Paniere di Fondamenti di informatica - Risposte aperte

\ESEMPIO/

175/2 -> 1 175 base10 -> 1010111 base2

87/2 -> 1

43/2 -> 1

21/2 -> 1

10/2 -> 0

5/2 -> 1

2/2 -> 0

1/2 -> 1

0

Riportare la regola di conversione da numero binario a numero decimale facendo anche un

esempio

La prima regola di conversione ci permette di codificare un numero di base binario in un numero

di base decimale. Quindi preso un numero di base2, si moltiplica ogni cifra del numero x2 elevato

all'esponente p, pari alla posizione che ha la cifra nella sequenza e si sommano i vari valori

ottenuti.

\ESEMPIO/

1101010111 = 1x2^9+1x2^8+0+1x2^6+0+1x2^4+0+1x2^2+1x2^1+1x2^0 =

= 512+256+64+16+4+2+1 = 855 base10

Descrivere il metodo di rappresentazione dei numeri in complemento a 2

Il complemento a due è un metodo per rappresentare i numeri positivi e negativi e per eseguire

somme e differenze. Esso antepone al numero un bit di segno in maniera similare al metodo

modulo e segno, ma ciò che differisce il C2, e che nel caso di numeri positivi il bit assume il valore

0, mentre per i numeri negativi si prende il valore assoluto del numero, lo si trasforma in binario, si

invertono tutte le cifre e si aggiunge 1 al numero invertito. La rappresentazione C2 permette la

rappresentazione di valori che vanno da -2^k-1 a 2^(k-1)-1. Per convertire un numero da C2 a

decimale, il procedimento è lo stesso per convertire un numero binario a decimale, attraverso la

prima regola di conversione, moltiplicando ogni bit per il suo peso posizionale tranne per l'ultimo

bit (quello di sinistra) che viene moltiplicato per -1.

Descrivere il processo di codifica di un'immagine

Per decodificare un'immagine si usa la rappresentazione raster, che permette di digitalizzare

l’immagine. Questo significa suddividere l’immagine in celle di dimensione costante, attraverso

una griglia formata da righe orizzontali e verticali, poste tutte alla stessa distanza. Ogni cella

derivante da questa suddivisione prende il nome di pixel (picture element) e rappresenta il più

piccolo elemento costituente l’immagine digitalizzata. Aumentando il numero di pixel si migliora la

ricostruzione dell’immagine. In realtà non esiste un valore fisso di pixel in cui suddividere

l’immagine ma si ragione sul concetto di fedeltà dell’immagine iniziale, che si traduce poi nel

concetto di qualità dell’immagine ricostruita. Quindi l’affermazione per cui, all’aumentare del

numero di pixel, mantenendo costanti le dimensioni dell’immagine, si ottiene un’immagine

riprodotta migliore, vale a dire più fedele a quella originale. Il numero di pixel di cui si compone la

griglia è noto come definizione, mentre la quantità di pixel per unità di misura è detta risoluzione.

Descrivere la codifica RGB

Per la codifica di immagini a colori, si deveno individuare un certo numero di sfumature di

colore differenti, codificando ogni sfumatura con un'opportuna sequenza di bit. Nella codifica RGB

(Red Green Blu – Rosso Verde Blu), ogni pixel è rappresentato da una combinazione dei tre colori.

Utilizzando un byte per ogni colore primario, è possibile rappresentarne 2^8, vale a dire 256

sfumature per ogni colore. Inoltre, ciascun pixel viene codificato con 3 byte, questo porta

all'utilizzo di 24 bit, nei quali i primi 8 bit rappresentano la quantità di rosso, che c'è in quel pixel, i

successivi 8 bit la quantità di verde e negli ultimi 8 bit la quantità di blu. Con la codifica RBG si

possono quindi rappresentare un totale di 256x256x256 oltre 16millioni di colori diversi.

Descrivere il processo di conversione A/D

Il processo di conversione A/D si compone di tre stadi:

1) Campionatura, consiste nella discretizzazione del tempo, ovvero, definire un periodo di

campionamento ed estrarre i valori del segnale analogico corrispondente. In pratica, dato un

segnale analogico d'ingresso, si definisce l'intervallo di campionamento e si prendono i campioni

del segnale ad ogni istante di tempo.

2) Quantizzazione, è la discretizzazione dell'ampiezza del segnale, cioè i valori delle ampiezze

assunti dal segnale, raggruppate in un determinato numero di insiemi detti, intervalli di

quantizzazione, ad ogni intervallo è associato un livello di quantizzazione.

3) Codifica, è il numero, con sequenza 0 e 1, che viene associato ad ogni valore assunto dalla

grandezza nell'intervallo di campionamento e che corrisponde ad un intervallo di quantizzazione.

In pratica, il segnale viene convertito in una serie di stati discreti, rappresentati da un codice

digitale opportuno, 0 o 1. In funzione del numero di bit N, del convertitore A/D, si possono

quantizzare 2^N stati diversi, in uscita si otterrà quindi il segnale codificato come una sequenza di

bit.

Descrivere il processo di campionamento di un segnale

Il campionamento di un segnale analogico, equivale alla conversione del segnale, in una sequenza

di dati digitali, in cui ogni campione è espresso come coppia di valori (ti, Ai); ti è l’istante i-esimo di

campionamento mentre Ai è l’ampiezza assunta dal segnale analogico nell’istante di tempo i-

esimo. In questo modo, nel segnale campionato sia l’ampiezza, data da A, che il tempo t, sono

espressi in forma discreta. Da qui si passa poi al secondo stadio della quantizzazione.

Descrivere il ciclo Fetch – Decode – Execute

Il flusso di esecuzione delle istruzioni, noto come ciclo Fetch-Decode-Execute (Leggi-Decodifica-

Esegui) è quello che esegue un processore, che esegue principalmente le tre operazioni, ovvero, il

processore preleva (fetch) un'istruzione dalla memoria primaria, successivamente avviene la

decodifica (decode), con cui interpreta l'istruzione, ed infine la esegue (execute), combinandola

coi dati relativi all'istruzione stessa. Nello specifico, la fase di Fetch, corrisponde alla fase di

acquisizione dell’istruzione. L’istruzione che deve essere eseguita viene prelevata dalla cella di

memoria e trasferita nel PC, il contenuto della cella di indirizzo PC viene trasferito nel registro IR, il

PC viene incrementato in modo da contenere l’indirizzo dell’istruzione successiva da eseguire.

Nella fase di Decode, viene eseguita da un circuito noto come decodificatore di istruzione, che

converte l'istruzione in segnali che controllano altre parti della CPU. L’istruzione è interpretata

sulla base, di un gruppo di bit interni all'istruzione stessa, chiamato codice operativo, che indica

quale operazione deve essere eseguita. La fase di Execute, invece, corrispondente alla fase di

esecuzione. Dopo le fasi di recupero e decodifica, viene eseguita la fase di esecuzione. Essa può

avvenire in una singola azione o in una sequenza di azioni. Durante ogni azione, varie parti della

CPU sono collegate elettricamente in modo da poter eseguire e completare l'operazione

desiderata, generalmente in risposta ad un impulso di clock. Si torna alla fase di fetch e si riparte

con l’istruzione successiva.

Riportare le componenti di una CPU e le loro caratteristiche

La CPU è composta da tre grandi moduli: l’unità di controllo, l’unità aritmetico logica, detta ALU

(Aritmetic and Logic Unit), e un modulo di registri. L'Unità di controllo (Control Unit – CU), governa

il funzionamento complessivo dell’elaboratore, svolgendo funzioni di controllo e coordinando

l’esecuzione temporale delle operazioni. Stabilisce inoltre, quali istruzioni eseguire, ed è

responsabile del prelievo e della decodifica delle istruzioni. E' responsabile di inviare i segnali di

controllo sul bus per i trasferimenti o le elaborazioni necessarie per l’esecuzione dell'istruzione

decodificata. L'unità logica aritmetica è un circuito digitale contenuto all'interno del processore

che esegue operazioni aritmetico/logiche. Gli ingressi dell'ALU rappresentano: i dati su cui operare

(detti operandi), le informazioni sullo stato delle operazioni precedenti e un codice dell'unità di

controllo che indica quale operazione eseguire. In base all'istruzione in esecuzione, gli operandi

possono provenire dai registri interni alla CPU o da una memoria esterna, oppure possono essere

costanti generate direttamente dall'ALU. Una volta stabiliti gli ingressi, il risultato dell'operazione

eseguita viene posto in uscita all'ALU e può essere a sua volta memorizzato in un registro interno o

in una memoria esterna. I registri sono unità di memoria in cui i dati e le istruzioni su cui si sta

lavorando, vengono immagazzinate temporaneamente. Il loro tempo di accesso è molto più basso

rispetto alle celle della memoria centrale e si distinguono in registri speciali, nella quale troviamo il

Program Counter (PC – contatore di programma) e l’Instruction Register (IR – registro istruzione

IR), e registri generali.

Descrivere il principio di località delle memorie

Il principio di località delle memorie, coniuga la presenza di memorie piccoli e veloci, con memorie

grandi e lente, mantenendo i costi contenuti. Si distinguono in due diversi macro principi, il

principio della località spaziale (nello spazio) e il principio della località temporale (nel tempo). Per

il principio di località spaziale, quando un programma fa riferimento ad un elemento in memoria,

che sia esso un’istruzione o dato, è molto probabile che, in breve tempo, faccia riferimento ad altri

elementi il cui indirizzo è vicino a quello dell’elemento riferito. Invece, per il principio di località

temporale, quando un programma fa riferimento ad un elemento in memoria, che sia esso un’

istruzione o dato, è molto probabile che, in breve tempo, faccia riferimento allo stesso elemento.

Spiegare le modalità di interfacciamento tra processore e dispositivi di I/O

I registri di interfaccia sono caratterizzati da un proprio indirizzo, così come le celle di memoria.

Esistono due diversi approcci di interfacciamento tra processore e dispositivi di I/O:

1) la memory-mapped I/O (I/O mappato in memoria), dove lo spazio di I/O è mappato in una

porzione dello spazio di memoria e si usano le stesse istruzioni per la lettura/scrittura in memoria

separato per l’I/O; i dispositivi sono in uno spazio di indirizzamento separato e sono presenti

istruzioni dedicate alle operazioni di I/O.

Spiegare la modalità di gestione polling dei dispositivi I/O nella comunicazione con la CPU

La modalità polling (controllo di programma) è una delle modalità con cui le interfacce

comunicano alla CPU le informazioni di sincronizzazione dei dispositivi I/O, nello specifico, nella

modalità polling, la CPU verifica ad intervalli prefissati se le periferiche sono attive e se devono

inserire o prelevare dati. L’inter