2.2 Informatica1 Uni Fe L.P

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1Luigi Puzone © Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 2.2 Hardware e Software

ing. Luigi Puzone

Hardware e Software

Informatica 1


Nella lezione scorsa abbiamo visto i seguenti concetti di base

• Dati e informazioni e loro ciclo di elaborazione

• Hardware e Software

• Tipologie di computer

• Analogico e digitale

Riepilogo…

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Dati e informazioni

• Un dato è ciò che è immediatamente presente alla conoscenza (può essere, ad esempio, una misura)

• Una sua elaborazione può portare alla conoscenza di una informazione.


Ciclo di elaborazione dell’Informazione

(Informatica di base 3ed. – Curtin D.P. et al – McGrawHill)

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…Hardware ®

Hardwarele parti fisiche della macchina, I componenti elettronici e meccanici del computer e delle periferiche.

Scheda MadreMouseTastieraVideoStampante…………


Software,

l’insieme di programmi che consentono alla macchina

di funzionare e svolgono le funzioni richieste dall’utente:

Il Sistema OperativoProgrammi applicativi:

Office AutomationCalcoloGraficaMultimedia………

e Software… ®

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Computer

L’elaboratore, il computer può essere visto come una macchina che svolge automaticamente una funzione ben precisa: l’elaborazione dei dati.

L’automatismo avviene tramite il passaggio di energia elettrica attraverso i circuiti e i componenti elettronici del computer


Tipologie di computer…

Indipendentemente dalla loro tipologia i computer sono caratterizzati da:

Capacità di svolgere uno o più compiti

Capacità di calcolo

Capacità di memorizzazione

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Tipologie di computer

• Supercomputer (architetture parallele)

• Mainframe

• Server (cenni ai server Blade e il grid computing)

• Workstation

• Desktop

• Notebook

• Tablet PC

• Network computer

• Palmari

• Smartphone


Segnali analogici

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Segnali digitali


Bit

Il bit (binary digit)

• è l’unità minima di informazione che può essere memorizzata,

• può assumere solo due stati

– non passa corrente, passa corrente

– due valori 0 e 1

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Bit

Il bit (binary digit), è l’unità minima di informazione che può essere memorizzata, e può assumere solo due stati (non passa, passa corrente) e quindi due valori (0 e 1). Per rappresentare un entità significativa (numero, lettera, simbolo, etc.) sono necessari più bit, raggruppati generalmente in configurazioni multiple dette parole o word.


Bit e Byte

• La lunghezza della parola può essere diversa da macchina a macchina e può variare da un minimo di 8 bit (byte), procedendo per multipli: 16, 32, 64 bit, etc.


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Grandezze: Bit, Byte, KB, MB, TB …

Il byte 8 bit (byte), viene utilizzato per indicare la capacità della memoria.

I multipli sono:

•Kilobyte (Kbyte o KB) = 1024 byte;

•Megabyte (Mbyte o MB) = 1024Kilobyte

•Gigabyte (Gbyte o GB) = 1024Megabyte;

•Terabyte (Tbyte o TB) = 1024Gigabyte


…Grandezze: Bit, Byte, KB, MB, TB


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…Sistemi numerici…Sistema binario

Il sistema numerico che usa soltanto le due cifre 0 e 1 è denominato

sistema binario

Tutti i dati trattati da un elaboratore sono rappresentati, per motivazioni tecnologiche, in termini di sequenze di cifre binarie.


…Sistemi numerici…sistema decimale vs binario

• All’interno di un elaboratore tutti i dati possono essere rappresentati in termini di presenza o assenza di corrente elettrica o meglio da due valori di tensione elettrica differenti corrispondenti a due cifre:

0 1

• Il sistema di numerazione decimale si basa su dieci cifre

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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…Sistemi numerici…concetto di codifica

L’informazione elementare trattata da un elaboratore è espressa in termini di numeri binari. Se, ad esempio, pensassimo di voler rappre-sentare “direttamente” in un elaboratore le cifre da 0 a 9 dovremmo utilizzare circuiti, piuttosto complessi da progettare e realiz-zare, che siano in grado di distinguere almeno 9 segnali diversi fra loro. Se pensiamo anche alla necessità di rappresentare anche i caratteri a-z, A-Z e i segni di punteggiatura…


…Sistemi numerici…Cifre, stringhe di cifre

Ad esempio:

139e

1001001

sono rappresentazioni di numeri mediante stringhe di cifre

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…Sistemi numerici…sistemi di numerazione posizionali

La rappresentazione di numeri mediante stringhe di cifre è detta:

sistema di numerazione posizionale


…Sistemi numerici…Sistema di numerazione posizionale

Ingredienti di un sistema di numerazione posizionale:

una base di numerazione b

alcune cifre aj

un alfabeto di simboli A

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…Sistemi numerici…Numerazione posizionale

In un sistema di numerazione “posizionale” di base (o radice) b (dove b è un numero intero maggiore di 1) si utilizza un certo numero di cifre aj (con valore minore di b) appartenenti a un alfabeto di simboli A.


…Sistemi numerici…Numerazione posizionale

Ciascun numero N sarà quindi rappresentato attraverso una stringa di cifre del tipo:

(N)b = as as-1 as-2 ……a1 a0 a-1 a-2 ……a-k

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…Sistemi numerici…Numerazioni posizionali

Il valore del numero N

(N)b = as as-1 as-2 ……a1 a0 a-1 a-2 ……a-k

sarà dato dal polinomio:

V(N)=as bs+as-1bs-1+ …a1b+ a0+ a-1 b

-1+a-2b-2+ …a-kb

-k

In una rappresentazione posizionale ciascuna cifra ajè moltiplicata per il “peso” b dipendente dalla sua posizione nella stringa.


…Sistemi numerici…Esempio di numerazione posizionale: La Numerazione Decimale…

Ad esempio:

2134,25

Per evidenziare che è espresso in base 10 viene scritto nella forma che segue:

2134,2510il suo valore è:

2 � 103 + 1 � 102 + 3 � 101 + 4 � 100 + 2 � 10-1 + 5 � 10-2

Nella rappresentazione in base 10 si usano 10 cifre ed esse sono:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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2 � 103 + 1 � 102 + 3 � 101 + 4 � 100 + 2 � 10-1 + 5 � 10-2

…Sistemi numerici……Esempio di numerazione posizionale: La Numerazione Decimale

centinaia decine unitàmigliaia decimi centesimi


…Sistemi numerici…Esempio di numerazione posizionale: La Numerazione Ottale

Ad esempio il numero in base 8


2 � 83 + 1 � 82 + 3 � 81 + 4 � 80 + 2 � 8-1 + 5 � 8-2 (*)

Se ne deduce anche che nella rappresentazione in base 8 si usano 8 cifre:

0 1 2 3 4 5 6 7

(*) corrisponde al numero decimale: 1116,328125

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…Sistemi numerici…Numerazioni posizionali: Esadecimale vs Decimale

Un’altra rappresentazione significativa è quella in base 16. il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base 16 è pari a 16. Per rappresentare le prime 10 cifre posso usare le cifre decimali (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9) ma per le altre?…prendo “in prestito” le lettere dell’alfabeto latino e quindi avrò:

(10)10 = (A)16 ; (11)10 = (B)16 ; (12)10 = (C)16

(13)10 = (D)16 ; (14)10 = (E)16 ; (15)10 = (F)16


…Sistemi numerici…Esempio di numerazione posizionale: La Numerazione Decimale

Ad esempio:

A1F7

Per evidenziare che è espresso in base 16 viene scritto nella forma che segue:

A1F716

il suo valore è:

10 � 163 + 1 � 162 + 15 � 161 + 7 � 160

Se ne deduce anche che nella rappresentazione in base 16 si usano i 16 simboli:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

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…Sistemi numerici…Esempio di numerazione posizionale: La Numerazione Binaria

Il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base b è pari a bIl numero di cifre (o simboli) in una numerazione binaria (ossia in base 2) è pari a 2 ed è costituito dalle cifre

0 1Per cui il numero

11001010ha come “valore”:

1�27+ 1�26+ 0�25+ 0�24+ 1�23+ 0�22+ 1�21+ 0�20


…Sistemi numerici…Numerazioni posizionali: Esadecimale vs Decimale vs Ottale vs Binaria

Il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base b è pari a b

Il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base 16 è pari a 16 ed è costituito dalle cifre (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)

Il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base 10 è pari a 10 ed è costituito dalle cifre (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)

Il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base 8 è pari a 8 ed è costituito dalle cifre (0,1,2,3,4,5,6,7)

Il numero di cifre (o simboli) in una rappresentazione in base 2 è pari a 2 ed è costituito dalle cifre (0,1)

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Tabella di confronto:

binario esadecimale decimale ottale0000 = 0 = 0 = 0 0001 = 1 = 1 = 10010 = 2 = 2 = 20011 = 3 = 3 = 30100 = 4 = 4 = 40101 = 5 = 5 = 50110 = 6 = 6 = 60111 = 7 = 7 = 71000 = 8 = 8 = 101001 = 9 = 9 = 111010 = A = 10 = 121011 = B = 11 = 131100 = C = 12 = 141101 = D = 13 = 151110 = E = 14 = 161111 = F = 15 = 17


…Sistemi numerici…Passaggio da una base di numerazione all’altra

Abbiamo quindi visto i concetti di numerazione posizionale e valore di un numero come somma di un polinomio.Come si fa a passare da un sistema di numerazione all’altro?Se voglio convertire il numero N da una base di numerazione b a una base c devo fare in modo tale da trovare una stringa di cifre che sia in grado di rappresentare quel numero.

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…Sistemi numerici…Passaggio da una base di numerazione all’altra

Se voglio convertire il numero N da una base

di numerazione b a una base c devo fare in modo tale da trovare una stringa di cifre che sia in grado di rappresentare quel numero. Dal punto di vista “pratico” per ottenere

l’equivalente in base c di un numero in base

b (con b>c) bisogna dividerlo per c

individuando di volta in volta il quoziente e il resto della divisione…


…Sistemi numerici…Esempio: Passaggio da una base decimale a base 2

Convertiamo il numero 10 in base 2:

Numero Quoziente Resto 10÷2 = 5 05 ÷2 = 2 12 ÷2 = 1 01 ÷2 = 0 1

ossia r3r2r1r0

Per cui il numero (10)10 diventa (1010)2

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…Sistemi numerici…Esempio: Passaggio da una base decimale a base 2

Numero Quoziente Resto 10÷2 = 5 05 ÷2 = 2 12 ÷2 = 1 01 ÷2 = 0 1

1 0 1 0


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Tabella di confronto:

binario esadecimale decimale ottale

0000 = 0 = 0 = 0 0001 = 1 = 1 = 10010 = 2 = 2 = 20011 = 3 = 3 = 30100 = 4 = 4 = 40101 = 5 = 5 = 50110 = 6 = 6 = 60111 = 7 = 7 = 7

Analizzando questa tabella scopriamo che…Ciascun gruppo di 3 bit può essere convertito direttamente in un numero ottale;Ciascun gruppo di 4 bit può essere convertito direttamente in un numero esadecimale


Codifica…

Da quanto detto si evince che i numeri binari vengono utilizzati sia per effettuare delle operazioni sia, soprattutto, per rappresentare all’interno dell’elaboratore numeri, testi o, comunque, qualunque grandezza di tipo analogico che trasformiamo nella sua equivalente digitale.

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Analogico … Digitale



Esempio di codifica: Il codice Morse


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Codifica: Tabella ASCII dei caratteri…

• Un primo esempio significativo di CODIFICA è la rappresentazione dei caratteri “utilizzati normalmente” nel loro equivalente all’interno di un computer.

• ASCII = American Standard Code forInformation Interchange

• La tabella ASCII è un codice usato per la rappresentazione dei caratteri di testo attraverso delle stringe binarie. In particolare si utilizza un byte per rappresentare un diverso carattere della tastiera (lettere, numeri, segni).


…Codifica: Tabella ASCII dei caratteri…

• Lo standard ASCII, in realtà, sarebbe costituito da “soli” 128 caratteri e quindi i primi 128 byte (da 00000000 a 01111111), sarebbero sufficienti a rappresentarli tutti.

• Standard Americano… e i caratteri rappresentabili sarebbero solo quelli americani…

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…Codifica: Tabella ASCII dei caratteri…

• Nella tabella ASCII standard si trovano le cifre numeriche, le lettere maiuscole e minuscole (maiuscole e minuscole hanno codici ASCII differenti) la punteggiatura, i simboli aritmetici e altri simboli ($, &, %, @, #, ecc.).

• Essendo stata concepita in America, la tabella ASCII standard non comprende le lettere accentate

• I primi 32 byte della tabella standard sono inoltre riservati per segnali di controllo e funzioni varie.

• I successivi byte fino al 256 costituiscono la tabella ASCII estesa che presenta varie versioni a carattere nazionale.


Altri codici: EBCDIC, UNICODE…

• Il codice EBCDIC è utilizzato nei mainframe e nei calcolatori più potenti.

• Si appoggia a un sistema denominato codice di interscambio Binary-coded decimal (BCD) che ècomunemente utilizzato per rappresentare le cifre decimali in codice binario.

• In BCD n numero è rappresentato da un codice binario di quattro bit, il cui valore è compreso tra 0 (0000) e 9 (1001).

• Le combinazioni restanti vengono usate per rappresentare simboli.

• Ad esempio il numero 127 è rappresentato in BCD come 0001, 0010, 0111.

• Il BCD è spesso utilizzato per la sua diretta corrispondenza con il codice ASCII.

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…Altri codici: EBCDIC, UNICODE

• Il codice UNICODE cerca di far fronte di rappresentare set di caratteri di lingue diverse (arabo, cinese, ebraico ecc.) all’interno di un elaboratore

• Lo Unicode utilizza 16 bit e, potenzialmente, è in grado di rappresentare 96mila caratteri differenti.


Operazioni…In un’operazione matematica distinguiamo

Operatori

Operandi

Per cui nella formula:

A + B

l’operatore “+” identifica la somma

“A” e “B” sono gli operandi

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Operazioni sui numeri

• Somma

• Moltiplicazione

• Negazione


Relazioni e Operatori di relazione…

Prima di introdurre gli operatori logici può essere utile fare riferimento alle relazioni fra numeri e agli operatori di relazione.

Un primo esempio di “relazione” fra entità può essere la seguente:

A = B

Dove il simbolo = e un operatore che, confrontando i due operandi A e B , permette di esprimere una condizione.

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…Relazioni e Operatori di relazioneGli operatori che permettono il confronto di due o più operandi vengono detti operatori di relazione.

Gli operatori di relazione più noti sono i seguenti:

• uguale (simbolo =)

• diverso (simbolo =)

• maggiore (simbolo >)

• minore (simbolo <)

• maggiore o uguale (simbolo ≥)

• minore o uguale (simbolo ≤)

e vengono solitamente utilizzati per confrontare valori numerici.


Operatori di relazione e… logica binaria

Un operazione di relazione “=”A = B

fra due operandi A e B può essere anche utilizzata per stabilire una condizione ossia una domanda del tipo:

A = B ?Il risultato di questa condizione può essere solo

SI / NOoppure

Vero / Falso

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Operatori logici: AND , OR

Il risultato di un’operazione logica può essere solo

SI / NO

oppure

Vero / Falso


Funzioni logiche: tabelle di verità

Le tre operazioni sono definibili attraverso le tabelle seguenti, dette tavole di verità:

OR AND NOT

Vero Vero Vero Vero Vero Vero Vero Falso Vero Falso Vero Vero Falso Falso Falso Vero

Falso Vero Vero Falso Vero Falso Falso Falso Falso Falso Falso Falso

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Esempio: AND

Esempio:

Sono andato a pranzo e ho preso il caffè

A = sono andato a pranzo

B = ho preso il caffè

A AND B

AND

Vero Vero Vero Vero Falso Falso Falso Vero Falso Falso Falso Falso


ESEMPIO: OR

Esempio:

Per telefonare è possibile usare

monete o carta prepagata

A = monete

B = carta prepagata

A OR B OR

Vero Vero Vero Vero Falso Vero Falso Vero Vero Falso Falso Falso

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Tabelle di verità…

Le tre operazioni sono definibili attraverso le tabelle seguenti, dette tavole di verità:

OR AND NOT

1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1

0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0


Proprietà:

• Proprietà commutativa

a AND b = b AND a

a OR b = b OR a

• Proprietà associativa

(a OR b) OR c = a OR (b OR c)

(a AND b) AND c = A AND (b AND c)

• Proprietà di idempotenza

a AND a = a

a OR a = a

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Proprietà:

• Proprietà distributiva

a OR (b AND c) = (a OR c) AND (b OR c)

a AND (b OR c) = (a AND b) OR (a AND c)

• Minimo e massimo

a OR falso = a

a OR vero = vero

a AND falso = falso

a AND vero = vero


Altre funzioni: OR esclusivo XOR

Esempio:

Per telefonare si può usare soltanto

o monete o carta prepagata

A = monete

B = carta prepagata

A XOR B

FalsoVeroVero

VeroFalsoVero

VeroVeroFalso

FalsoFalsoFalso

XOR

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Bibliografia

Riferimenti bibliografici:

Dennis P. Curtin, Kim Foley, Kunal Sen, Cathleen Morin – Informatica di Base (terza edizione) - McGraw-Hill 2005

Ugo Biader Ceipidor, C. M. Medaglia, F. Peruzzi, H. Sedehi – Informatica di Base, introduzione per le scienze sociali – Carocci 2004

Sawyer S. C., Williams B. K. – Tecnologie dell’informazione e della

Comunicazione – McGraw-Hill 2002

Giacomo Cioffi, Vincenzo Falzone (a cura di) – Manuale di Informatica (quarta edizione) – Calderini 2002

Bruno Fadini, Carlo Savy – Programmazione dei calcolatori elettronici –Liguori 1984

Education

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