Sistemi di elaborazione delle informazioni

Codifica digitale di un testo

La codifica binaria dell'informazione, non riguarda solo informazioni numeriche ma anche i testi per essere elaborati o trasmessi devono avere una rappresentazione binaria. Ciascun carattere alfanumerico, di punteggiatura o di controllo deve essere rappresentato nei termini di un codice binario.

Mezzo per la rappresentazione di caratteri alfanumerici è l'American Standard Code for Information Interchange (ASCII), che permette la lettura del testo a qualsiasi programma o sistema operativo. Esso utilizza 8 bit (sequenze di 0 e 1) per rappresentare ciascun carattere. Ogni carattere digitato dalla tastiera viene quindi trasformato in un'opportuna sequenza binaria di 8 bit nella rappresentazione interna, ogni sequenza di 8 bit equivarrà a un numero decimale dell'ASCII che conferirà all'interfaccia, alla rappresentazione esterna, il carattere.

alfanumerico scelto. Con 8 bit è possibile rappresentare i numeri da 0 a 255, ma solo i numeri da 32 a 126 sono assegnati a caratteri stampabili cioè lettere e simboli, per cui solo 94, di cui 52 lettere (26 min, 26 Maiusc.); dal 0 al 31 e dal 127 in poi caratteri non stampabili.

Esempio: Carattere: A Codice ASCII: 01000001 Numero ASCII corrispondente: 65

Architettura dei calcolatori

Cos'è un calcolatore? Il calcolatore è un mezzo attivo per la rappresentazione delle informazioni che permette di raccogliere (memorizzare) enormi quantità di dati, renderli disponibili a più utenti in più parti del mondo ed è in grado di elaborare i dati, prendere decisioni su questi, tutto ciò in maniera automatica, mediante una sequenza di istruzioni (ossia gli algoritmi rappresentati dal programma), per questo motivo è anche definito un elaboratore di dati, elettronico poiché elabora e memorizza dati utilizzando componenti elettroniche.

Digitale poiché memorizza e manipola segnali digitali basati sulle cifre binarie {0, 1}, che poste in opportune sequenze consentono di rappresentare numeri, parole, suoni, immagini e filmati video.

Elaborazione automatica delle informazioni fatta da un calcolatore:

Per l'elaborazione automatica serve:

1. una macchina, l'HARDWARE (HW): le componenti fisiche, elettroniche e meccaniche che compongono il computer, quali il chip, il mouse, il lettore CD-ROM, il monitor, le schede, la tastiera, l'unità principale ecc
2. un programma = SOFTWARE (SW): le componenti astratte, ossia l'insieme di tutti i programmi che si usano in un computer, cioè le istruzioni che gli consentono di funzionare e di svolgere il proprio lavoro
3. Le informazioni

Tre componenti interdipendenti, in quanto se viene meno il componente che elabora; se manca il software non si hanno le istruzioni per automatizzare l'elaborazione; se mancano le informazioni manca l'oggetto

sucui agire.L'ARCHITETTURA DI CALCOLATORE DI Von Neumann:

1. Memoria: componente hardware che mantiene dati e programmi (software)
2. Processore (CPU): è una componente hardware che ha il ruolo di esecutore capace di interpretare le istruzioni richieste dai programmi programmi (istruzioni elementari)
3. Sottosistema di interfaccia (Input/Output): si tratta di componenti hardware quali tastiera, stampante, schermo, ... che permettono all'utilizzatore di comunicare dati (input) e programmi e di ottenere i risultati (dati output).

La comunicazione fra i tre sottosistemi viene effettuata attraverso un dispositivo fisico detto bus di interconnessione, attraverso il quale il processore CPU legge\scrive dati e programmi in memoria; trasferisce la memoria al dispositivo di interfaccia e viceversa; esegue le istruzioni.Il bus non permette solo la connessione tra i componenti interni di un calcolatore, ma cura anche la comunicazione fra due calcolatori diversi (es. via telefono\modem).via ethernet con opportune schede di connessione) Per quanto riguarda la memoria, bisogna distinguere tra memoria principale e memoria di massa. MEMORIA PRINCIPALE: quella con cui intendiamo la memoria di un calcolatore e si parla di:

• Memoria Principale - RAM: Random Access Memory: è ad accesso casuale, poiché il processore può accedere direttamente a qualsiasi locazione di memoria. È differente dall'accesso sequenziale (es. nastri). Il tempo di accesso ai dati è indipendente dalla loro posizione nella memoria. È volatile, perché perde tutte le informazioni quando viene tolta l'alimentazione elettrica; di lettura e scrittura, i dati possono sia essere scritti che letti e contiene temporaneamente memorizzati i dati e le istruzioni che sono in fase di elaborazione, cioè quelli che sto utilizzando in un dato momento, cioè programmi applicativi aperti in quel momento; i dati di input che il programma elabora in

quel momento e i dati output che il programma dà come risultante in quel momento. Contiene inoltre il nucleo del sistema operativo. La dimensione della RAM (e di tutte le altre memorie) si misura in Byte. La RAM ha dimensioni limitate: in un personal computer possono andare da 512 MB a 16 GB. I costi medi sono di circa 7 € a GB (dipende dalle tecnologie con cui è realizzata). Memoria ROM = Read-Only Memory: risiede nella scheda madre memoria ad accesso casuale; disola lettura e quindi le informazioni non possono essere modificate; è permanente/non volatile, poiché mantiene le informazioni anche in assenza di energia elettrica; contiene informazioni pre-caricate durante la produzione, nonché tutte le informazioni necessarie all'avvio e al funzionamento del calcolatore. È caratterizzata all'avvio infatti dal programma di autotest, che verifica se tutte le componenti sono funzionanti e dal programma di caricamento (bootstrap) che carica.il sistema operativo. Inoltre è caratterizzato dal programma di accesso alle periferiche (BIOS) che permette nello specifico di avere controllo del funzionamento hardware input e output. Nel modello di architettura di Von Neumann è presente un solo tipo di memoria (RAM). Spesso i tempi di attesa per la lettura di dati e istruzioni dalla memoria si presentavano alti, per cui la memoria stava diventando il "collo di bottiglia" del calcolatore, cioè un impedimento, un limite. Si notò che i tempi di propagazione del processore nell'esecuzione delle informazioni erano diventati molto più alti rispetto al passaggio di queste dalla RAM al processore. Pertanto l'obiettivo dei progettisti era quello di ridurre i tempi di accesso alla memoria per cercare di adeguarli al tempo di esecuzione delle istruzioni. Non tutta la memoria deve diventare più rapida (costi elevati). È sufficiente avere una alta velocità nella zona di memoria in

cui sono memorizzati dati e istruzioni che servono in un dato momento

Principi di località della memoria e Memoria Cache:

Località temporale: quando una cella di memoria viene utilizzata, è probabile che presto venga utilizzata di nuovo

Località spaziale: quando una cella di memoria viene utilizzata, le celle vicine hanno un'alta probabilità di essere a loro volta utilizzate di lì a poco

Tutto ciò è reso possibile dalla Memoria Cache, una memoria piccola e veloce posta tra il processore e la memoria principale. Memorizza soltanto gli elementi utilizzati recentemente.

Funzionamento: Quando il processore ha necessità di accedere ad una informazione, la cerca nella cache: se la trova, vi accede in tempi molto rapidi; se non la trova, accede alla memoria RAM (più lenta) e legge i dati e poi copierà i dati letti nella cache, insieme ad alcuni dati vicini (principio di località spaziale) a quelli letti.

Poiché potrebbero servire nell'immediato futuro. La memoria cache rende estremamente più veloce il funzionamento del calcolatore.

MEMORIA DI MASSA: è una memoria più che altro accessoria e talvolta periferica, infatti nell'architettura di Von Neumann non viene identificata nella memoria, ma nei dispositivi di Input/Output.

La memoria di massa è utilizzata per l'archiviazione, in quanto è la memoria in cui archiviare dati e programmi a lungo termine, è non volatile, perché non si cancella nella fase di arresto, di grandi dimensioni, economiche e con velocità lenta.

Possono essere:

• Dischi Magnetici (Disco Rigido) = Hard disk: sono costituiti da piatti rigidi ricoperti da materiale magnetizzabile, posti in rotazione a velocità costante, che permettono la lettura e la scrittura. Una testina comandata da un motore si muove sul disco.

Sono riscontrabili possibili Guasti: se le testine urtano il disco, si riga la superficie magnetizzata e si perdono i dati.

superficie o si rompono le testine

Le dimensioni sono fino a diversi TB

Dischi ottici: Realizzati di materiale riflettente; Il valore del bit è 0 o 1, in base se in un dato punto c'è unarientranza che impedisce o meno alla luce di un laser di essere riflessa

• CD-ROM: Compact Disk Read Only Memory: Pre-registrati, ossia scritti, al momento del lorostampaggio e sono quindi di sola lettura, sebbene vi siano anche CD vergini e quindi riscrivibili più volte
• DVD: Digital Video Disk: più capienti dei CD-ROM (stessa dimensione fisica, ma tecnologia più avanzata)
  • DVD-ROM: a sola lettura
  • DVD-R: registrabili una volta (Masterizzare), vergini e scrivibili una sola volta per tutte
  • DVD-RAM: masterizzabili/riscrivibili più volte

Sottosistema di interfaccia di Input e Output: consta di tutte quelle periferiche, ossia i dispositivi esterni collegati ad un calcolatore

Dispositivi di input = consentono di inserire i dati da elaborare (es. mouse, tastiera)

1. preleva dalla memoria principale la "prossima" istruzione da eseguire (FETCH)
2. Preleva gli operandi specificati nell'istruzione
3. Esegue

Memoria RAM = Random Access Memory: è la memoria principale del computer, temporanea e volatile, in cui vengono memorizzati i dati e le istruzioni che il processore deve elaborare. La RAM è divisa in celle, ognuna delle quali può contenere un bit di informazione. Memoria ROM = Read Only Memory: è una memoria di sola lettura, non volatile, in cui sono memorizzate le istruzioni di base per l'avvio del computer e il suo funzionamento. Le informazioni contenute nella ROM non possono essere modificate dall'utente. Scheda madre = è la scheda principale del computer, su cui sono montati i componenti fondamentali come il processore, la memoria RAM, la scheda video, la scheda audio, ecc. La scheda madre permette la comunicazione tra i vari componenti del computer. Scheda video = è la scheda che gestisce l'output video del computer, permettendo la visualizzazione delle immagini sul monitor. La scheda video contiene una memoria video dedicata e un processore grafico che si occupa di elaborare le immagini da visualizzare. Scheda audio = è la scheda che gestisce l'output audio del computer, permettendo la riproduzione dei suoni attraverso gli altoparlanti o le cuffie. La scheda audio contiene un processore audio dedicato e una memoria audio per la riproduzione dei suoni. Periferiche di input = sono i dispositivi che permettono di inserire dati nel computer, come la tastiera, il mouse, lo scanner e il microfono. Periferiche di output = sono i dispositivi che presentano all'esterno i risultati dell'elaborazione del computer, come il monitor video, la stampante e gli altoparlanti. Processore CPU = Central Processing Unit: è il componente principale del computer, situato sulla scheda madre, che esegue le istruzioni di un programma. È composto da diverse componenti, tra cui l'ALU (arithmetic logic unit, unità aritmetico/logica) che svolge le operazioni logico-matematiche, i registri che sono piccole zone di memoria interne al processore, e la CU (control unit, unità di controllo) che coordina le azioni necessarie per l'esecuzione delle operazioni. 'istruzione (EXECUTE)4. Restituisce il risultatoProcessori multi core (Dual Core, Quad Core): è l'