Introduzione all’informatica
Copyright DELFINI Andrea
Sistemi numerici
Sistema decimale
La memorizzazione dei dati
Sistema binario
La rappresentazione dei dati
Trasmissione parallela di dati Trasmissione seriale di dati
L’elaborazione dei dati
Schema a blocchi di un micro-computer
Le unità di entrata e di uscita
Sistema esadecimale
Il codice ASCII
Hardware & Software
Schema a blocchi di un Computer
L’unità centrale CPU
Le memorie
Fine
Sistemi numerici
I sistemi numerici servono a
rappresentare informazioni.
Un concetto chiaro, per esempio 29,
può essere rappresentato come segue:
291  11112  358  1 D16
Decimale
Duale
Ottale



1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
2
3
4
5
6
7
Esagesimale

1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
Per evitare confusione la base del
sistema viene sempre messa ad indice.
Nell’elaborazione dei dati lo zero viene
barrato per differenziarlo dalla lettera
O.
Le proprietà di un sistema numerico sono:
•Cifre a disposizione: numero delle cifre utilizzabili
•Valore: il valore di una cifra dipende dalla sua
posizione nel numero
•Base: è il fondamento di ogni sistema numerico;
Le cifre a disposizione sono la base
Le loro posizioni sono valori di potenza della base
Sistema decimale
num. decimale
valore
valore decimale
1
5
6
100
10
1
1 . 100 + 5 . 10 + 6 . 1 =
Il sistema decimale ha a disposizione 10 cifre.
Per riconoscere la base si usa spesso una
lettera D oppure nulla.
156
Sistema binario
L’elaborazione delle informazioni, cioè numeri, dati e ordini viene
eseguita nel computer comparando, combinando e scorrendo numeri
duali, cosiddetti modelli binari.
numero binario
potenze di 2
valore
valore decimale
1
0
0
1
7
6
5
4
128
64
32
16
1 . 128 + 0 . 64 + 0 . 32 + 1 . 16 +
1
3
8
1.8+
1
2
4
1.4+
0
1
2
0.2+
Per riconoscere la base viene spesso usata la lettera B:
100111002  10011100B
O
0
1
0.1=
156
Sistema esadecimale
Il rapporto con i numeri binari
è relativamente difficile.
Lavorando con i microprocessori
si usa più volentieri il sistema
esadecimale.
Esadecimale
9
C16
potenza di 16
161
16
valore
16
1
valore decimale
Il sistema esadecimale ha a disposizione
16 cifre. Le prime 10 sono come nel
Sistema decimale
mentre le altre 6 sono le lettere
dell’alfabeto dalla A alla F.
Per riconoscere la base si usa
spesso la lettera H, per
esempio:
9C16  9CH  9CH
9 . 16 + 12 . 1 = 1561
Possibilità di confusione:
BEFFA
è intesa come parola
OBEFFAH
è invece un numero esadecimale
Per convertire un numero binario in uno esadecimale vengono formati dei
gruppi di 4 numeri binari. Il gruppo di sinistra deve eventualmente essere
completo con degli zeri. Ad ogni gruppo di 4 corrisponde un numero
esadecimale.
Esempio:
gruppi di quattro
11
11
numero binario 9
numero esadecimale
C
9C
!!! Numeri esadecimali che iniziano con una lettera devono essere scritti
iniziando con uno zero
decimale

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
binario

1
1
11
1
11
11
111
1
11
11
111
11
111
111
1111
Hex

1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
La memorizzazione dei dati
1 bit
1 byte
1
1
oppure

0

0
1
1
0
1
8 bit
1 bit (binary bigit) è la più piccola unità di informazione per i dati: 0 o 1.
1 byte consiste in 8 bits. È la più piccola unità di informazione per rappresentare
simboli codificati, per esempio lettere, cifre, segni speciali, ordini.
1 kB (kiloByte)
1 MB (MegaByte)
210 Byte 1024 Byte
210 kB
1024 kB
Il concetto di Byte viene usato anche per definire la capacità di una memoria.
Capacità di memorizzazione
Cervello umano: capacità irraggiungibile
A occhio e croce un cervello umano memorizza 62,5
milioni di pagine A4 con ognuna 2000 simboli ognuno dei
quali è rappresentato da 8 bit: quindi circa 1 milione di
megabit.
Capacità di memorizzazione dei dati
Tipo di memoria
Capacità per unità
Numero di pagine A4
Densità in bit/mm2
Velocità di lettura e
scrittura
1 pagina A4
(2000 simboli)
16 Kbit
1
0.45
150 bit/s
Memoria a semiconduttori
256 Kbit
16
10 x 103
5 Mbit/s
Memoria magnetica
1 Mbit
62.5
15 x 103
50 Kbit/s
Disco
560 Mbit
35000
15 x 103
15 Mbit/s
nastro
720 Mbit
45000
1 x 103
10 Mbit/s
Memoria olografica
10000 Mbit
630000
1000 x 103
100 Mbit/s
Compact Disc CD
15000 Mbit
940000
270 x 103
4.5 Mbit/s
Cervello
1 Mio Mbit
(memoria continua)
62.5 Mio
(109/cm3)
1 bit/s
memoria lunga durata
50 bit/s
memoria corta durata
La rappresentazione dei dati
Un computer può elaborare direttamente numeri, lettere o segni speciali. È
necessario che abbia tutti i simboli in una lingua a lui conosciuta.
All’interno i segni vengono rappresentati e trasportati con degli stati di
tensione (tensione = 1, nessuna tensione = 0 ). Il sistema binario serve a
questo scopo.
Per rappresentare 128 simboli occorre una combinazione di 7 bit
(27 = 128 simboli).
Per la rappresentazione e la trasmissione dei simboli viene usato il codice:
ASCII
ASCII (American Standart Code for Information Interchange = codice
standart americano per lo scambio di informazioni)
Il codice ASCII a 7 bit
7
6
5
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
2
3
4
5
6
7
NUL
SOH
STX
ETX
EOT
ENQ
ACK
BEL
BS
HT
LF
VT
FF
CR
SO
SI
DLE
DC1
DC2
DC3
DC4
NAK
SYN
ETB
CAN
EM
SUB
ESC
FS
GS
RS
US
SP
!
"
#
¤
%
&
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
:
;
<
=
>
?
@
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
[
\
]
^
_
'
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
x
y
z
{
|
}
__
DEL
codice binario
parte di valore alto
4
3
numero dei bit
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
(
)
*
+
,
.
/
parte di valore
basso
Tabella completa
Significato dei simboli di comando
HEX-Code
Significato dei simboli di comando
NUL
SOH
STX
ETX
EOT
ENQ
ACK
BEL
BS
HT
LF
VT
FF
CR
SO
SI
DLE
DC1
DC2
DC3
DC4
segno di riempimento
inizio della testata
inizio del testo
fine del testo
fine della trasmissione
domanda della stazione
risposta positiva
cicalino (suoneria)
passo indietro
tabulatore orizzontale
a capo
tabulatore verticale
avanzamento a pagina seguente
a capo inizio linea
commutazione continua
ritorno
commutazione trasmissione dei dati
comando apparecchio 1
comando apparecchio 2
comando apparecchio 3
comando apparecchio 4
NAK
SYN
ETB
CAN
EM
SUB
ESC
FS
GS
RS
US
DEL
SP
risposta negativa
sincronizzazione
fine del blocco di dati trasmesso
non valido
fine nota
sostituzione
commutazione
separazione gruppi principali
separazione gruppi
separazione sottogruppi
separazione gruppi parziali
cancellare
spazio
La trasmissione dei dati
Trasmissione parallela
1
0
0
1
1
1
0
1
trasmettitore
Trasmissione seriale
trasmettitore
ricevitore
1001
ricevitore
1 Bit
1
1 Bit
101
1 Byte
1. Bit byte del dato
1
0
0
1
1
1
0
1
10111001
t
Startbit
Stopbit
Trasmissione parallela
• 8 bit sono trasmessi
contemporaneamente
•il ricevitore sisponde al
trasmettitore che ha ricevuto i
dati
•sono necessarie 8 linee
•la trasmissione è veloce
La velocità di trasmissione
viene espressa in:
Byte/s o B/s
Trasmissione seriale
•Si trasmette 1 bit alla volta
•trasmettitore e ricevitore
devono essere sincronizzati
•è necessaria una sola linea
•la trasmissione seriale è più
lenta della parallela
La velocità di trasmissione viene
data in Baud- Rate.
1 Baud = 1 bit/s o b/s
Velocità tipiche:
300/ 1200/ 2400/ 4800/ 9600 b/s
Hardware & Software
Hardware = materia dura
Tutti gli elementi meccanici ed
elettronici di un computer.
Software = materia morbida
Tutti i programmi e i dati necessari al
lavoro di un computer.
Comparazione
lunedì- venerdì, salvo giorni festivi generali e cantonali
lugano
5.3
6.25
6.5
sorengo
5.32
6.27
6.52
sorengo laghetto
5.33
6.28
6.53
cappella d'agnuzzo
5.34
6.29
6.54
persona
Una ferrovia funziona solo
grazie al giusto lavoro di
persone, attrezzature e piani
orari.
Una musica sublime si ottiene
solo con un ottimo violino e un
musicista allenato.
Un computer lavora senza
errori solo con un’unità capace
e con utilizzo e programmi
corretti.
Hardware e software formano un’unità
L’elaborazione dei dati
Entrata
Uscita
Computer
convertitore
Elaborazione
dati e
memorizzazione
convertitore
Schema a blocchi di un Computer
Costituzione di un computer
(per esempio Commore 64)
Memoria fissa (ROM)
Unità entrata/ uscita
Memoria lettura/ scrittura
Unità centrale CPU
Dati
Unità centrale processore 6518
Memoria - ROM 28 kB
- RAM 64 kB
Frequenza 1MHz
Schema a blocchi di un micro-computer
Bus di comando
Unnità di comando
CPU
Unità di calcolo
RAM
ROM
I/O
Entrate e uscite
Registr (memoria)
Bus di indirizzi
Bus di dati
CPU
Unità centrale consiste
in un microprocessore
Memoria
(memoria di lavoro)
interfacccia
periferia
CPU = Central Processing Unit (unità centrale di elaborazione)
La definizione classica di CPU comprende l’unità di comando, l’unità di
calcolo e la memoria di lavoro.
Nei microcomputer moderni l’unità centrale è composta da un
microprocessore. La memoria dei programmi e dei dati è esterna alla CPU.
ROM = Read Only Memory
(memoria di lettura)
RAM = Random Access Memory
(memoria di lettura / scrittura)
BUS = connessioni
I/O = Input / Output
(entrata e uscita dei dati)
L’unità centrale (CPU)
La CPU è l’unità di lavoro del computer. Prende gli ordini, li decodifica e
li esegue. Una caratteristica della CPU è il numero di bit (lunghezza della
parola) che possono essere elaborati in una sola volta, l’ARCHITETTURA.
bus interno
Flag
registri
ALU
accu
calcolatore
comando
clock
buffer
Comando
Coordina l’esecuzione
degli ordini del
microcomputer.
Il comando riceve gli
ordini del programma nella
memoria di lavoro e li
collega. Per far questo
vengono generati i segnali
necessari.
Calcolatore
La centrale di elaborazione dei
dati.
Consiste nell’ALU, registri di
flag e accumulatore.
Flag: segnalatore di dati
dell’ALU.
Accumulatore: è legato
all’ALU, registro
principalmente del
microprocessore. Tutte le
operazioni passano attraverso
l’accumulatore.
Registri
Piccole memorie (fogli di
appunti del microprocessore).
I dati elaborati vengono
memorizzati qui
momentaneamente.
Altri componenti
Buffer:distributore e comando
di dati e indirizzi.
Clock: serve per l’esecuzione
temporale e per il comando
degli elementi collegati al
Microcomputer.
Le memorie
Sguardo sulle memorie
Principio della memorizzazione
Memoria di sola lettura (ROM)
Principio di una cella di memoria
Presentazione modello
Memoria di lettura e scrittura (RAM)
Sguardo sulle memorie
Nei computer odierni prevalgono le memorie a semiconduttori di tipo
RAM e ROM per i programmi ed dati.
Memoria a semiconduttori
Solo di lettura
ROM
di lettura e scrittura
RAM
Maschera
programmabile
ROM
Programmabile
dall’utilizzatore
PROM
Cancellazione
con UV e
programmabile
elettricamente
EPROM
Cancellabile e
programmabile
elettricamente
EEPROM
La capacità di un chip dipende dai
bit memorizzabili:
•1 kbit = 210 bit = 1024 bit
•16 kbit = 214 bit = 16384 bit
•64 kbit = 216 bit = 65536 bit
Maschera programmata ROM
Le informazioni vengono programmate dal
costruttore. Questa procedura rende per la
produzione di massa.
PROM programmabile dall’utilizzatore
(PROM = ROM Programmabile)
L’utilizzatore può programmare lui stesso
l’elemento con un apparecchio appropriato.
Principio della memorizzazione
cella di memoria
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
bus di
indirizzi
decoder
di
indirizzi
1
0
0
0
1
0
0
1
uscita dei
1
0
1
dati
bus dei
dati
EPROM (= Erasable PROM)
Con gli UV si possono cancellare attraverso la finestra tutti i dati. Si possono poi
riprogrammare elettricamente.
EEPROM (= Electrically Erasable PROM)
Si programma e si cancella elettricamente.
0
Memoria di sola lettura (ROM)
La memoria ROM è paragonabile ad un libro. Il contenuto può solo essere letto
e non modificato o cancellato. Le informazioni memorizzate vengono fissate
dal costruttore e restano anche togliendo l’alimentazione (memoria fissa). Nella
ROM ci sono dati e programmi di cui il microprocessore abbisogna per lavorare.
entrata
indirizzi
decoder
di linea
(X)
Il contenuto della
ROM dipende
dall’uso:
• Sistemi operativi
completi o parziali
(monitor)
matrice di memoria
selezione
elemento
decoder
di
colonna
(Y)
comando colonna
esempi
Programmi utilizzatori
completi
uscita buffer
connessioni
Esempi di sistemi operativi
completi o parziali:
• Programmi di start
• Istruzioni di tastiera
• Istruzioni di schermo
• Lavoro con periferiche
• Interpreti (per esempio BASIC)
• Operazioni matematiche (programmi di somma,
sottrazione, moltiplicazione e divisione)
Connessioni
entrata
alimentazione
bus di
indirizzi
uscita
alimentazione
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
bus di
comando
bus di
dati
Principio di una cella di memoria
coordinate a bit del dato
connessione della
coordinata
X
0 Volt
Y
transistor di
scelta
cella di
memoria
Funzione
• Sulla connessione degli
indirizzi la ROM ne riceve
una dalla CPU
• Nella ROM viene
decodificato. I dati
desiderati vengono
preparati nel buffer
• Viene attivata la ROM
desiderata e i dati sono
messi sul databus. I dati
vengono elaborati in
seguito dalla CPU
• Dopo questo ciclo la ROM
viene disattivata dal
circuito di selezione
viene programmata in
modo che il transistor
resta aperto o chiuso per
molto tempo (anni).
Presentazione modello
X
S aperto = 1
S chiuso = 0
0 Volt
A
S
Y
Se sulla connessione X c’è un 1 il transistor di scelta conduce e quindi la
cella è collegata con Y. Quando la cella di memoria conduce Y diventa 0.
Memoria di lettura e scrittura (RAM)
Una RAM è una memoria comparabile ad un’agenda. Il contenuto di ogni
cella può essere letto o riscritto. Questa memoria si chiama volatile
poiché togliendo l’alimentazione i dati vanno persi. Questi componenti
sono la memoria di lavoro di un microcomputer nel quale dati e programmi
possono essere caricati da memorie esterne.
controllo
Decoder di riga
Decoder di
colonna
Matrice di memoria
controllo
Il contenuto della
RAM può essere:
• programmi e dati
• sistemi operativi,
compilers, interpreti,
ecc. letti dalla
memoria principale
connessioni
Direzione
Dati
tipi di RAM
Tipi di RAM
RAM statica
RAM dinamica
connessione per la selezione di
lettura
X
indirizzo
entrate di
scrittura e uscite
di lettura
Il circuito rappresenta un flip- flop.
Dei due transistor in basso uno
conduce e uno è bloccato.
Singola cella/ Comparazione
X
entrata
dei dati
connessione per la
selezione di
scrittura
uscita
dei dati
Il transistor a metà funge da memoria
di carica. Per non perdere il
conteggio deve periodicamente essere
comandato
Singola cella/ Comparazione
Singola cella
Funzione
• Sulla connessione X la RAM riceve un indirizzo dalla CPU
• Dopo ogni ciclo di lettura/ scrittura viene attivata l’input o l’output
• Se si leggono i dati vengono elaborati dalla CPU
• Se si scrivono i dati finiscono nella RAM
Comparazione
Osservare lo spazio necessario per una cella di RAM statica e dinamica
Statica
circa 2:1
Dinamica
Connessioni
entrata
alimentazione
bus di
indirizzi
uscita
alimentazione
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
bus di
comando
bus di
dati
Le unità di entrata e di uscita
Gli elementi di entrata e uscita, cosiddetti chip di interfaccia, sono
responsabili del percorso dei dati fra un microchip e l’esterno. Se i bit
sono trasmessi uno dopo l’altro si parla di interfaccia seriale, se la
trasmissione è contemporanea si parla allora di interfaccia parallela.
Input/ Output
Trasmissione seriale, per esempio:
•stampante
•tastiera
•modem (modulatore/ demodulatore)
Trasmissione parallela, per esempio:
•plotter
•stampante
Principio di un’interfaccia
parallela
Principio di un’interfaccia
seriale
Principio di un’interfaccia parallela
Con le linee di comando si determina se i dati devono entrare o uscire.
Quest’interfaccia permette il percorso parallelo dei dati
entrata
alimentazione
bus di
comando
bus di
dati
uscita
alimentazione
Schema
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
bus di
comando
port B
port A
dati
bus di dati
buffer di
dati
port
A
port = porta
linee di
comando
decodifica
e
comando
segnali di comando
Port
B
1
0
1
1
0
1
1
0
Principio di un’interfaccia seriale
I dati che arrivano nel buffer vengono trasformati in dati seriali nel
trasmettirore e portati all’uscita.
Nel ricevitore ha luogo la conversione da seriale a parallelo.
entrata
alimentazione
bus di
comando
bus di
dati
uscita
alimentazione
Schema
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
bus di
comando
uscita del
trasmettitore
entrata del
ricevitore
dati
bus di dati
buffer di
dati
trasmettirore
10110110
port = porta
bus di
comando
comando
segnali di comando
ricevitore