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Il computer


L’informatica

La parola informatica deriva dalla contrazione delle due parole “informazione” “automatica” e indica la scienza che studia l’elaborazione dei dati, chiamata scienza dell’informazione.
Con la sigla ICT (tecnologia dell’informazione e comunicazione) si indica l’insieme dei metodi e delle tecnologie che realizzano sistemi di elaborazione, trasmissione e ricezione dell’informazione.
La struttura hardware del computer, il software e le sue periferiche.
La parola altrettanto molto diffusa computer deriva dall’Inglese “to compute” che significa elaborare, quindi il computer è una macchina in grado di elaborare dati in modo molto veloce; il computer è un elaboratore elettronico digitale logico.
Affinché un computer possa funzionare è necessario che possieda delle componenti hardware e software.
Con hardware (elemento solido) viene indicato tutto ciò del computer che si può toccare, come il case, il monitor, la tastiera, …
Mentre il software (elemento morbido) è l’insieme di tutti i programmi che permettono il funzionamento del computer.
L’attività che svolge un computer consiste nell’acquisizione e elaborazione di informazioni che vengono dall’esterno e fornire dei risultati;
queste fasi possono essere chiamate:
• input: acquisizione di un’immagine da webcam;
• elaborazione: analisi dei risultato di test a risposta multipla.
• output: la visualizzazione del grafico di una funzione trascendente.
A queste fasi sono associati dei dispositivi hardware e/o anche delle componenti esterne, periferiche, coinvolte nel processo input-elaborazione-output.
Intorno case, il parallelepipedo che contiene i componenti elettronici in grado di elaborare e memorizzare l’informazione, ruotano tutte le periferiche input-output, riportate nella seguente tabella:
Periferica Input output
Tastiera Si
Monitor Si
Mouse Si
Stampante Si
Microfono Si
Casse o cuffie Si
Scanner Si
Modem Si Si
Webcam Si

All’interno del case si trova l’unità centrale o unità di elaborazione, CPU (Unità Centrale di Elaborazione) composta da due parti: l’Unità di Controllo e l’Unità Aritmetico Logica (ALU);
la CPU è il “cervello” del computer: svolge calcoli, prende decisioni, il suo compito è di leggere i dati dalla memoria ed eseguire le istruzioni dei programmi.
La codifica dei dati
Le memorie del computer, così come i registri della CPU o i BUS attraverso i quali l’informazione viene trasferita tra le varie componenti hardware, sono costituite da circuiti bistabili, ossia da circuiti in grado di assumere solo due stati, ai quali sono associati i valori 0 oppure 1, cifre binarie, binary digit, i così detti BIT;

quindi il linguaggio macchina, il linguaggio a basso livello che può essere interpretato dalla CPU è composto da una sequenza di BIT;
così come una qualsiasi informazione digitalizzata, sia esso testo, numero, immagine, suono, … è costituito da una sequenza di BIT!
Un bit può essere rappresentato dai seguenti circuiti bistabili:
• lampadina accesa (1) spenta (0);
circuito elettrico chiuso con passaggio di corrente (1) aperto senza passaggio di corrente (0);
• particella di materiale ferroso magnetizzato (1) smagnetizzato (0);
• piccolissima area di un CD o DVD perforata (1) non perforata (0).
La capacità di un dispositivo di memorizzare informazione si misura in byte o suoi multipli:
byte è costituito da 8 BIT;
kilobyte 1024 byte, ossia 210, attenzione non 1000 come siamo abituati ad attribuire al suffisso kilo;
kilobyte è costituito da 1024 byte, 1 KB = 1024 B = 210 KB;
megabyte è costituito da 1024 kilobyte, 1 MB = 1024 KB = 220 KB;
gigabyte è costituito da 1024 megabyte; 1 GB = 1024 = 230 KB;
terabyte è costituito da 1024 gigabyte; TB = 1024 GB = 240 KB;
petabyte è costituito da 1024 terabyte; 1PB = 1024 TB = 250 KB;
exabyte è costituito da 1024 petabyte; 1EB = 1024 PB = 260 KB;
zettabyte è costituito da 1024 exabyte; 1 ZB = 1024 EB = 270 KB;
yottabyte è costituito da 1024 1 YB = 1024 ZB = 280 KB;
… e così via …
La rappresentazione dei testi
Uno dei sistemi di codifica più diffusi per rappresentare testi nella memoria di un computer è il codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) che permette di associare ad ogni byte un carattere, come riportato in tabella per alcune lettere in minuscolo e maiuscolo:
Carattere codice ASCII
A 0100 0001
B 0100 0010
C 0100 0011
D 0100 0100
E 0100 0101
F 0100 0110
G 0100 0111
H 0100 1000
I 0100 1001
J 0100 1010
K 0100 1011
L 0100 1100
M 0100 1101
Carattere codice ASCII
a 0110 0001
b 0110 0010
c 0110 0011
d 0110 0100
e 0110 0101
f 0110 0110
g 0110 0111
h 0110 1000
i 0110 1001
j 0110 1010
k 0110 1011
l 0110 1100
m 0110 1101

La rappresentazione dei numeri
La codifica dell’informazione all’interno di un computer si basa sul sistema di numerazione binario, e specificatamente i calcoli numerici vengono eseguiti secondo il sistema di numerazione posizionale ma in base 2.
n in base 2 n in base 10
1 1
10 2
11 3
100 4
101 5
110 6
111 7
1000 8
1001 9
n in base 2 n in base 10
1010 10
1011 11
1100 12
1101 13
1110 14
1111 15
10000 16
10001 17
10010 18
n in base 2 n in base 10
10011 19
10100 20
10101 21
10110 22
10111 23
11000 24
11001 25
11010 26
11011 27

Nel sistema di numerazione posizionale, ogni cifra ha un peso dipendente dalla posizione che occupa, il bit 1 che compare all’ ordine n-esimo ha un peso pari a 2n-1.
Per passare da un numero in base 2 alla sua rappresentazione in base 10 si considera la rappresentazione polinomiale, ossia:
il numero binario 100001 = 1*20+1*25 = 1 + 32 = 33 in base 10 (il bit 0 non ha peso);
mentre per il passaggio inverso, dalla base 10 alla base 2, si devono eseguire le suddivisioni successive per 2, e i resti ad ogni step formano la successione di bit del numero in base 2.

Le operazioni fondamentali nel sistema binario rispettano le logica dell’aritmetica con la procedura per incolonnamento.
Abbiamo visto la rappresentazione dei numeri senza segno, mentre per rappresentare i numeri interi, i numeri col segno si adotta il metodo del complemento a due, e per rappresentare i numeri reali si usa la rappresentazione floatting point, che fa dell’insieme dei numeri reali un insieme discreto, incorrendo all’underflow nella rappresentazione di numeri molto piccoli o all’overflow nella rappresentazione di numeri molto grandi, provocando l’arresto dell’elaborazione, … anche ALU ha i suoi limiti !!!

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