Riassunto esame Informatica generale, prof. Padula, libro consigliato Fondamenti d informatica per la progettazione multimediale

1. L’ARCHITETTURA DI VON NEUMANN

L’architettura di Von Neumann, che nasce durante la seconda Guerra

mondiale, è un modello per le macchine di calcolo che utilizza un’unica

struttura che contiene sia il set di informazioni necessarie alla macchina per

funzionare, sia i dati richiesti o generati dal processo.

Essa è però un modello, non qualcosa di materiale: Von Neumann ha infatti

realizzato un documento nel quale spiegava come, secondo lui, dovessero

essere fatti i calcolatori.

Questo tipo di architettura è composta dai seguenti elementi:

- CPU (Central Processing Unit – Unità di Elaborazione Centrale, ovvero

il microprocessore): questa unità svolge le operazioni sia di controllo e

coordinamento che di elaborazione. Il linguaggio utilizzato da questa

unità è il linguaggio macchina o assembler, che consiste nell’insieme

delle istruzioni che la CPU è in grado di eseguire.

Nella struttura della CPU sono riconoscibili tre sottoinsiemi principali:

 Unità Aritmetico-Logica (ALU): che si occupa delle operazioni di

tipo aritmetico e logico sui dati di ingresso;

 Registri: celle di memoria interne alla CPU che vengono usate per

immagazzinare le informazioni necessarie per l’esecuzione delle

istruzioni; questi registri sono una memoria a breve termine;

 Control Unit (CU): che coordina le varie unità di memoria

nell’esecuzione dei programmi.

- Memoria Centrale: questa memoria è destinata a contenere i

programmi in esecuzione e i relativi dati (è un database, cioè una

raccolta di dati).

Essa è composta da:

 RAM (Random-Access Memory): questo tipo di memoria e

costituita da diverse celle e l’accesso ad una cella non richiede la

lettura delle precedenti. Essa è di tipo volatile, in quanto il suo

contenuto viene perso quando il calcolatore viene spento. Inoltre

questa memoria può essere riscritta (es. memoria cache –

memoria che si usa quando si sta lavorando);

 ROM (Read Only Memory): questa memoria è simile in quanto a

costruzione alla memoria RAM, ma a differenza di quest’ultima, il

suo contenuto non viene perso allo spegnimento del calcolatore e

non può essere riscritta (i suoi dati vengono conservati fino al

termine della vita del calcolatore stesso) – (es. PROM –

Programmable Read Only Memory – es. hard-disk);

- Memoria di Massa: questo tipo di memoria è destinata a contenere

grandi quantità di dati non utilizzati frequentemente, ma che devono

essere mantenuti in modo persistente, anche dopo lo spegnimento del

calcolatore. La memoria di massa è caratterizzata dalla sua non-volatilità

e dalla velocità di accesso, ma anche da un grande volume di

memorizzazione.

Le memorie di massa possono essere realizzate con tecnologie

magnetiche (i dischi magnetici) o ottiche (i dischi ottici, come CD-ROM,

CD-RW e DVD).

- Periferiche di Input e di Output: le periferiche sono dispositivi

ausiliari con i quali il calcolatore interagisce con l’ambiente esterno, al

fine di acquisire i dati da elaborare o memorizzare o per trasferire i

risultati memorizzati. Le periferiche sono connesse al calcolatore

mediante unità driver, che gestiscono la codifica e il trasferimento dei

dati con l’ambiente esterno: questi driver hardware sono delle schede

inserite nel calcolatore e connesse direttamente al bus mediante

connettori.

Il collegamento con le periferiche si realizza tramite porte di

ingresso/uscita predisposte sulla scheda stessa e accessibili

dall’esterno (tra queste periferiche rientrano anche le memorie di

massa).

Esempi di dispositivi di Input: tastiera (che trasforma la pressione su

ogni tato in un segnale elettrico corrispondente al segnale digitato, che

viene poi inviato all’unità centrale per la sua elaborazione e quindi al

video che lo visualizza in modo che l’utente possa verificare ciò che ha

digitato), i dispositivi di puntamento (mouse, joystick, touchpad, track-

ball, penna ottica), scanner, microfono, fotocamera, telecamera, guanti,

nuovi dispositivi a 3D.

Esempi di dispositivi di Output: video (volatile - classicamente costituito

da un Tubo a Raggi Catodici – CRT (Cathode-Ray Tube), attualmente

schermo molto piatto –AMD (Advanced Micro Devices)), casse (volatile),

stampante (permanente), dispositivi audio-video, modem (dispositivo

che consente di trasferire dati da un calcolatore a un altro utilizzando

una connessione telefonica analogica. Esso converte i segnali digitali in

forma analogica in modo che possano transitare sulla linea telefonica e

un altro modem li ritrasforma in segnali digitali all’altro capo della linea.

- Periferiche di connessione in rete: quelle periferiche che permettono

di connettersi ad Internet, come la chiavetta wifi; esse vengono collegate

al calcolatore tramite delle porte, cioè l’interfaccia tra la CPU e le

periferiche.

Una caratteristica di queste periferiche è la larghezza di banda, che si

riferisce alla quantità di dati trasferiti nell’unità di tempo (cioè quanto è

veloce a trasmettere dati)

- Bus: il bus è una linea alla quale sono contemporaneamente connesse

tutte le componenti del calcolatore e che consente il trasferimento di dati

tra tali componenti (è costituito da fili – es. chiavetta inserita, fa in modo

che parli con la PCU);

- Memoria Cache/Memoria di Supporto: questa è una memoria piccola

e veloce, che contiene un sottoinsieme delle informazioni memorizzate

nella memoria più grande. I dati che essa contiene sono utilizzati con

frequenza. Questa memoria si trova tra la CPU e la memoria centrale.

Dati un calcolatore, si possono costruire reti di calcolatori.

Quando si costruisce una rete wifi, essa è costituita da diversi access point,

cioè quei punti dai quali si può accedere alla rete. Ogni access point copre una

certa area: si possono mettere più punti d’accesso in modo tale da realizzare

un’extended service set, che dovranno essere collegati ad una struttura

cablata, in fibra ottica.

L’hotspot è il locale pubblico che offre il collegamento ad internet (es

Cattolica).

La gestione delle risorse di un calcolatore è garantita dall’insieme di

programmi, cioè i software, installati sul calcolatore a livelli successivi.

Il primo livello di software è il sistema operativo, un insieme coerente di

programmi che permettono di utilizzare il calcolatore e tutte le sue periferiche.

Il sistema operativo costituisce il primo strato di software che viene caricato in

memoria al momento dell’avvio (es. Linux, Windows); di conseguenza, tutti i

programmi che vengono installati successivamente, dipendono dai servizi

fondamentali offerti dal sistema operativo.

Il sistema operativo fornisce inoltre le Interfacce di Programmazione

Applicativa (API), per connettere i programmi applicativi ai programmi per il

controllo delle varie periferiche, per la gestione della memoria e dei vari

processi, per l’aggiornamento del file system, per l’accesso alla rete attraverso

protocolli.

Un sistema operativo si compone di tre parti:

- Interfaccia utente (shell): queste è dedicata al dialogo con l’utente;

può essere di tipo testuale (se i comandi vengono digitati sulla tastiera)

oppure grafica (come la GUI –Graphic User Interface-, che permette di

scegliere comandi e avviare programmi tramite icone e menu);

- File system: utilizzato per la gestione dei file;

- Kernel (nucleo): che si occupa de trasferimento di dati fra le diverse

componenti del sistema (es. disco fisso, memoria RAM); esso riceve e

invia i comandi tramite la shell e gestisce la CPU.

Oltre al sistema operativo esistono però anche altri software:

- Software di base: costituito da un insieme di software che coprono le

esigenze di base degli utenti (es. tastiera, browser) pronti per l’uso,

senza che debbano essere installati;

- Software applicativo: sono tutti quei software per i quali è invece

necessaria l’installazione.

2. La programmazione

I software devono essere programmati dai programmatori traggono la loro

origine dall’implementazione degli algoritmi.

Come abbiamo visto, un algoritmo è una descrizione esplicita di un processo

(cioè che elenca tutti i procedimenti di quel processo), cioè una sequenza finita

di operazioni eseguibili meccanicamente:

- sequenza finita: in quanto un algoritmo non può essere costituito da una

serie infinita di elementi;

- operazioni eseguibili meccanicamente: in quanto questo deve essere

eseguito da una macchina, senza richiedere l’intervento umano per

prendere decisioni, a meno che sia l’algoritmo stesso a chiederlo.

Per implementazione di un algoritmo si intende quindi il trasformare

l’algoritmo in un linguaggio eseguibile dalla macchina.

I programmi vengono sviluppati in un linguaggio di programmazione, cioè

un linguaggio formale definito per permettere al programmatore di specificare

che tipo di dati un calcolatore dovrà trattare, come questi dati verranno

trasmessi e che azioni compiere in certe circostanze.

Esistono numerose tecniche di sviluppo di programmi, anche se un qualunque

programma è fondato su tre concetti chiave:

- variabile: cioè il nome di dato o insieme di dati, cui corrisponde sempre

un numero di locazioni di memoria per contenere i dati;

- istruzione: dichiarativa del tipo di dati; dichiarativa del tipo di dati (es.

numeri interi); assegnazione di un valore a una variabile (es. 12); in

input/output riferita ad un’operazione aritmetica e a un richiamo di

funzione (che permettono all’utente di scrivere e di leggere in date aree

di memoria);

- struttura di controllo: un programma ha delle istruzioni che gli

permettono di decidere cosa fare a fronte di determinati eventi (come

decidere l’ordine di esecuzione delle operazioni oppure decidere cosa fare

quando l’utente clicca col mouse su un determinato punto).

Programmare significa quindi esprimere algoritmi in un linguaggio di

programmazione, attraverso l’implementazione di un algoritmo.

La prima fase della programmazione prevede che il programmatore scriva un

file di testo scritto in linguaggio di programmazione, chiamato programma

sorgente, che sarà poi trasformato in linguaggio comprensibile alla macchina

(codice binario).

Dopo di che si possono utilizzare:

- compilatore: è colui che traduce il programma sorgente, scritto in

linguaggio di programmazione, in un linguaggio macchina (esso è detto

codice oggetto, che è eseguibile per la macchina). Il compilatore non

esegue però direttamente il programma, ma si limita solamente a

tradurlo i