Elementi di Informatica Per lEconomia (EIPE) Lezione I : 12/11/2007 1 1.Lezioni 2° periodo, dal 12/11/2007 al 15/12/2007. Eventuale recupero 17-22/12/2007

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Elementi di Informatica Per l’Economia (EIPE)

1. Lezioni 2° periodo, dal 12/11/2007 al 15/12/2007 . Eventuale recupero 17-22/12/2007. Primi appelli Esame dal 07/01/2008 al 16/02/2008.

2. Svolgimento lezioni Corso Sd-Z (Venezia):• Lunedì – Martedì 12.15-13.45 S.Marta 2• Mercoledì 12.15-13.45 Aula ex Cinema Italia 1

3. 30 ore accademiche (15 lezioni) + eventuali recuperi

4. Docente del corso Fasano Giovanni (…io!!)• [email protected]• Telefono +39-0412346932• Dip. Matematica Applicata, Ca' Dolfin - Dorsoduro 3825/E - 30123 Venezia• http://caronte.dma.unive.it/~fasano• Ricevimento dopo la lezione + eventuale appuntamento da concordare

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5. Pagina web del corso http://caronte.dma.unive.it/info• Elenco docenti con orari lezioni• Materiale didattico• Prototipo testo d’esame• Modalità esame

6. Modalità esame: 2 prove distinte• elaborato scritto da inviare via web, corrispondente alla soluzione del compito di

esame, scaricato dalla pagina web del corso (dirò meglio in seguito)• orale in cui si discute lo scritto + domande sul programma (dirò meglio in seguito)

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Il funzionamento di ogni computer richiede la combinazione di due componenti, tra loro fortemente interconnesse: HARDWARE e SOFTWARE

•HARDWARE: letteralmente ‘ferraglia’, costituisce tutto ciò che nel computer ha consistenza materiale, è cioè il supporto fisico del computer

•SOFTWARE: neologismo coniato per indicare ciò che non è catalogabile come hardware nel computer. E’ l’insieme dei dati e dei programmi che vengonoelaborati/eseguiti/spostati nella circuiteria dell’hardware. Naturalmente il softwaredeve essere scritto nel linguaggio binario 0-1, ovvero le ‘parole’ di questo linguaggioSono sequenze (stringhe) di 0-1, che l’hardware è in grado di leggere.Per esigenze di chiarezza ed efficienza realizzativa, il software è scritto in modostratificato: un’istruzione viene tradotta in software di livello 1, questo a sua volta ètradotto in software di livello 2, etc. finche l’ultimo linguaggio è composto solo dasequenze 0-1 (le uniche “realmente leggibili” dall’hardware). Sono possibili anche decine di livelli di software in un normale PC (è come se un’istruzione complessa richiedesse di essere tradotta in una sequenza di 10-20 linguaggi diversi, l’ultimo dei quali però è il binario)

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Architettura di un computer: l’ Hardware

Contiene programmi e dati da elaborare

CPU (Central Processing Unit), “cervello” del computer

Periferiche: monitor, tastiera, CD,DVD, stampante, mouse, etc.

Contenitore esterno (case)(macchina di Von Newmann)

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Le componenti interne di un computer moderno sono connesse ad un dispositivonoto come Scheda Madre (Motherboard)

Alloggiamento microprocessorecontenente una o più CPU

Alloggiamenti ‘slot’ di memoria

Alloggiamenti schede di periferiche

Sulla scheda madre si trova anche il “programma” BIOS (Basic Input Output System), che si occupadi svolgere le prime operazioni di ‘inizializzazione’ quando si accende il computer (controllo periferiche, controllo memoria, etc.)

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•Il processore sulla scheda madre svolge le operazioni “cadenzandole” ad una certa frequenza (…come il comando dato ai rematori di una canoa). Attuali frequenze in uso ~ 3-4 Ghz (10243 cicli al secondo)

•All’aumentare della frequenza aumenta anche il calore dissipato:

•La scheda madre va raffreddata mediante ventole (~ 60-70 °C)

•La scheda madre e tutte le periferiche nel case sono alimentate mediante un opportuno trasformatore di tensione (da 220 V~ a circa 5 V)

frequenzaWdissipata

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•La CPU contiene un unico frammento di silicio (circa 2x2cm2) che ha proprietà di semiconduttore (proprietà intermedie tra un conduttore ed un isolante). Il silicio viene “drogato” con impurità ed il movimento nel silicio di tale impurità consente di ‘veicolare’ l’informazione.

•La CPU svolge sia operazioni di calcolo (operazioni ‘nobili’) sia operazioni di spostamento/controllo/interrogazione (operazioni ‘elementari’). Per queste ultime operazioni la CPU è coadiuvata dai controller delle periferiche e da circuiti di supporto.

•La CPU è tipicamente la parte di hardware che è possibile far lavorare a frequenza maggiore (3-4 Ghz). Come vedremo, la RAM ed il BUS tipicamente raggiungono frequenze di lavoro intorno ai 400 Mhz.

esempio dipackage di CPU

esempio di CPUdual core

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1950: ~103 operazioni aritmetiche al secondo (flops)(un’intera stanza)

2007: ~109 operazioni aritmetiche al secondo (flops)(un’intera…scrivania)

2007: ~1015 operazioni aritmetiche al secondo (flops)(un’intera stanza)

1984: ~106 operazioni aritmetiche al secondo (flops)(un tavolino)

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•RAM (Random Access Memory): volatile (si cancella allo spegnimento della macchina). Ora ~1-4 Gbyte in un PC

•ROM (Read Only Memory): non volatile e contiene programmi e dati vitali per la macchina (BIOS, etc.)

•Cache: è una piccola RAM molto veloce per operazioni specializzate (scambio dati tra CPU e RAM, all’interno delle CPU dual/quad-core, etc.)

La memoria in un generico computer domestico (PC Personal Computer) è una sequenza di celle contenenti dati-informazioni. Ciascuna cella contiene 8 –byte- (oppure 16 o 32) interruttori (bit) ai quali associamo rispettivamente “0” o “1”. Il contenuto di due celle di memoria differisce se anche solo un bit differisce tra le due. Ogni serie di 8 bit viene definita byte e codifica un carattere/numero.

byte byte

cella di memoria

bits

MEMORIA

......

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BUS: “trasporta” dati sotto forma di bit, scambiati tra le varie componenti del PC.Aprendo il PC il BUS è una “piattina” di 15-20 fili

Microprocessore

Memoria

tastiera, mouse, etc.

monitor, stampante, etc.

periferica XXX

periferiche

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•RAM (Random Access Memory): Letteralmente è la Memoria ad Accesso Casuale, nel senso che ciascun byte può essere indirizzato (scritto/letto) conoscendone la posizione (indirizzo). La RAM è volatile ma richiede meno tempo per accedervi (10-8 sec.) rispetto alla ROM. E’ tipicamente venduta in banchi di dimensione non inferiore a 256 Mbyte. In un PC vi sono 1-4 Gbyte di RAM. Si noti che una RAM troppo piccola determina difficoltà ad eseguire programmi (poichè la RAM è usata per contenere/scambiare dati elaborati dal PC). Le prime RAM erano realizzate mediante l’uso di nuclei di ferrite e funzionavano sui principi dell’elettromagnetismo (Legge di Faraday-Newman-Lenz)

•STAMPANTE: Le stampanti costituiscono un dispositivo lento essendoci una componente meccanica. Le prime stampanti erano B/N ed utilizzavano una matrice di aghi (9 o 24) per scrivere caratteri e simboli. Ora le stampanti usano due tecnologie (entrambe B/N e COLORI):

•getto di inchiostro (l’inchiostro è prelevato da cartucce ed espulso elettronicamente attraverso minuscoli ugelli), realizzando una risoluzione di circa 400x400 DPI (Dot Per Inch); •laser, in cui un laser viene usato per distribuire (elettrostaticamente) un materiale termosensibile (toner) su un foglio, per poi fissarlo per scioglimento sul foglio stesso.

RAM a nuclei di ferrite,tempi di accesso ~10-3 sec. banco di RAM

tempi di accesso ~10-8 sec

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•MONITOR: consente la visualizzazione dell’output. Ciascun punto sullo schermo (pixel) viene acceso/spento creando ogni possibile simbolo. Nei monitor a tubo catodico tradizionali, un fascio (raster) di elettroni provvede ad accendere il pixel. Nei monitor LCD (Liquid Crystal Display) un segnale elettrico pilotato da circuiti provvede all’accensione. Il monitor viene controllato da una Scheda Video

•ALTOPARLANTI: possono essere integrati al case del PC oppure esterni. Sono controllate da una Scheda Audio, che sgrava il microprocessore da molte operazioni non di calcolo. Il suono registrato dal vivo viene preventivamente digitalizzato (convertito in sequenza 0/1) mediante campionatori e poi elaborato

monitor LCD

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•HARD DISK: Detto anche disco rigido, consente di immagazzinare dati in grande quantità (tipiche dimensioni nei PC 100-400 Gbyte). Memoria non volatile, dimensioni 10-20 cm. E’ costituita da una serie di dischi sovrapposti non flessibili (da qui il nome), su cui i dati vengono prelevati/depositati mediante un braccio elettro-meccanico, pilotato da un controller. I dischi ruotano a velocità standard di circa 3500-7200 giri/minuto. I dati sono organizzati in unità logiche definite files (archivi)

•FLOPPY DISK driver: è ormai una periferica poco usata. Era sostanzialmente un lettore di disco flessibile sul quale veniva spalmato del materiale ferromagnetico. Questo veniva magnetizzato per registrare i dati (…come il nastro di una videocassetta). Era disponibile nei formati da 8, 5 e 3.5 pollici (ordine in cui sono apparsi storicamente), con capienze fino a 2Mbyte

dischi sovrapposti

braccio elettro-meccanico

controller

floppy disk drivers floppy disk

fessura per laregistrazione dati

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•TASTIERA: anche la tastiera è vista come una periferica dal PC, connessa al BUS. Si noti che è una periferica “lenta” ed il microprocessore passa molto tempo ad interrogarla per verificare se l’operatore ha digitato un tasto. Ce n’è una diversa per ogni (…o quasi) linguaggio parlato. Può essere connessa al BUS mediante filo o wireless (in quest’ultimo caso l’unità di trasmiss./ricez. wireless è la “vera” periferica del PC)

•CD-ROM, DVD: Sono unità opto-elettroniche (non è presente materiale ferromagnetico), in cui i dati vengono letti/scritti mediante un laser a bassa potenza (5 mW). I CD (Compact Disk) hanno capienze fino a 700Mbyte e sono scritti con la tecnica pit-land su una spirale, da un solo lato del disco. I DVD (Digital Versatile Disk) possono essere letti/scritti su entrambi i lati, con capacità da 4.7- 9 Gbyte

tastiera

tastierino numerico

cavo per connessioneAl PC

CD e DVD presentano Sostanzialmente le stessedimensioni

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•PEN DRIVE: si tratta di una memoria cosiddetta flash (EEPROM) non volatile molto costosa fin a 7-8 anni fa. Consente d memorizzare fino a 16 Gbyte di dati ed ha sostanzialmente soppiantato il lettore di floppy disk. E’ una periferica esterna che si allaccia al BUS mediante porta USB. Ha tempi di accesso superiori rispetto a quelli della RAM.

•MOUSE: Ha costituito l’evoluzione della tastiera ed ha rivoluzionato il modo di inserire dati nel PC. Ne esistono di elettromeccanici (…con un’odiosa pallina che rotolando cambia la posizione del cursore sullo schermo), opto-elettronici (un diodo laser sostituisce la pallina), collegabili mediante cavi o sistemi WiFi e bluetooth

circa 4-5 cm

classico mouse optomeccanicocollegato mediante cavo

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guida per l’avanzamento della fila di diodi LED

•SCANNER: è una periferica che sostanzialmente fotografa un documento e lo trasforma in un file. Il file viene generato utilizzando una fila di diodi LED (Light Emitting Diode) che passando sopra i caratteri/immagini ne rilevano ombreggiature e colori. Utilizza spesso programmi di OCR (Optical Character Recognition), per riconoscere automaticamente caratteri e/o simboli

•USB, Firewire, BLUETOOTH, Wi-Fi, …: costituiscono quattro modalità diverse di collegamento delle periferiche al PC. Le prime due sono interfacce standard che consentono di arrivare a velocità di scambio dati pari a 480 Mbit/sec. Le tecnologie Bluetooth a Wi-Fi consentono il collegamento via radio (usano stesse frequenze ma gestite diversamente) tra periferiche e PC e si basano sull’uso della modulazione per le onde radio. Il Bluetooth consente una connessione fin a circa 10-15m, mentre il Wi-Fi può coprire distanze maggiori ed è più veloce (standard 802.11 a,b,g), ma richiede un hardware più costoso. Ormai hanno soppiantato l’uso delle porte parallela e seriale presenti nei PC non recentissimi

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