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Corso di Informatica - Concetti di base - Raffaele Grande - 2005 1
Informatica
Telematica
Da Informazione automatica
Studia le macchine e le procedure per il trattamento automatico delle informazioni
Da Telecomunicazioni +
Informatica
Studia l’impiego delle tecnologie informatiche alle telecomunicazioni
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Computer
Hardware
programmabile
costituito da
+ Software
Sistema di elaborazione delle informazioni
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• Supercomputer• Mainframe• Minicomputer• Workstation• Personal computer• Laptop computer o notebook
Categorie di computer
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I Personal Computer sono sistemi utilizzati da singole persone per attività individuali. Sempre più spesso oggi i PC sono collegati in rete e quindi consentono anche un lavoro di gruppo.
Se un personal computer viene utilizzato come terminale di un mainframe, avendo capacità elaborativa propria, viene detto terminale “intelligente”
I notebook o computer portatili sono sistemi molto simili ai Personal computer da tavolo per quanto riguarda le prestazioni, la dotazione di periferiche e i campi di uso, pur essendo molto più leggeri e facilmente trasportabili.
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Hardware e Software
L’hardware è l’insieme di tutti i dispositivi fisici (elettrici, elettronici, meccanici, magnetici, ecc.) che costituiscono il sistema
Il software è l’insieme dei programmi che funzionano sul sistema, utilizzano l’hardware e formano un filtro tra utente e hardware
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Hardware
Periferiche di ingresso (Input)
Memorizzazione
Elaborazione
Periferiche di uscita (Output)
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• Tastiera• Mouse• Scanner• Microfono• Videocamera• Fotocamera• Lettore CD
ROM o DVD• Digitalizzatore
vocale• Touchpad• Track ball
• Monitor• Stampante• Plotter• Altoparlanti• Sintetizzatore
vocale
Ingresso (Input)
Uscita (Output) Ingresso/Uscita (I/O)
• Modem
• Drive Floppy Disk
• Drive Hard Disk
• Masterizzatore CD ROM o DVD
• Touchscreen
Le principali periferiche
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Uno schema logico del computer
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Secondo lo schema di Von Neumann il programma, registrato in memoria centrale, viene letto, decodificato ed eseguito dalla CU (Control Unit) che emette i segnali di controllo verso tutte le altre componenti del sistema: l’Arithmetic & Logic Unit (ALU), la memoria centrale e le periferiche.
CU e ALU costituiscono la CPU (Central Processing Unit)
Unità centrale
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C P U
L’Unità Centrale di Elaborazione (Unità di Controllo + Unità Aritmetico Logica) è il componente principale di un computer, nei personal computer coincide con il
microprocessore
La velocità del processore è data dalla frequenza del suo orologio interno (clock) e si misura in MHz (Megahertz = milioni di cicli al sec)
La potenza di calcolo di un processore si misura invece in MIPS (Milioni di Istruzioni Per Secondo)
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C.P.U. & R.A.M. La memoria centrale del computer si indica con la sigla RAM (Random Access Memory) e contiene il programma in esecuzione e i dati coinvolti nell’elaborazione
Memoria
cache
La cache (interna o di I livello ed esterna o di II livello) è una memoria ad alta velocità che si interpone tra CPU e RAM per velocizzare il prelievo delle informazioni da parte della CPU. Nella cache vengono mantenuti i dati che, in ogni fase, sono più usati dalla CPU
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Il ciclo di lavoro della CPU
1. Fetch preleva dalla memoria centrale l’istruzione da eseguire
2. Decode interpreta l’istruzione prelevata
3. Execute esegue l’istruzione attivando i segnali di controllo
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Diversi tipi di memoria
Memoria centrale
Memorie esterne o di massa
R.A.M Random Access Memory
R.O.M Read Only Memory
Floppy disk 1,4 MB (Magnetico)
Hard disk da 20 GB (Magnetico)
CD-ROM 650-700 MB (Ottico)
DVD 4-17 GB (Ottico)
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Caratteristiche delle memorie
RAM Memoria di lettura/scrittura Temporanea (volatile)
ROM Memoria di sola lettura Permanente
Memorie esterne o di massa:
Floppy disk
Hard disk
CD-ROM
DVD
Contenitori di dati e programmi
Permanenti
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La memoria R.A.M. contiene il programma e i dati coinvolti nell’elaborazione in corso e perde tutti i suoi contenuti quando il computer viene spento.
Riepilogando
La memoria R.O.M. contiene informazioni che il computer deve sempre avere per poter effettuare la fase di avviamento e quindi è permanente e non si può modificare (di sola lettura).
Le memorie esterne (dischi) mantengono nel tempo dati e programmi, quindi sono permanenti e di grande capacità.
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Gerarchia delle memorie
Abbiamo sottolineato come in un computer ci siano diversi tipi di memoria: si può stabilire una “gerarchia delle memorie” che mette in evidenza le loro caratteristiche e le loro differenze di capacità e velocità andando dall’esterno verso l’interno o viceversa
Interno Esterno
Registri della
CPU
Cache interna
(I livello)
Cache esterna
(II livello) RAM
Hard disk
locale
Aumenta capacità *** Diminuisce velocità
Interno Esterno Diminuisce capacità *** Aumenta velocità
Hard disk su
Server di rete
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La memorizzazione delle informazioni
L’unità di misura della capacità di memoria è invece il BYTE costituito da otto bit
Nei sistemi digitali tutte le informazioni sono memorizzate in forma binaria in quanto questa è la forma che richiede il minor numero di simboli (due soli 0 e 1) e quindi di stati elettrici dei circuiti (acceso/spento; on/off). I simboli binari sono detti bit (binary digit).
Il bit è anche la più piccola informazione possibile in quanto rappresenta la scelta tra due sole possibilità e viene quindi usato come unità di misura dell’informazione.
Un esempio di byte è
0 1 1 1 0 0 1 0BITBYTE
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Codifica delle informazioni
Le informazioni coinvolte nei processi di elaborazione, specialmente nelle applicazioni multimediali, sono di tipi diversi:
• Dati numerici
• Testi
• Immagini ferme e in movimento
• Suoni
I vari tipi di informazione sono convertiti in binario (digitalizzazione) attraverso codici diversi che hanno in comune la caratteristica di essere binari
In generale un codice è un’associazione tra un significato e un insieme di simboli di un alfabeto. Un codice binario usa un alfabeto di due soli simboli (i bit 0 e 1). Con un tale alfabeto con un bit si possono rappresentare 21=2 informazioni (0 e 1), con due bit 22=4 informazioni (00, 01, 10, 11); con tre bit 23=8, in generale con n bit si possono rappresentare 2n informazioni diverse.
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I numeri sono codificati nel sistema di numerazione binario, che utilizza le due sole cifre 0 e 1, con modalità diverse a seconda che si tratti di numeri interi o numeri reali
I testi sono codificati con codici standard binari che associano a ciascun carattere alfanumerico un gruppo di bit, ad esempio
A 01000001
3 00110011
? 00111111
E così via ……….
Codifica binaria delle informazioni (1)
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Il codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
codifica ogni carattere con 7 bit e quindi, dal momento che 7 bit si possono combinare in 27=128 modi diversi, si rappresentano 128 caratteri diversi:
•26 lettere minuscole (a – z)
•26 lettere maiuscole (A – Z)
•10 cifre numeriche (0 – 9)
•Segni di punteggiatura (. , : ; ? ! …..)
•Caratteri speciali (“ £ $ % & / ( ) ^ = * § + - …………)
•Caratteri di controllo (caratteri non stampabili)Per esigenze di completezza e di internazionalizzazione : codifica di testi con vocali accentate, in greco, cirillico, cinese, giapponese etc sono stati creati codici più estesi che utilizzano un maggior numero di bit per ogni carattere come l’ASCI esteso a 8 bit o l’UNICODE, inizialmente a 16 bit, e in seguito esteso a 32, di cui l’ASCII è un sottoinsieme.
Codifica binaria delle informazioni (2)
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Le immagini sono scomposte in punti (PIXEL da Picture Element) ciascuno dei quali, poi, è codificato con un certo numero di bit. E’ abbastanza evidente che quanto maggiore è il numero dei pixel tanto migliore è la qualità dell’immagine.
La risoluzione è data dal numero di pixel in orizzontale per quello in verticale, ad esempio 800X600.
La profondità di colore è data dal numero di bit usati per codificare i colori fondamentali di ciascun pixel, ad esempio in una codifica RGB (Red-Green-Blue) 8 bit per il rosso, 8 per il verde e 8 per il blu, per un totale di 24 bit e un totale di colori possibili di 224=16.777.216 .
Codifica binaria delle informazioni (3)
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Codifica binaria delle informazioni (4)
I suoni sono digitalizzati per campionamento temporale e ogni campione è codificato con un certo numero di bit. Anche in questo caso quanto maggiore è il numero di campioni di suono prelevati in un secondo (frequenza di campionamento) tanto migliore è la qualità del suono.
Ogni campione è codificato con un certo numero di bit, più alto è questo numero migliore è la qualità della riproduzione. Il numero di bit necessari raddoppia per la codifica di segnali stereo.
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Il file
Sulle memorie di massa tutte le informazioni sono memorizzate all’interno di una struttura detta
file
Ciascun file è caratterizzato da un nome, da un tipo, da una dimensione e da una posizione all’interno di una struttura più ampia chiamata
file system
Un esempio di file system è quello usato dal sistema operativo Windows costituito dall’insieme di cartelle, sottocartelle e file residenti su ciascun disco presente nel sistema.
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Avremo quindi file di tipo diverso a seconda delle informazioni contenute:
•Testi
•Immagini
•Suoni
•Video
•Programmi
•File di sistema
All’interno di ciascuna categoria si possono avere diversi tipi di codifica che danno origine a formati di file diversi. Oltre che dalla forma dell’icona ad essi associata i diversi tipi di file si distinguono anche da una estensione che viene aggiunta al nome: ad esempio
per i testi alcune estensioni sono doc, txt, rtf, pdf;
per le immagini: jpg, bmp, gif
e così via.
Informazioni e file
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Tipi di fileAbbiamo già accennato al fatto che, come esistono diversi tipi di informazione, così esistono diversi tipi di file
Soprattutto quando si usano o si realizzano applicazioni multimediali è necessario avere dimestichezza con diversi tipi di file
Le principali categorie di file sono:
File di sistema sys, libFile eseguibili com, exe, batFile di testo txt, rtf, pdf, docFile grafici gif, jpg, bmp, …..File video mov, mpg, avi, ….File audio wav, mid, mp3, …..
estensioni
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Compressione dei file
Come si è visto sia per le informazioni grafiche che per quelle audio sono necessarie grandi quantità di bit per la loro codifica, questo comporta problemi di capacità per la memorizzazione e di tempo per la trasmissione a distanza di questi file.
Per diminuire le dimensioni dei file sono disponibili due sistemi:
1. Uso di programmi di compressione per ridurre le dimensioni dei file che poi, per essere utilizzati, sono riportati alle dimensioni originali (scompattati) . Esempio winzip
2. Uso di codici di compressione che codificano le informazioni (audio, grafiche e video) con un minore numero di bit, mantenendo il più possibile inalterata la qualità della rappresentazione.
Esempio file mp3 per la musica, mpeg per il video etc.
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Per indicare la capacità delle memorie e le dimensioni di un file si usano i multipli del
BYTE
KB (Kilobyte) = 210 = 1024 Byte
MB (Megabyte) = 1024 KB
GB (Gigabyte) = 1024 MB
TB (Terabyte) = 1024 GB
……………………….
Misura delle memorie
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Le copie di sicurezza dei dati
I contenuti delle memorie possono essere persi per cause accidentali: guasti, virus ecc.
E’ opportuno quindi fare delle copie dei dati importanti.
Questa operazione viene spesso indicata col termine
BACKUP
Per il backup dei dati vengono utilizzati dei supporti di memoria che, a seconda della quantità di dati da copiare, vanno dai semplici floppy disk agli ZIP disk ai CD-ROM e alle unità a nastro magnetico (Data cartridge).
Il backup deve essere eseguito ogni volta che i dati sono variati. I dati importanti di un’azienda possono essere salvati una o più volte al giorno.
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Protezione dei dati
Per limitare l’accesso ai dati solo alle persone autorizzate si può fare uso di password (gruppi di caratteri alfanumerici) che devono essere digitate per accedere all’uso del computer o di alcuni archivi in esso memorizzati.
Alcune volte alla password può essere abbinato un badge (scheda da inserire in una apposita periferica di lettura)
Per proteggere i dati da danneggiamenti dovuti a mancanza di alimentazione elettrica si possono usare dispositivi UPS (Uninterruptible Power Supply o gruppi di continuità) che garantiscono un’alimentazione elettrica sufficiente per salvare i dati e chiudere il sistema in modo corretto.
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I virus informatici
I virus del computer sono programmi nascosti, capaci di diffondersi e di replicarsi trasmettendosi da un computer all’altro attraverso i dischi e le reti. Possono provocare effetti fastidiosi o veri e propri danni come la cancellazione dei dati o il blocco del sistema. La difesa consiste nell’uso di programmi antivirus che però, per essere efficaci, devono essere continuamente aggiornati.
Alcuni tipi di virus:
Cavalli di Troia
Bombe a orologeria
Bombe logiche
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Software di sistema & Software applicativo
Il software di sistema (o di base) non svolge nessuna applicazione particolare ma è indispensabile al funzionamento generale dell’hardware con cui è in contatto diretto e offre una macchina virtuale al software applicativo e all’utente
Il software applicativo esegue specifiche applicazioni (elaborazione testi, contabilità, giochi, ecc.) e utilizza l’hardware attraverso il software di sistema
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Firmware BIOS (Basic Input Output System)
Il BIOS, memorizzato nella ROM, svolge le seguenti funzioni principali:
• gestisce l’avvio del computer
• esegue il POST (Power-On Self-Test)
• memorizza le impostazioni di sistema riguardanti il processore, la memoria
centrale e le periferiche
Le impostazioni del BIOS possono essere modificate tramite il Setup del BIOS
Il programma di setup può essere lanciato digitando combinazioni di tasti subito dopo l’accensione. Comunemente è sufficiente premere il tasto Canc
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Software
Software di sistema
Software applicativo
• Sistema Operativo
• Drivers dei dispositivi
• Utilities
• Produttività individuale
• Comunicazione
• Gestione aziendale
• Applicazioni scientifiche
• Multimedialità
• Didattica
• Studi professionali
• Giochi
• - - - - - - - - - -
Classificazione
del
software
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Il Sistema Operativo
E’ il software fondamentale del computer e gestisce tutto il suo funzionamento dall’accensione allo spegnimento.
Le sue funzioni principali sono:
• La gestione delle risorse del computer (unità centrale e periferiche)
• La gestione dei file (i contenuti delle memorie esterne)
• La gestione dei programmi applicativi
• La gestione dell’interfaccia con l’utente
• La gestione della sicurezza
Corso di Informatica - Concetti di base - Raffaele Grande - 2005 36
Tipi di Sistema Operativo
• A interfaccia utente testuale (a comandi)
• A interfaccia grafica (GUI Graphical User Interface)
• Multitasking in grado di gestire più attività contemporaneamente
• Multiutente in grado di far lavorare più utenti contemporaneamente
Corso di Informatica - Concetti di base - Raffaele Grande - 2005 37
Esempi di Sistemi Operativi
DOS Interfaccia testuale
Monotasking Microsoft
Windows Interfaccia grafica
Multitasking Microsoft
Unix Interfaccia testuale
Multitasking Bell Laboratories
Linux Interfaccia testuale e grafica
Multitasking Open source
(gratuito)
OS 2 Interfaccia grafica
Multitasking IBM
Mac OS Interfaccia grafica
Multitasking Apple
Corso di Informatica - Concetti di base - Raffaele Grande - 2005 38
SW applicativo
• Elaborazione testi• Tabelle di calcolo• Gestione archivi e
database• Comunicazioni• Presentazioni• Grafica
• Giochi• Contabilità • Gestione aziendale• Didattica • Studi professionali• Desktop publishing
• Multimedialità
E molto altro ancora……
Programmi generici o general purpose Programmi specifici
Corso di Informatica - Concetti di base - Raffaele Grande - 2005 39
Installazione dei programmi
Normalmente il software viene distribuito su CD-ROM o, recentemente, su DVD. Per utilizzarlo è necessario eseguire l’installazione sull’hard disk dove poi il programma rimarrà e potrà essere usato ogni volta che si vuole.
L’installazione copia il programma sull’hard disk e crea le condizioni per la sua esecuzione sul sistema operativo in funzione sulla macchina.
Le procedure di installazione sono abbastanza standardizzate e guidano l’utente passo passo fino alla conclusione dell’operazione.
Corso di Informatica - Concetti di base - Raffaele Grande - 2005 40
Diritti d’autore (copyright) del software
Quando si acquista un programma non se ne acquisisce la proprietà ma il diritto di usarlo, cioè la licenza d’uso.
Licenza monoutente
Licenza multiutente
Shareware software distribuito gratuitamente ma soggetto ai diritti d’autore, si può usare per un certo periodo di tempo, al termine del quale è necessario acquistarlo.
Freeware software completamente gratuito, può essere liberamente copiato e distribuito.
Open source software gratuito di cui è disponibile anche il codice sorgente. Gli utenti possono contribuire al suo sviluppo e ampliamento