RIASSUNTO La codifica delle informazionirossano/DIDATTICA/suism-0102/lezione4.pdfLa codifica delle informazioni u Rappresentazione dell’informazione all’interno di un calcolatore

RIASSUNTOLa codifica delle informazioniu Rappresentazione dell’informazione all’interno

di un calcolatore– codifica caratteri (codice ASCII)– codifica numeri interi (rappresentazione in base 2)– codifica delle immagini (rappresentazione di pixel)

RIASSUNTOStruttura di un computer

Unità dicontrollo

Unità diuscita

Unità diingresso

Unità logicoaritmetica

Memoriaperiferica

Memoriacentrale (RAM)

PROCESSORE

Informatica Generale

RIASSUNTOLa memoria centraleu Fornisce la capacità di “memorizzare” le

informazioni (sotto forma di bit)u Le operazioni che si possono effettuare

sulla memoria sono le operazioni di lettura e scrittura di informazioni nelle celle

u Le dimensioni della memoria: nei computer attuali le dimensioni tipiche della memoria centrale vanno dagli 64 MB a 1 GB


RIASSUNTOLa memoria centraleu Un altro aspetto che caratterizza la memoria è il

tempo di accesso (tempo necessario per leggero o scrivere un’informazione in una cella): ordine dei nanosecondi (miliardesimi di secondo)

u La memoria centrale perde ogni suo contenuto quando si interrompe l’alimentazione elettrica. Questa caratteristica viene chiamata volatilità


Tipi di memoria RAMu DRAM (Dynamic RAM) il contenuto viene

memorizzato per pochissimo tempo per cui deve essere aggiornato centinaia di volte al secondo (FPM, EDO, SDRAM, RDRAM)

u SRAM (Static RAM) veloce e costosa, non deve essere aggiornata come le DRAM. Viene usata per le memorie cache

u VRAM (Video RAM) usata per la memorizzazione di oggetti grafici sullo schermo

Struttura di un computer

Unità dicontrollo

Unità diuscita

Unità diingresso


Memoriaperiferica


PROCESSORE


Il Processore u Il processore (detto anche CPU, ovvero,

Central Processing Unit) è il componente che fornisce la capacità di elaborazione delle informazioni contenute nella memoria centrale

u L’elaborazione avviene in accordo a sequenze di istruzioni (istruzioni macchina)


Il Processoreu Nella maggior parte dei computer sia il programma

che i dati (le informazioni da elaborare) devono essere caricati in memoria centrale

u La memoria contiene quindi almeno due tipi di informazioni:– la sequenza di istruzioni che devono essere

eseguite dal processore;– l’insieme di dati (informazioni) su cui tali

istruzioni operanou Il processore è costituito da varie componenti che

svolgono compiti differenti


Il Processore: l’unità di controllo

u L’Unità di Controllo (UC) si occupa di coordinare le diverse attività che vengono svolte all’interno del processore

u Il processore svolge la sua attività in modo ciclico: ad ogni ciclo corrisponde l’esecuzione di una istruzione macchina

u Ad ogni ciclo vengono svolte diverse attività controllate e coordinate dalla UC

Ciclo di esecuzioneu si legge (carica) dalla memoria centrale la

prossima istruzione da eseguire;u si decodifica l’istruzione e si leggono

(caricano) eventuali dati (informazioni) dalla memoria

u si esegue l’istruzione (compito dell’ALU)u si memorizza un eventuale risultato

(informazione elaborata) in memoria


Il Processore: l’unità di controllou La frequenza con cui vengono eseguiti i cicli di

esecuzione è scandita da una componente detta clock

u Ad ogni impulso di clock la UC esegue un ciclo di esecuzione di istruzioni macchina

u La velocità di elaborazione di un processore dipende dalla frequenza del suo clock

u I processori attuali hanno valori di frequenza di clock che variano tra i 500 MHz e 1,5 GHz (tra 500 e 1500 milioni di impulsi al secondo)


Il Processore:l’Unità Aritmetico-Logica

u L'Unità Aritmetico-Logica (ALU) è costituita da un insieme di circuiti in grado di svolgere le operazioni di tipo aritmetico e logico

u La ALU legge i dati prelevati dalla memoria centrale, esegue le operazioni e memorizza il risultato

u Ad esempio, vi sono circuiti in grado di eseguire la somma di due numeri binari contenuti, circuiti in grado di eseguire il confronto tra due numeri


Il busu Problema: collegare le varie componenti

(fisicamente separate) di un calcolatore, ad esempio, processore e memoria centrale

u Collegare ogni componente a tutte le altre (costoso se ho molte componenti separate)

u Usare un unico collegamento condivisou Bus di sistema: insieme di collegamenti in rame

che connette tutti i componenti di un’architettura


Interazione tra processore e memoria

PROCESSORE

MEMORIA CENTRALE

UC ALU

BUS

CLOCK


Stato dell’arte per PCu Processori INTEL della famiglia Pentium

– Pentium III (con frequenze di clock di oltre 1GHz)

– Pentium IV (ottimale con RAM di tipo RDRAM)

Struttura di un computer

Unità dicontrollo

Unità diuscita

Unità diingresso


Memoriaperiferica


PROCESSORE


La memoria perifericau La memoria centrale non può essere troppo grande a causa

del suo costo elevatou Non consente la memorizzazione permanente dei dati

(volatilità)u Per questi motivi nell’architettura di un calcolatore sono

stati introdotti due tipi di memoria:– Memoria centrale veloce, volatile, di dimensioni

relativamente piccole;– Memoria periferica, più lenta e meno costosa, con

capacità di memorizzazione maggiore ed in grado di memorizzare i dati in forma permanente


La memoria perifericau La memoria periferica viene utilizzata per

mantenere tutti i programmi e tutti i dati che possono essere utilizzati dal computer

u La memoria periferica viene anche detta memoria di massa

u Quando si vuole eseguire un certo programma, questo dovrà essere copiato dalla memoria di massa a quella centrale (caricamento)


La memoria perifericau I supporti di memoria di massa sono molto più

lenti rispetto alla memoria centrale (presenza di dispositivi meccanici)

u Le memorie di massa hanno capacità di memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di quelle delle tipiche memorie principali

La memoria perifericau Il processore non può utilizzare

direttamente la memoria di massa per l'elaborazione dei dati

u Il programma in esecuzione deve essere in memoria centrale e quindi le informazioni devono essere trasferite dalla memoria periferica a quella centrale ogni volta che servono


La memoria perifericau Nel caso della memoria centrale si ha sempre

l'accesso diretto ai dati, nel caso della memoria periferica solo alcuni supporti consentono l'accesso diretto mentre altri supporti permettono solo l'accesso sequenziale

u La memoria centrale consente di indirizzare il singolo byte di informazione, nelle memorie di massa le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi, di solito da 1 KByte in su


La memoria perifericau La memoria periferica deve avere capacità di

memorizzazione permanente e quindi per la sua realizzazione si utilizzano tecnologie basate sul magnetismo (dischi e nastri magnetici) o tecnologie basate sull'uso dei raggi laser (dischi ottici)

u La magnetizzazione è permanente fino a quando non viene modificata per effetto di un agente esterno

u I due diversi tipi di magnetizzazione corrispondono alle due unità fondamentali di informazione (bit)


La memoria periferica:I dischi magnetici

u I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria periferica più diffusi

u Sono dei supporti di plastica o vinile, su cui è depositato del materiale magnetizzabile

u Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video

u Entrambi i lati di un disco possono essere sfruttati per memorizzare le informazioni


La memoria periferica:i dischi magnetici

u I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una “fetta” di disco. I settori suddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi (o record fisici)

TracciaSettore

BloccoTestina



u La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione

u Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile in un disco magnetico e il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri che rappresentano il numero della traccia e il numero del settore

u I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in quanto è possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco senza dover leggere quelli precedenti



u Per effettuare un'operazione di lettura (scrittura) su un blocco è necessario che la testina raggiunga l'indirizzo desiderato (la testina è ferma ed è il disco che si muove)

u Il tempo di accesso alle informazioni sul disco è dato dalla somma di tre tempi dovuti a:– spostamento della testina in senso radiale fino a raggiungere la

traccia desiderata (seek time);– attesa che il settore desiderato si trovi a passare sotto la testina;

tale tempo dipende dalla velocità di rotazione del disco (latency time);

– tempo di lettura vero e proprio dell'informazione



u Una classificazione dei dischi magnetici è quella che distingue tra hard disk e floppy disk

u Gli hard disk sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria periferica fisso all'interno dell'elaboratore

u Sono generalmente racchiusi in contenitori sigillati in modo da evitare qualunque contatto con la polvere

u I dischi rigidi hanno capacità di memorizzazione elevata, si va da dischi da circa 512 MByte per i personal computer più obsoleti, fino a dischi da alcune decine di GByte



u I floppy disk (dischetti flessibili) sono supporti rimovibiliu Ogni elaboratore è dotato di almeno una unità di lettura-

scrittura detta drive, all'interno della quale l'utente può inserire i propri dischetti

u I floppy disk sono di materiale plastico e ricoperti da un piccolo stato di sostanza magnetizzabile

u I tempi di accesso sono più alti di quelli dei dischi rigidi u Oggi sono comuni floppy disk da 3.5" (capacità di

memorizzazione dai 500 KByte ai due MByte)


La memoria periferica:i dischi ottici

u Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente differenti e sono basate sull'uso di raggi laser

u Il raggio laser è un particolare tipo di raggio luminoso estremamente focalizzato che può essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte

u Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini


0 1 1 1 0

FONTE LUMINOSA



u Ogni unità di superficie può essere forata o non forata e questo corrisponde ai due diversi tipi di informazione elementare (bit)– L'informazione contenuta su un'unità di superficie può

essere letta guardando la riflessione del raggio laser proiettato sulla superficie stessa

– Aggregazioni di informazioni possono essere ottenute dividendo una superficie di grandi dimensioni in molte unità elementari, ognuna delle quali rappresenta un singolo bit



u I dischi ottici sono basati sull’uso di un raggio laser per operazioni di lettura

u Quasi tutte le unità per dischi ottici consentono solamente operazioni di lettura poiché la scrittura è un'operazione complicata, che richiede delle modifiche fisiche del disco (CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory).

u Quando le unità consentono la scrittura, i dischi ottici generalmente possono essere scritti una sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono durante la fase di scrittura sono irreversibili (CD WORM ovvero Compact Disk Write Once Read Many). Si usa un masterizzatore.



u I dischi ottici vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate

u I dischi ottici hanno una capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici ma sono più lenti

u Le dimensioni tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi vanno dai 500 MByte in su, fino a uno o più GByte

u I dischi ottici hanno costo inferiore e sono molto più affidabili e difficili da rovinare


u DVD (Digital Versatile Disk) o (Digital Video Disk)

u Capacità di 4,7GB (in continuo aumento)u Il lettore DVD costa poco più di un lettore

CDROM e legge anche i CDROMu DVD-R scrivibili solo una voltau DVD-RAM leggibili e scrivibili

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