Appunti fondamenti informatica

Architettura Calcolatore

Tutti i calcolatori elettronici per funzionare nella maniera corretta utilizzano uno schema introdotto da Von Neumann.

Analizziamo i singoli componenti.

CPU

Questo dispositivo (Central Processing Unit) è diviso al suo interno in due parti:

• CU → Central Unit (Unità Centrale)
• ALU → Arithmetic Logic Unit (Unità Logica Aritmetica)

Le CPU moderne hanno anche:

• GPU → Graphics Processing Unit (Processore Grafico)

RAM

Questo dispositivo può essere chiamato anche memoria centrale.

- Immagazzinare nel programma una rotte che viene elaborato dalla CPU.

- Mantenere le modifiche una volta che il programma è stato elaborato dalla CPU.

Bus

Questo dispositivo effettua i collegamenti tra i componenti della macchina e al suo interno viaggiano le informazioni che si scambiano tutti i dispositivi della macchina.

Periferica I/O

Questi dispositivi sono opzionali cioè ai fini del funzionamento della macchina non sono importanti però servono per prendere informazioni dall’esterno e per farlo hanno bisogno di una interfaccia.

Codifica dati e istruzioni di un programma

Come fa il calcolatore a capire come ridere importare quanto deve elaborare un programma e un dato?

Qui entra in gioco il BIT. Il bit è l’elemento minimo in grado di rappresentare un’informazione.

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16¹

152₁₆ -> 98₁₆

* esadecimale -> decimale.

In questo caso ogni cifra corrisponde ad una potenza sedicesima.

16¹ 16⁰

9 8

Moltiplichiamo le cifre per le potenze sedicesima rispettiva e poi sommiamo i valori ottenuti.

9·16¹ + 8·16⁰ -> 144 + 8 = 152

Il numero risultante corrisponde alla base dieci.

* decimale -> ottale

Il procedimento è analogo ai precedenti solo che dobbiamo dividere per otto.

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CODIFICA CARATTERI

Per codificare i caratteri si utilizza uno standard chiamato ASCII.

In questo standard appartengono 256 simboli diversi tra cui caratteri numerici, caratteri minuscoli, caratteri speciali, punteggiatura e tutto il resto.

Per codificare un carattere il calcolatore utilizza 8 bit perché con 8 bit scriviamo e copriamo tutte le 256 combinazioni. Ogni combinazione corrisponde a un simbolo dello standard ASCII.

[CODIFICA IMMAGINI]

Per codificare un'immagine si prende una tabella formata da tante celle chiamate pixel e si sovrappone sull'immagine, in modo da far corrispondere ogni pixel in un punto esatto dell'immagine.

Il pixel può assumere una sola tonalità (colore, scala grigi, o b/n) in base all'immagine stessa.

In base all'immagine servono diversi bit per pixel.

• BIANCO/NERO — 1 bit per pixel
• SCALA GRIGI — 8 bit per pixel
• COLORI — 24 bit per pixel

Le memorie cache sono quelle più veloci di tutto il calcolatore, questo perché tali memorie sono costruite all'interno delle CPU e di conseguenza la distanza che il dato deve percorrere per accedere è minima ma anche perché la quantità di memoria disponibile è molto buona di conseguenza per accedere bastano sfruttare pochi bit di indirizzo.

I processori multipli invece non stati introdotti per elaborare più istruzioni in parallelo.

Prima se una parte della CPU era occupata nell'elaborazione di un'istruzione, per eseguire quella successiva bisognava aspettare che la parte di CPU utilizzata si liberava.

Oggi invece porte o multicores possono elaborare più istruzioni che devono occupare la stessa parte di CPU rimanendo dei multicores.

Infine se un’istruzione utilizza una parte della CPU e quelle successive ne utilizza un’altra, le istruzioni vengono eseguite contemporaneamente.

BUS

• Aumentata la lunghezza del bus dati — trasporto maggiore di dati.
• Aumentata la lunghezza del bus indirizzi — possibilità di accedere a più celle di memoria nelle memorie.

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Scheda Processi

• Processo in Esecuzione
• Processo Pronto
• Processo Attesa

Ogni volta che si verifica un'interruzione il processo come sappiamo passa in uno stato di attesa per lasciare lo spazio della CPU ad un altro processo pronto.

Quando però il processo in attesa riprende in esecuzione la CPU deve riprendere l'esecuzione da dove era rimasta.

Per questo motivo ogni volta che avviene un'interruzione, il gestore salva il contesto del programma nella memoria RAM reale o virtuale.

Contesto del programma significa salvare in memoria tutti i dati e tutti i valori dei registri della CPU presenti un'istante prima dell'interruzione.

Quando poi il programma in attesa riprende in esecuzione tutto il contesto del programma viene ricaricato nella CPU.

GESTIONE FILE

Per quanto riguarda la gestione dei file, se ne occupa il FILE SYSTEM.

Il file system gestisce le informazioni presenti nella memoria di massa.

Queste informazioni possono essere:

• FILE -> contenitori di bit.
• CARTELLE -> contenitori di file o altre cartelle.
• VOLUME -> parte di memoria dove sono presenti file e cartelle.

FILE

Ogni file è caratterizzato da un contenuto (sequenza di Byte) e da un identificatore unico per ogni tipo di file.

I dati contenuti all'interno del file devono essere interpretati e le regole che ci permettono di interpretarli vengono chiamate FORMAT del file.

Le codifiche di tali formati sono presenti nei programmi specifici.

Infatti, ogni file è presente in .xxx es. .txt . Quello che c’è dopo il punto ci indica il formato del file. I programmi applicativi non leggono tutti i formati ma solamente alcuni.

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MODELLO AD OGGETTI

Le informazioni che vengono aggiunte riguardano lo:

• schema - descrive il contenuto del database
• istanza - stato del database in un istante di tempo

Ci sono dei linguaggi specifici che ci permettono di definire queste due informazioni scritte in precedenza:

• linguaggio DDL (data definition language) - crea lo schema
• linguaggio DML (data manipulation language) - crea l'istanza, mettendoci a disposizione diverse funzioni
• interrogare
• creare
• eliminare
• modificare
• un elemento

VISIONE ASTRATTA BASE DATI

Il DBMS fornisce una struttura astratta del database.

Questa può essere rappresentata su tre livelli:

• Livello logico - descrive la struttura di ciascun dato e i collegamenti tra di esso
• Livello fisico - specifica su quale supporto di massa sono realizzati i singoli record

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Il malfunzionamento in un punto compromette gli altri host connessi sotto la struttura.

RETE A STELLA

In questo tipo di rete tutti gli host sono collegati ad un host centrale che gestisce lo scambio di pacchetti tra i vari host. In questo caso se la rete dovesse subire un guasto comunque gli altri host potranno sempre comunicare (la rete continua a funzionare). Se invece il guasto lo subisce l’host centrale la rete non funzionerebbe.

RETE ANELLO

Come possiamo notare abbiamo un collegamento tra host a circuito chiuso.

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Il protocollo di trasporto TCP (Transmission protocol control) a differenza dell’UDP (User datagram protocol) effettua dei controlli che accertano che i pacchetti siano raggiungendo il destinatario senza errori. Se per caso dovessero esserci degli errori il protocollo si occupa del ritrasmettere i pacchetti errati.

Il protocollo UDP trasmette e basta senza effettuare nessun controllo. In questo modo risulta meno affidabile ma più veloce.

LIVELLO APPLICATIVO

Questi livelli trasformano i singoli pacchetti in qualcosa di concreto per l’utente. Alcuni esempi di protocolli applicativi sono:

• HTTP ➔ Ci consente di navigare sul web
• SMTP o POP3 ➔ Ci permette di inviare e-mail.

INDIRIZZI IP

Sappiamo che la rete Internet è formata da tanti nodi che corrispondono ai dispositivi connessi alla rete. Ogni nodo è individuato singolarmente da un numero chiamato indirizzo IP pubblico.

Questi indirizzi pubblici vengono assegnati dall’ICANN, un ente che...