Appunti di informatica generale

Memorizzazione su calcolatore e codifica

La unità atomica è il bit; l'insieme di 8 bit è detto byte. Word è tipicamente 16, 32 o 64 bit, ed è l'insieme di bit la cui dimensione è un'importante caratteristica del calcolatore considerato, poiché influenza la larghezza degli indirizzi, la dimensione dei registri del processore e la larghezza dei bus (word o multipli di essa).

Intervallo di variabilità

Il bit ha come numero di configurazioni 2, con un intervallo di variabilità di {0,1}. Il byte ha come numero di configurazioni 256, e l'intervallo di variabilità dipende dal tipo di codifica.

Codifica dei testi

Si utilizza una tabella arbitraria. Lo standard di oggi universalmente conosciuto è la codifica ASCII (American Standard Code for Information Interchange), con cui ogni carattere (simbolo) è codificato con 7 bit (128 simboli diversi). Oltre alla codifica ASCII, esiste la...

Codifica UNICODE. Partendo dalla codifica extended ASCII (con 8 bit per carattere) si aggiungono i caratteri etnici e si ottengono 16 bit per carattere: 16 Codifica UNICODE.

ALGEBRA BOOLEANA

Si basa su variabili dette logiche o booleane aventi due soli possibili valori:

• Vero - true - 1
• Falso - false - 0

F(x, y, z)

Una funzione booleana di tre variabili sarà così: e, come tutte le funzioni booleane, sarà caratterizzata dalla propria tabella di verità:

FUNZIONI BOOLEANE

Si hanno due tipologie di funzioni:

• Funzioni completamente specificate: se per tutte le combinazioni delle variabili il suo valore è determinato
• Funzioni non completamente specificate: se a una o più combinazioni delle sue variabili non corrisponde alcun valore della funzione

COSTANTI BOOLEANE

In contrapposizione alle variabili, vi sono le costanti. Essendo l'algebra

booleana definita su due solisimboli, esistono solo due costanti: 0 e 1.

OPERATORI LOGICI

Tra le variabili e le costanti viste in precedenza, possono intervenire delle relazioni. Queste relazioni vengono gestite da degli operatori logici, in dipendenza dal numero di variabili che utilizzano:

Monadici

Diadici

Esempi di operatori

Il risultato dell'operatore NOT è il complemento dell'unica variabile: se x = 0, NOT x = 1

Il risultato dell'operatore AND è vero se e solo se sono vere entrambe le variabili 0 AND 1 = 0; 1 AND 1 = 1; 0 AND 0 = 0.

Il risultato dell'operatore OR è vero solo se è vera almeno una delle variabili: 0 OR 0 = 0; 0 OR 1 = 1; 1 OR 1 = 1.

Il risultato dell'operatore XOR è vero solo se è vera solo una delle due variabili: 0 XOR 0 = 0; 0 XOR 1 = 1; 1 XOR 1 = 0.

Il risultato dell'operatore NAND è vero solo se è falso l'AND tra le due variabili: 0 NAND 0 = 1; 1 NAND 1 = 0.

= 0; 1 NAND 0 = 1

Il risultato dell'operatore NOR è vero solo se è falso l'OR tra le due variabili: 0 NOR 0 = 1; 0 NOR 1 = 0; 1 NOR 0 = 0.

ESPRESSIONI LOGICHE

Un insieme di variabili e/o costanti booleane a cui siano applicati gli operatori logici, si dice espressione booleana o espressione logica.

Un' espressione logica rappresenta una funzione logica (vedi foto tg).

INTRODUZIONE ALL'ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI

ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI

Un calcolatore è un sistema, ovvero un oggetto costituito da molteplici parti che interagiscono, cooperando, al fine di ottenere un certo comportamento. Studiare l'architettura di un sistema significa individuare ciascun componente del sistema, comprendere i principi generali di funzionamento di ciascun componente e comprendere come i vari componenti interagiscono tra loro.

La prima decomposizione di un calcolatore, individua due macro-componenti:

Hardware: struttura fisica del calcolatore, costituita da

Software: l'insieme dei programmi che consentono all'hardware di svolgere compiti utili; il software comprende il software di base e il software applicativo.

CARATTERISTICHE FONDAMENTALI

Le caratteristiche essenziali del calcolatore, partono dal fatto che riesce ad eseguire sequenze di istruzioni memorizzate. Il calcolatore è composto da un'unità di elaborazione e da un'unità di controllo.

Il compito di un elaboratore si riassume in tre punti:

1. Preleva le istruzioni dalla memoria
2. Interpreta i codici di istruzione
3. Effettua le azioni che questi prevedono

Il programma è invece un insieme organizzato di istruzioni.

ORGANIZZAZIONE A LIVELLI

Hardware e software sono organizzati a livelli (o strati), a cui corrisponde una macchina (reale o virtuale) in grado di eseguire un proprio insieme di operazioni. Ciascun livello fornisce un insieme di operazioni più semplici da utilizzare rispetto a

quelle del livello sottostante, e ogni livello è realizzato intermini dell'insieme di operazioni del livello sottostante.

COMPONENTI DI UN CALCOLATORE

L'hardware inteso come tastiera, mouse, schermo, memoria secondaria (dispositivi di input e output), si interfaccia attraverso i bus del computer con la memoria centrale e la CPU, nella cosiddetta macchina di Von Neumann.

BUS E SOLUZIONE MASTER-SLAVE

Il bus è una linea a cui sono contemporaneamente connesse le unità del calcolatore e che consente il trasferimento di dati tra tali unità.

Un problema che affligge questa linea è che essa è contesa su un mezzo condiviso, ovvero contemporaneamente è in comune a CPU, memoria e ai dispositivi di input e output.

La soluzione a questo problema è nominare la CPU come master e le periferiche come slave.

Vantaggi:

• Semplicità: una sola linea di connessione a prescindere dal numero di dispositivi;
• Estendibilità: nuovi dispositivi

Può essere aggiunto tramite un'interfaccia al bus senza influenzare l'HW.

Standardizzabilità: definizione di normative che consentono a periferiche di costruttori diversi di interagire correttamente.

Svantaggi:

• Lentezza: vengono inibite almeno parzialmente le parallelizzazioni delle operazioni di trasferimento dei dispositivi.
• Limitata capacità: al crescere del numero dei dispositivi, la presenza di una sola linea di bus comporta un limite alla capacità di trasferire i dati.
• Sovraccarico della CPU: l'unità centrale viene coinvolta in tutte le operazioni di trasferimento di dati.

TIPI DI BUS

Sono presenti diversi tipi di bus, tra cui:

• Bus dati: per trasferire dati.
• Bus indirizzi: che identifica la posizione delle celle di memoria con cui la CPU va a scrivere o leggere.
• Bus di controllo: transitano i segnali di controllo che consentono di selezionare le unità coinvolte in un trasferimento dati.

ARCHITETTURA VON

1. Sequenza
2. Selezione
3. Ciclo a condizione iniziale e a condizione finale

Trasferimento di informazione

1. Trasferimento dati e istruzioni tra CPU e memoria
2. Trasferimento dati e istruzioni tra CPU e dispositivi I/O

MEMORIE

ALCUNE CONSIDERAZIONI

In un elaboratore deve esserci la memoria, viceversa non funzionerà. La memoria perfetta è illimitata, con accesso istantaneo e privo di costi, una memoria inesistente. Sono infatti necessari dei compromessi tra costo, prestazioni e dimensioni della memoria. Non tutte le memorie sono uguali.

A lato la gerarchia delle memorie con all'apice, la memoria interna (cache, memoria centrale e i registri), in centro la memoria esterna online (dischi magnetici), alla base la memoria esterna offline (cd-rom, dvd, nastri). Il tempo di accesso aumenta con l'avvicinarsi alla base, così come la capacità; la frequenza di accesso è molto alta all'apice e

Il compito della memoria è quello di contenere dati e offrire possibilità di leggere e scrivere al suo interno. Le memorie cache e principale sono indirizzate direttamente, ovvero la CPU può scriverci accedendovi direttamente; le memorie secondarie sono, invece, indirizzate indirettamente, ovvero il loro contenuto deve essere prima trasferito in memoria centrale.

La cosiddetta memoria volatile è quel particolare tipo di memoria il cui contenuto viene perso se il computer si spegne (cache), mentre la memoria permanente conserva il suo contenuto anche senza alimentazione.

MEMORIE ESTERNE

Contengono le istruzioni che devono essere eseguite dal processore, con accesso diretto e casuale (RAM). I registri fanno parte della CPU e contengono un'istruzione, così come la cache memory, usata quest'ultima come memoria temporanea.

DISCO MAGNETICO E ALTRE TIPOLOGIE DI MEMORIE

Fa parte delle memorie secondarie ed decresce con l'avvicinarsi alla base.