Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni 04... · Una definizione di Informatica L’Informatica è la scienza che si occupa della rappresentazione e dell’elaborazione

Corso di Corso di

Sistemi di Elaborazione Sistemi di Elaborazione

delle Informazionidelle Informazioni

Marco FaldaMarco Falda

Dipartimento di Ingegneria dellDipartimento di Ingegneria dell’’InformazioneInformazione

tel. 049 827 7918tel. 049 827 7918

[email protected]@unipd.it

Sistemi di Elaborazione delle Informazioni - M. Falda, A. A. 2007 - 20082 / 50

Sistemi di Elaborazione delle InformazioniSistemi di Elaborazione delle Informazioni

Rappresentazione delle Informazionitesti, numeri, immagini, suoni

Strumenti per elaborarle: calcolatori elettronici

architettura fisica, logica e di retecenni alla programmazione


TestiTesti

Diapositive sul sito http://www.dei.unipd.it/~hyksos

ConsigliatiL. Console, M. Ribaudo, U. Avalle: “Introduzione all’Informatica – nuova edizione”, UTET, 2005.J. Glenn Brookshear: “Informatica – una panoramica generale”, 9a edizione. Pearson, 2006.


Altre informazioniAltre informazioni

Esame:circa 30 domande a risposta multipla

Ricevimento: su appuntamento


ProgrammaProgramma

Concetti di Base1. Architettura2. Sistemi Operativi3. Reti di Calcolatori4. Codifica dell’Informazione5. Algoritmi, Linguaggi e Programmi


Sovraccarico di informazioniSovraccarico di informazioni

Stiamo producendo l’equivalente di milioni di MB di dati per ogni abitante della Terra

Più del 90% dei dati sono conservati sotto forma digitale nei computer, per risparmiare spazi e risorse rispetto la carta il video e pellicole


Sovraccarico di informazioniSovraccarico di informazioni

Purtroppo non ci sono ancora strumenti completi per accedere a tutta la informazione disponibile

Le informazioni non indicizzate ammontano a più di 500 miliardi di documenti già presenti in Rete, mentre la parte indicizzata è di circa 5 miliardi di documenti con uno sviluppo di milioni di nuove pagine al giorno


Interazione tra uomini e calcolatoriInterazione tra uomini e calcolatori


Compiti dellCompiti dell’’Informatica Medica [N. Informatica Medica [N. LorenziLorenzi]]

Produrre strutture per rappresentare dati e conoscenze

visualizzare relazioni complesse

Sviluppare metodologie per l’acquisizione e la presentazione dei dati

evitare il sovraccarico per l’utilizzatore


Compiti dellCompiti dell’’Informatica Medica [N. Informatica Medica [N. LorenziLorenzi]]

Gestire il cambiamento tra le persone, i processi e la tecnologia dell’informazione

ottimizzare l’utilizzo delle informazioni

Integrare le informazioni da diverse sorgenti in applicazioni

permettere la massima efficacia di utilizzo


Settori di applicazioneSettori di applicazione

Information Technologyamministrazione (appuntamenti, contabilità)applicazioni specialistiche (patologie, farmaci)gestione degli esami medici (digitalizzazione, refertazione assistita)

Telemedicina (telecardiologia, teleradiologia, ...)

Trattamento elettronico delle informazioni scientifiche e della letteratura


Applicazioni avanzateApplicazioni avanzate

Nell’ambito dell’Intelligenza Artificialediagnosi e terapie basate su protocollisistemi esperti per il supporto decisionaleapprendimento automatico

Esempi di utilizzo dell’apprendimento automaticomonitoraggio della farmacoterapiainterpretazione di immagini neuroradiologiche

Concetti di BaseConcetti di Base


Informazione e InformaticaInformazione e Informatica

Il termine deriva dal Francese Information automatique

Il suo principale obiettivo è l’elaborazione dell’informazione in maniera automatica.

l’informazione è l’insieme dei dati forniti dall’ambiente in forma comprensibile e relativi ad un particolare contesto


Una definizione di InformaticaUna definizione di Informatica

L’Informatica è la scienza che si occupa della rappresentazione e dell’elaborazione dell’informazione

importanza dei modelli di rappresentazione (permettono l’automazione)

È limitativo ridurre l’Informatica a mera tecnologia


Strutture Informative di base Strutture Informative di base –– il il bitbit

Etimologia: binary digit = cifra binaria

È l’unità elementare di informazione (0 o 1)alla base anche della codifica fisica


Strutture Informative di base Strutture Informative di base –– il il bytebyte

Una sequenza di 8 bit si definisce byteSi usano spesso i multipli (di potenze di 2)

TTera240

GGiga230

MMega220

KKilo210

Architettura di un CalcolatoreArchitettura di un Calcolatore


Hardware e SoftwareHardware e Software

Hardware: insieme dei dispositivi fisici che costituiscono un calcolatore

Software: insieme dei programmi utilizzati per determinarne le operazioni


Breve storia del CalcolatoreBreve storia del Calcolatore

L’idea di utilizzare dispositivi meccanici per effettuare in modo automatico computazioni risale al ‘600 (Pascal, Leibniz)

Negli anni ‘30 vengono realizzate le prime macchine elettromeccaniche di grandi dimensioni (Zuse in Germania, Mark 1 ad Harvard)

Nel 1946 viene presentato all’Università della Pennsylvania l’ENIAC: il primo elaboratore elettronico digitale a valvole termoioniche (180 mq 180000 valvole 30 tonnellate 300 molt x sec)


Macchina di Macchina di vonvon NeumannNeumann

Ideata negli anni ‘40, è alla base dei moderni calcolatori

Tre componenti: CPU, memoria, periferiche; poste in comunicazione dal bus

Sia i dati sia i programmi sono posti nella memoria

Limiti: operazioni sequenzialiprocessori aggiuntivi, gerarchie di memorie

CPUCPU MemoriaMemoria PeriferichePeriferiche

bus


LL’’UnitUnitàà Centrale di Elaborazione (CPU)Centrale di Elaborazione (CPU)

Controlla i programmi ed esegue le istruzioniControl Unit (CU)Unità Logico-Aritmetica (ALU)registriclock

ALUALU RegistriRegistri CUCU

Dati in ingresso(input o mem. centrale)

Operazioni da eseguire(programma)

Dati in uscita(risultati)


La struttura di un processoreLa struttura di un processore

È formato da milioni di transistor

(165 nel Cell™) racchiusi in uno

o più circuiti integrati detti chipSono “scritti” sul silicio tramite fotolitografia (90nm nel Cell)Sono racchiusi in un package e comunicano tramite piedini (o pin)


Il ciclo Il ciclo ““FetchFetch –– DecodeDecode –– ExecuteExecute””

1. Fetch di un’istruzione2. Decodifica dell’istruzione3. Fetch dei dati4. Esecuzione dell’istruzione5. Restituzione del risultato


Il ciclo Il ciclo ““FetchFetch –– DecodeDecode –– ExecuteExecute””

ADD 800 240 300

43534531500

800

50300

25240

...

...

...

...Ri

Rj

Rk

1500

IR

PC

ADD 800 ...

CPU

4353453

75

25

50

75


CISC / RISCCISC / RISC

Complex Instruction Set Computernumerose istruzioni, complicateprogrammazione più semplicetempo di esecuzione maggioree.g.: Motorola® 6800, Intel® 80x86, Intel® Pentium™

Reduced Instruction Set Computerpoche e semplici istruzioniprogrammazione più complicatapochi cicli di clock per eseguirlee.g.: IBM® PowerPC™, Sun® SPARC™


La Memoria Principale (o centrale)La Memoria Principale (o centrale)

Memoria ad accesso diretto e molto veloce; usata per memorizzare i programmi da eseguire e i relativi dati

TipologieROM (sola lettura)RAM (lettura e scrittura)


La memoria RAMLa memoria RAM

È una memoria volatileda cui la necessità della ROM

Memoria ad accesso casuale (quindi non sequenziale)

Organizzata in celle identificate da un indirizzo

003

004

001

002


La memoria ROMLa memoria ROM

Conserva i dati e i programmi in essa memorizzati anche quando il computer viene spento:

memoria non volatile

Contiene i programmi necessari all’avvio del computer, programmi che devono essere sempre disponibili


La Memoria SecondariaLa Memoria Secondaria

(o di massa)(o di massa)

È una memoria di supporto per memorizzare dati e programmi

permanentementeè più capiente della RAM (meno costosa ma più lenta)

Non è direttamente accessibile al processoresempre attraverso la RAM


Tipologie di Memoria SecondariaTipologie di Memoria Secondaria

Classificabili in base alla tecnologia

magnetiche: disco fisso (, floppy disk)

ottiche: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW

stato solido: penne USB


I dischi fissiI dischi fissi

Sono costituiti da piùpiatti coassiali magnetizzati

5400-7200 rpm

Hanno interfacce standard

EIDE, SCSI, ...


I supporti otticiI supporti ottici

Tecnologia ottica (laser)possono essere riscritti menopiù lenti dei dischi fissi (1x = 1,4 Mbps)

EvoluzioniCD: 700MBDVD: 9GBBlue-Ray: 25 GB


MemoryMemory cardscards

Nascono nell’ambito della fotografia digitalemolti formati: SD, Memory Stick, SmartMedia, ...

Si basano tutte su una memoria Flash (EPROM)

sono state provviste di una porta USBla loro capienza supera il GB, velocità di 15 MBs


La memoria La memoria ““cachecache””

È una memoria temporanea intermedia tra registri e RAM

Può essere interna al processore o esternavari livelli: L1, L2, ...

Aiuta ad aumentare la velocità di accesso ai dati

località spaziale e temporale


La gerarchia di memorieLa gerarchia di memorie

Registri

Cache

RAM

HD

CD, DVD

Nastri

Capacità

crescenteV

eloc

itàe

cost

i cr

esce

nti


Le PerifericheLe Periferiche

Servono a fornire i dati da elaborare al computer e per ottenere da esso i risultati

Sono asincrone rispetto al processorenon si può prevedere quando termineranno l’elaborazione

Per sincronizzarle si usano gli interrupt


Interfacce di ingresso (Interfacce di ingresso (inputinput))

tastiera: inserimento di caratteri e comandimouse, trackball: specifica della posizionescanner, fotocamere: acquisizione di immaginimicrofono: acquisizione di suonimodem: collegamento alla rete


La tastieraLa tastiera

È il principale dispositivo di ingresso

I tasti sono raggruppabili in:tasti alfanumerici: caratteri, numeritasti speciali: INVIO, �, TABfrecce: HOME, FINE, su, giù, ... tasti funzione: F1, F2, ...


Dispositivi di puntamentoDispositivi di puntamento

Si sono sviluppati con le interfacce grafichemouse: a rotellina, otticitrackpointtouchpadschermi sensibili al tatto


Gli Gli scannerscanner

Sono strumenti che permettono di digitalizzare documenti

foto su pellicola possono essere convertite e memorizzate in un computeril testo di documenti cartacei può essere riconosciuto


Interfacce di uscita (Interfacce di uscita (outputoutput))

schermo: visualizzazionestampante, plotter: trasferimento su cartamodem: collegamento alla retecasse acustiche: riproduzione di suonimacchine a controllo numerico: manufatti


Lo schermoLo schermo

Due principali tipologiea “tubo catodico” (CRT)a cristalli liquidi (LCD)


Lo schermoLo schermo

Parametri principalidiagonale (in pollici, 2.54 cm)risoluzione (es. 1024 x 768)profondità di colore (in bit)frequenza (almeno 85Hz nei CRT, fissa negli LCD)


Le stampantiLe stampanti

Tecnologie più comunigetto d’inchiostrolasersublimazione


I busI bus

Sono linee di collegamento tra la CPU, la memoria centrale (bus interni) e le periferiche (bus esterni)

Trasportano indirizzi, dati o segnali di controllo

possono essere usati direttamente dalle periferiche, se liberi, dai controller (DMA)collo di bottiglia dell’architettura di von Neumann


Per costruire un PCPer costruire un PC

Processore: CPU, GPUMemoria principale: RAMMemoria secondaria: disco fissoPeriferiche:

ingresso - tastiera, mouseuscita – monitor, scheda audio, stampante

Scheda Madre: ROM, bus, ...Dispositivi per la connessione ad Internet


Esempio di preventivoEsempio di preventivo

PROCESSORE AMD® Athlon™ 64 X2 Processor 4200+ MEMORIA 1 GB [2 x 512 MB] di memoria DDR2 a doppio canale a 533 MhzUNITÀ DISCO RIGIDO 320GB (7200rpm) Serial ATA Hard Drive with8MB DataBurst cache UNITÀ OTTICHE 16 X DVD +/- RW


Tipologie di CalcolatoriTipologie di Calcolatori

PDA (Personal Digital Assistant)PortatiliPersonal Computer (PC)Network ComputerWorkstationMainframeSupercomputer


Acronimi principaliAcronimi principali

(liquid crystal display)

(cathode ray tube)

(hard drive)

(universal serial bus)

(digital versatile disk)

(compact disk)

(random access memory)

(read only memory)

(central processing unit)

schermo a cristalli liquidiLCDtubo a raggi catodiciCRTunità a disco rigidoHDbus universale serialeUSBdisco digitale versatileDVDdisco compattoCD

memoria ad accesso casualeRAMmemoria di sola letturaROMunità di elaborazione centraleCPU

Documents

Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni 04... · Una definizione di Informatica L’Informatica è la scienza che si occupa della rappresentazione e dell’elaborazione