INFORMATICA
GENERALE
Hardware
Sommario

Da dove nasce l’informatica
 Un

po' di storia dei calcolatori
Computer
 Hardware
 Software
Da dove nasce l’informatica I
Nasce dalla confluenza di tre filoni del sapere:
L’algoritmica = disciplina delle “ricette” per
risolvere i problemi
 L’ingegneria = disciplina del “fare” le
macchine
 La metamatematica = branca della
matematica che si occupa di studiarne le
possibilità

Da dove nasce l’informatica II

Grazie all’ingegneria elettronica si deve la
memorizzazione in bit

Grazie agli algoritmi si riescono a
sviluppare macchine più potenti

Grazie alla metamatematica si riescono a
scrivere buoni algoritmi.
Storia macchine calcolatrici


Un decisivo passo avanti venne compiuto da John
Atanasoff, dell'Università dell'Iowa, che progettò, a partire
dal 1939, il primo calcolatore automatico elettronico .
Negli anni '50 il primato era dell'ENIAC (Electronic
Numerical Integrator And Calculator) di J. Prosper Eckert e
John W. Manchy, dell'Università di Pennsylvania.

Tra il 1965 ed il 1975: riduzione degli ingombri, sostituzione
delle memorie magnetiche con quelle a semiconduttore e la
nascita dei minicomputer.

1981:: IBM presenta il primo computer da scrivania detto
personal computer (PC)
PC – Computer – Elaboratore
Un elaboratore è una macchina che, come tutte le
macchine, serve per trasformare delle materie
prime in prodotti utilizzabili.
 Questa trasformazione avviene in tre fasi:

 l'immissione
della materia prima;
 la lavorazione;
 l'emissione del prodotto finito.

Informazioni trasformate, elaborate ed organizzate
dalla macchina che possiede una estrema velocità
e grandi capacità di calcolo e di memorizzazione.
PC – Computer – Elaboratore
Definizione
Macchina capace di eseguire algoritmi che
elaborano dati in forma binaria.
Il nome completo e’ electronic digital computer dove

electronic significa che utilizza componenti elettronici per rappresentare
ed elaborare l'informazione

digital significa che rappresenta le informazioni utilizzando segnali
digitali (cifre binarie).

computer significa che può immagazzinare dati (ha una memoria) e
elaborare programmi (ha un processore) scritti usando un insieme di
istruzioni prefissato.
Computer
Un computer consta di due componenti:

l’hardware = apparecchiature elettroniche
di vario tipo
 Il
software = insieme delle informazioni
che stanno nel computer che servono ad
animarlo
Computer:::Hardware I
Lista dei componenti essenziali:
►
CPU o processore
Motherboard o scheda madre
RAM o memoria principale
Scheda video
Scheda audio
Hard disk o disco
►
Lettori Floppy, DVD, CD …
►
Monitor, mouse, tastiera
Modem, scheda di rete
Lettore Floppy, lettore DVD, lettore CD
►
►
►
►
►
►
►
Architettura dell’elaboratore
 Elaborazione dati Processore
(Central Processing Unit - CPU)
 Memorizzazione dati
Memoria principale (o RAM)
Memoria secondaria (o di massa)
 Trasferimento dati
Dispositivi di input/output
Processore - CPU


Si occupa di eseguire i programmi che sono
scritti in linguaggio macchina
I programmi sono fatti di istruzioni elementari
(somma due numeri, confronta due numeri,
leggi/scrivi dalla memoria)
Le istruzioni possono avere formati diversi
Es. Codice Istruzione
Argomento 1
Argomento 2

Hardware::: Processore
Il processore preleva dalla memoria delle
istruzioni e le esegue.
La potenza di calcolo di un processore e’
data dal tempo che occorre per eseguire le
istruzioni.
I processori oggi sono composti da un solo
microcircuito detto microprocessore.
Hardware::: Scheda Madre
Stretto legame con il processore
 Durante l’accensione si occupa di
inizializzare il sistema e verificare il
funzionamento di tutte le periferiche
installate
 A regime gestisce il traffico delle
informazioni tra le varie componenti.

Hardware::: RAM

Contenitore di dati

Amesse due operazioni, la lettura e la
scrittura

Il nome RandomAccessMemory deriva dal
fatto che si può accedere ai dati in
qualsiasi posizione si desideri

La RAM e la CPU parlano tra di loro in bit
Memoria principale (RAM)
Insieme alla CPU forma l’Unità Centrale di
un elaboratore
 Conserva i programmi e i dati usati dalla
CPU
 Sequenza di celle ad ogni cella è
associato un indirizzo (un numero
progressivo a partire da 0 )

RAM caratteristiche

La RAM è veloce
per leggere/scrivere una cella ci vuole un tempo
di accesso dell’ordine di poche decine di
nanosecondi (milionesimi di secondo)

La RAM è volatile
è fatta di componenti elettronici, togliendo
l’alimentazione si perde tutto
La RAM è (relativamente) costosa
 La RAM, fino ad un certo limite, è
espandibile

Hardware::: Hard Disk

Contenitore di dati

A differenza della RAM non e’ volatile e
conserva i dati
Hardware::: Schede Audio e Video
Piccoli computer che gestiscono le
periferiche: video, videoproiettore, casse,
microfono ….
Hardware::: Monitor
Dispositivo tipo “schermo televisivo” che
visualizza le informazioni contenute nel
PC. I monitor si dividono in
CRT
(Cathode Ray Tube)
LCD
(Liquid Crystal Display)
Hardware::: Floppy, CD, DVD
Gli hard disk contengono una grande
quantità di dati ma è impossibile portarseli
dietro. Ecco i supporti rimovibili:
 Floppy primo supporto ormai desueto
(circa 1.5Mb)
 Cd supporto per audio, dati … (circa
600Mb in su)
 Dvd supporto per audio, dati, video …
(circa 20 volte più capace..)
 Flash pen , HD portatili
A grandi linee
Ricapitolando possiamo dire che
Il funzionamento di un elaboratore dipende
da due fattori principali:
1)
2)
dalla capacità di memorizzare i programmi e i dati
[Capacita’ RAM]
dalla capacità di elaborare i dati secondo quanto
specificato nelle istruzioni che formano i
programmi
[Capacita’ CPU]
Computer:::Hardware
Case
Periferiche
CPU o processore
Monitor
Motherboard o scheda madre
Mouse
RAM o memoria principale
Tastiera
Scheda video
Modem
Scheda audio
Hard disk o disco
Computer:::Hardware:::Periferiche



Dispositivi di Input / Output
Servono a “comunicare” con il computer
Si collegano alle porte (o interfacce) del
computer
 Ad
alto livello le porte sono le “prese” cui si
connettono i dispositivi
Periferiche:::Input





Tastiera
Mouse
Scanner
Microfono
Camera e telecamera digitale
Input = in ingresso
verso il PC
Input: la tastiera
È il principale strumento di input ogni volta
che l’utente digita un tasto, la tastiera
comunica al processore che un carattere è
disponibile
 Si parla spesso di tastiera QWERTY,
nome che deriva dalla disposizione dei
primi sei caratteri sulla tastiera.

 In
Germania le tastiere tedesche vengono
chiamate tastiere QWERTZ.
 Le tastiere francesi per PC impiegano il layout
AZERTY
Periferiche:::Output



Stampante
Videoterminale
Casse acustiche
Output = in uscita
dal PC
Output: il video I

Visualizza i dati che l’utente inserisce in
input e i risultati delle elaborazioni del
calcolatore

E’ una matrice di punti (pixel) illuminati con
diversa intensità

La dimensione del video viene misurata in
pollici ed e’ la lunghezza della diagonale
del video (15 pollici o 17 pollici)
Output: il video II
Risoluzione
in pixel
800 × 600
1024 × 768
1280 × 1024
1600 × 1200
La risoluzione del video indica la densità dei pixel sullo
schermo
Rewind




Hardware::: RAM
Contenitore di dati
Ammesse due operazioni, la lettura
e la scrittura
Il nome RandomAccessMemory
deriva dal fatto che si puo’ accedere
ai dati in qualsiasi posizione si
desideri
La RAM e la CPU parlano tra di loro
in bit
Codifica
digitale
dell’informazione
Codifica Digitale Informazione

Il funzionamento di un computer è simile a
quello degli interruttori elettrici
 On
o off
 Sistema binario: 0 o 1

Le informazioni sono codificate in formato
binario
 Bit
(Binary digIT) assume valori 0 o 1
 Byte = sequenza di 8 bit
Bit
&
Byte
Tipi di Informazione
• Esistono vari tipi di informazione, di natura e
forma diversa, così come rappresentazioni
diverse della stessa informazione
Come rappresentare l’informazione
• Si introduce il concetto di codifica
codifica
Informazione
rappresentazione
decodifica
Codifica - Decodifica
X = insieme degli oggetti da rappresentare
A = alfabeto di simboli
A* = insieme di sequenze costruite su A
cod: X => A*
decod: A* => X
L’insieme X, l’alfabeto A, le funzioni cod e decod
formano un Codice
Codifica binaria
• Nel caso dei sistemi di calcolo è stata
introdotta la rappresentazione digitale
A = {0, 1}
bit (binary digit - cifra binaria): 0 o 1
• Per poter rappresentare le informazioni si
usano sequenze di bit A*
00011011, 01010001, ….
Codifica dell’informazione
• Con 2 bit si codificano 4 informazioni (22)
A*= {00, 01, 10, 11}
• Con 3 bit si codificano 8 informazioni (23)
A*= {000, 010, 100, 001, 011, 110, 101, 111}
• ………
• Con N bit si codificano 2N informazioni
Codifiche
Le codifiche che ci interessano:
1.
2.
3.
4.
Codifica dei caratteri
Codifica delle parole
Codifica delle immagini
Codifica dei suoni
Codifica dei caratteri
Per codificare ogni simbolo dell’alfabeto
anglosassone sono sufficienti:
 7 bit
(ASCII standard)
 8 bit
[1byte]
(ASCII esteso)
 16 bit
[2byte]
(UNICODE)
ASCII = American Standard Code for
Information Interchange
Unicode assegna un numero univoco a ogni carattere,
indipendentemente dalla piattaforma,
indipendentemente dall'applicazione,
indipendentemente dalla lingua.
Codifica UNICODE
Unicode è un’organizzazione che
standardizza la rappresentazione del testo
in forma elettronica
 Unicode permette la rappresentazione dei
caratteri di molti alfabeti non latini: arabo,
ebraico,cinese, giapponese, coreano,
tailandese, ecc, nonché caratteri speciali
(matematici, tecnici, frecce, elementi
grafici, …).

Codifica ASCII
Codifica delle parole
Le parole sono sequenze di caratteri e
come tali sequenze di sequenze di bit
 Esempio: “Franca” diventa

01000110 01010010 01000001
F
R
A
01001110 01000011 01000001
N
C
A
Codifica delle immagini
• Per codificare le immagini in bianco e nero si
assegna ad ogni pixel un bit
• Per codificare le immagini a colori si assegna ad
ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit
• Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un
solo bit.
 se utilizziamo 4 bit possiamo rappresentare 24=16
colori diversi, mentre con 8 bit ne abbiamo 28=256
Esempio bianco e nero
Codifica dei suoni I

Fisicamente un suono è rappresentato
come un’onda che descrive la variazione
della pressione dell’aria nel tempo (onda
sonora)
Codifica dei suoni II
Misurando il valore dell’onda ad intervalli di
tempo costanti si ottengono dei valori numerici
che possono essere facilmente codificati
 Quanto più frequentemente il valore dell’onda
viene campionato, tanto più precisa sarà la sua
rappresentazione
• Il numero di campioni raccolti per ogni secondo
definisce la frequenza di campionamento che si
misura in Hertz (Hz)

Byte
Nome
Abbr.
Valore
Potenza
di 2
byte
Bob
1
20
Kilo
KB o Kb
1024
210
Mega
MB o Mb
1048576
220
Giga
GB o Gb
1073741824
230
Tera
TB o Tb
109951162776
240
Esercizi
1.
2.
3.
Dovendo rappresentare 1.000
informazioni diverse quanti bit mi servono
per la codifica?
Quanti byte occupa la parola “mistero” se
la si codifica utilizzando il codice ASCII
esteso?
Quanti byte occupa un’immagine di
100x100 pixel in bianco e nero?