità di controllo: controlla le informazioni inserite e le rende “comprensibili” agli altri componenti2- unità aritmetico-logica: esegue tutte le operazioni che le vengono passate dall’unità di controllo

IL CERVELLO DEL COMPUTER

IL CERVELLO DEL COMPUTER

BUSGli impulsi elettrici sulla scheda madre viaggiano su piste di rame. Il BUS di sistema è definito da un valore che misura il numero di bit di informazioni che possono essere trasferite contemporaneamente. Una volta erano 16 poi 64, 128 bit.Se la CPU è il “cervello”, i bus rappresentano il “sistema nervoso” della scheda madreVELOCITÀ DEL MICROPROCESSORELe operazioni della CPU sono temporizzate da un cronometro (clock), la cui frequenza viene misurata in milioni di cicli al secondo (megahertz - MHz)Da 4,77 MHz delle prime CPU siamo arrivati a 1500 MHz (1,5 gigahertz GHz)

AUTOSTRADE PER I DATI

MEMORIA CENTRALE

Si tratta della memoria di lavoro della CPU. I programmi, per essere eseguiti, devono essere presenti in memoria centrale, così come i dati per l’elaborazione

È gestita dalla CPU: la CPU accede in memoria per prelevare programmi da eseguire e dati da elaborareÈ limitata: la quantità massima di memoria installabile in un computer dipende dalla potenza della CPU stessaÈ volatile: le informazioni contenute in essa si perdono facilmente. Questo è legato alla programmabilità del computer: il contenuto della memoria è facilmente modificabile, così da poter eseguire diversi programmi in minor tempo

MEMORIA CENTRALE

In un computer la memoria centrale è di due tipi:

Memoria volatile in cui si può sia leggere che scrivere. È questo il posto dove vengono conservati dati e programmi

Memoria a sola lettura. Non è flessibile in quanto non si possono cambiare i dati inseriti durante la produzione. Utilizzata dal costruttore dell'HW per inserire il programma ed i dati di avvio

RAM ROMRandom Access Memory Read Only Memory

MEMORIE DI MASSAI dati e i programmi conservati nelle memorie di massa non possono essere immediatamente utilizzabili, ma il loro contenuto deve essere ricopiato in memoria centrale.

Dischetti

CD ROM

DVD

Hard disk

Hanno capacità massima di 1.44 MB, sono facilmente trasportabili e vengono comunemente utilizzati per  registrare copie di riserva e per trasportare dati da un computer all'altroCon capacità di 700 MB, utili per la distribuzione di grandi quantità di dati, soprattutto quelli che includono immagini, suoni e testo, come enciclopedie o corsi multimediali.Grazie alla diminuzione dei costi dei masterizzatori (apparecchiature per la scrittura di CD-ROM), anche i CD-ROM vengono utilizzati per conservare copie di riserva di dati e programmi, così come avviene coi dischetti

CD con capacità fino a 17 GB per software e interi filmati

Hanno dimensioni notevolmente superiori, capaci di memorizzare decine di GB. Sono molto veloci sia in lettura che in scrittura e vengono utilizzati come deposito di dati su cui lavorare.

E’ una specie di computer nel computer (ha un suo processore, e una sua memoria RAM e ROM). Permette la visualizzazione delle immagini attraverso il monitor.

Il monitor visualizza le immagini dividendo lo schermo in migliaia di piccoli quadratini colorati, i PIXEL che sono così vicini l’uno all’altro da apparire uniti

Il numero di bit utilizzati per rappresentare ogni pixel determina il n° di colori che possono essere visualizzati sullo schermo:

8 bit (1 byte) = 256 colori16 bit (2 byte) = 65536 colori24 bit (3 byte per pixel) = 16 milioni di colori (true color)

SCHEDA VIDEO

RISOLUZIONE: è la qualità dell’immagine sullo schermo che dipende

a) dal numero di pixel sull’asse orizzontale e su quello verticale

(lo standard attuale può essere: 640 righe x 480 colonne; 800 x 600; 1280 x 1024 )

b) dal numero di colori visualizzati contemporaneamente sullo schermo

(quantità di bit utilizzati per rappresentare ogni pixel: 8; 16 o 24)

SCHEDA VIDEO

MOUSE: periferica di INPUTpulsante sx: seleziona icone, bottoni, lancia applicazionipulsante dx: attiva menu di scelta rapida, visualizza proprietà di un oggetto (puntatore, fare clic, doppio clic, selezionare, trascinare)TRACKBALL: è un mouse rovesciato dove lo spostamento del cursore sullo schermo è determinato dai movimenti impressi a una pallina con la mano TOUCHPAD: è il mouse dei portatili. Scorrendo il dito sulla superficie si controlla il movimento del puntatore

TASTIERA: periferica di INPUTtastierino numerico, tasti alfanumerici (lettere e numeri 0 -9 ), tasti punteggiatura, tasti speciali (tasti funzione, tasti di controllo, tasti freccia): ALT, BACKSPACE, BARRA INVERSA ( \ back slash), BLOC NUM, CANC, CRTL, ESC, INVIO, INS, CAPS LOCK, SHIFT, ALTGR PRINT SCREEN, TAB

PERIFERICHE

MONITOR: periferica di OUTPUTMaggiore è la frequenza più nitida e stabile è l’immagine (frequenza di refresh 120 HZ significa che l’immagine viene ridisegnata 120 volte al secondo)La dimensione, come per le TV, è misurata in base alla lunghezza della diagonale, in pollici (14, 15, 17, 19, 21 pollici)- a tubo catodico (detti video CRT)- a cristalli liquidi ( detti LCD)

STAMPANTE: periferica di OUTPUT- a getto di inchiostro (b/n e a colori),- laser (b/n), - ad aghi.La qualità di stampa dipende dalla risoluzione che si misura in DPI (dot x inch: punti per pollice).

PERIFERICHE

MODEM: periferica di INPUT - OUTPUTTrasforma i dati digitali in onde elettroacustiche (MODulation) per farli viaggiare sui cavi telefonici.Converte le onde elettroacustiche (DEModulation) nel formato digitale che può essere elaborato dal computer. La velocità dipende dal n° di bit di dati che può trasmettere in un secondo (56 Kbps = 56 Kilobit per secondo)SCANNER : periferica di INPUTè un “fotocopiatore” che permette di copiare nel PC testi e/o immagini stampati su carta.La risoluzione dello scanner si misura in DPI

PERIFERICHE

MACCHINA FOTOGRAFICA DIGITALE: periferica di INPUTPermette di acquisire immagini digitali

CASSE ACUSTICHE: periferica di OUTPUT

LETTORE CD ROM e/o MASTERIZZATORE : periferica di INPUT e/o OUTPUT

FLOPPY DISK (A): periferica di INPUT-OUTPUT

LETTORE DVD: periferica di INPUT

HARD DISK (C): periferica di INPUT-OUTPUT

MICROFONO: periferica di INPUT

PERIFERICHE

Quattro fasi:• Caricamento del programma (“ruotiamo la

manopola”)– le istruzioni vengono trasferite dalle memorie magnetiche (o memorie di massa) alla RAM

• Caricamento dei dati (“riempiamo il cestello”)– i dati vengono trasferiti dalla tastiera o dalle memorie di massa alla RAM

• Elaborazione dei dati (“lavaggio”)– la CPU legge le istruzioni dalla RAM e le esegue sui dati contenuti anch’essi nella RAM

• Output (“svuotiamo il cestello”)– la CPU invia i risultati al monitor o ad altre periferiche di output (stampanti, hard disk, casse acustiche, monitor, dischetti,…)

FUNZIONAMENTO DEL PC

Il computer è programmabile: come fa a funzionare prima di aver caricato il programma?In altre parole, chi gestisce le fasi 1 e 2 ? (Chi carica il cestello e ruota la manopola?)Queste operazioni (input/output di base) vengono gestite da un programma particolare, detto sistema operativoQuesto programma è l’unico che non dovete caricare voi, perché si carica da sé durante la fase di bootstrap e rimane sempre presente in memoriaSono sistemi operativi (o “ambienti”) DOS, LINUX, e naturalmente … WINDOWS

FUNZIONAMENTO DEL PC

Per approfondire questi concetti relativi ai programmi e all’uso che se ne fa è essenziale capire di che natura sono i dati e le istruzioni che il PC può elaborareIl processore è costituito da un insieme di transistor (interruttori), dispositivi elettronici che possono lasciar transitare o interrompere un flusso di correnteDi conseguenza, il PC è in grado di “comprendere” un linguaggio costituito da un insieme di segnali positivi e negativi (aperto/chiuso)Per questo motivo il PC viene definito come macchina digitale che usa una codifica binaria…DIGITALE è la traduzione (infelice) dell’aggettivo inglese digital. Digital deriva da digit, che in inglese significa cifra

IL LINGUAGGIO DEL PC

RAPPRESENTAZIONE DEI DATI

Principio di funzionamento del computer è basato sulla logica binaria: opera con dati espressi utilizzando 2 stati. Es: luce spenta ed accesa, assenza e presenza di corrente, oppure interruttore aperto e chiuso

Un singolo interruttore o bit (BInary digiTBInary digiT) può assumere 2 stati. Per convenzione i valori sono:

0 interruttore aperto

1 interruttore chiuso

L’unità minima di informazione nel computer è un insieme di 8 bit: 1 byte = 8bit

RAPPRESENTAZIONE DEI DATI

Per rappresentare più dati, occorre considerare come unità di informazione un gruppo di bit. Es: per rappresentare le prime 4 lettere dell’alfabeto si può usare una coppia di bit

00 lettera A

01 lettera B

10 lettera C

11 lettera D

Ad ogni insieme di 8 bit corrisponde un carattere dell’alfabeto, un simbolo di punteggiatura, una cifra, fino alla rappresentazione di 256 caratteri

I dati presenti in memoria centrale sono rappresentati come sequenze di byte

La capacità di memoria del computer si misura quindi in byte e nei suoi multipli:

1 kilobyte (KB) = 1024 byte 1 megabyte (MB) = 1024 KB 1 gigabyte (GB) = 1024 MB 1 terabyte(TB) = 1024 GB

Codice ASCII

Non è difficile immaginare una codifica per la digitalizzazione dei testi

Le lettere dell’alfabeto sono 24, considerando le maiuscole si arriva a 48, con i segni diacritici (accenti, cediglie, tilde,…) arriviamo a un’ottantina, con i segni di interpunzione rimaniamo sotto il centinaio

E’ possibile associare ad ogni carattere (lettera minuscola, lettera maiuscola, vocale accentata, segno di interpunzione,…) un numero per trasferirlo al calcolatore (codifica dei caratteri).

Esiste una codifica standard che si chiama ASCII: American Standard Code for Information Interchange, che utilizza un codice a 8 bit (28 = da 0 a 255 codici )

CODIFICA DELLE INFORMAZIONI

Esempio di codifica ASCII

• Il testo:

• “Tradotto” (cioè cifrato) in ASCII (utilizzando tre cifre per ogni numero; ad es.: 005, 046, 114, …) diventa:

078 101 108 000 109 101 122 122 111 000 100 101 108 000 099 097109 109 105 110 000 100 105 000 110 111 115 116 114 097 000...

01001110 01100101 01101100 00000000 01101101 01100101 0111101001111010 01101111 00000000 01100100 01100101 01101100 ...

E rappresentato in aritmetica binaria (un byte per lettera) diventa (limitandoci alle prime tre parole dell’originale):