Algoritmi e Architettura dei Computer

Informatica: Rappresentazione ed Elaborazione Automatica delle Informazioni

• L'elaborazione delle informazioni è un processo composto da azioni definite per risolvere un problema, con diverse fasi come la specifica dei dati da elaborare e le azioni da svolgere.
• Gli algoritmi sono sequenze finite di azioni che risolvono un problema in un tempo finito.
• I programmi sono descrizioni concrete di algoritmi, espressi in un linguaggio, per essere eseguiti da un elaboratore.
• Un elaboratore è una macchina che esegue automaticamente le azioni specificate dal programma. È composto da hardware (la parte fisica) e software (la parte logica), che si divide in firmware (inserito nell'hardware), software di base (sistema operativo) e software applicativo (applicazioni).

Algoritmi e Programmi

• Gli algoritmi descrivono la sequenza di passi per risolvere un problema.
• I programmi sono rappresentazioni concrete di algoritmi in un linguaggio comprensibile al computer.

Tipi di Software

• Firmware: Software incorporato nell'hardware.
• Software di base: Gestisce il funzionamento del computer (es. sistema operativo.)
• Software applicativo: Serve a svolgere specifiche attività (es. programmi di word processing, fogli di calcolo).

Linguaggi di Programmazione

• I linguaggi di programmazione sono formali e non ambigui, al contrario del linguaggio naturale utilizzato dalle persone.
• Il linguaggio formalmente definito consente alla macchina di interpretare senza ambiguità.

Elaboratori: Hardware e Software

• L'hardware è la parte fisica del computer, mentre il software è la parte logica.
• Il software include il firmware (codificato nell'hardware), il software di base (come il sistema operativo) e il software applicativo (le applicazioni software).

Sistema di Elaborazione

• La funzione di un sistema di elaborazione è colmare il divario tra il linguaggio naturale e il linguaggio macchina grazie a un linguaggio intermedio.
• I problemi della distanza tra i diversi linguaggi vengono risolti tramite un linguaggio intermedio tra utente e macchina.

Modelli di Elaboratore

• Il modello di Von Neumann è un modello di architettura di computer.
• Le istruzioni e i dati devono essere tutti memorizzati nella memoria principale del computer.

Classificazione degli Elaboratori

• CISC (Complex Instruction Set Computer): Caratterizzato da istruzioni complesse che richiedono più cicli di clock per la loro esecuzione.
• RISC (Reduced Instruction Set Computer): Caratterizzato da istruzioni semplici ma rapide.

Valutazione delle Prestazioni

• CPI (Cycles Per Instruction): numero medio di cicli di clock richiesti per l'esecuzione di un'istruzione.
• IPC (Instructions Per Cycle): numero medio di istruzioni eseguite in un ciclo di clock.

Livelli di un Sistema di Elaborazione

• I livelli di un sistema di elaborazione vanno dalle componenti fisiche a quelli più astratti, come linguaggi di alto livello, sistemi operativi, etc.

Ciclo di Istruzione

• Il processore esegue ogni istruzione seguendo una serie di operazioni definite come ciclo di istruzione.

Storia degli Elaboratori

• Esiste un'evoluzione degli elaboratori, seguita da diverse generazioni che hanno introdotto tecnologie differenti.
• Si evidenzia il passaggio da calcolatori meccanici (es. Pascalina, Macchina di Leibniz) a calcolatori elettronici con valvole termoioniche (es. ENIAC, EDVAC) fino a quelli basati sui transitor e circuiti integrati.

Linguaggi di Programmazione: Alto livello e Basso livello

• I linguaggi di alto livello sono indipendenti dall'hardware e più facili da usare, mentre quelli di basso livello sono più vicini all'hardware e più complessi.
• I linguaggi di alto livello richiedono una traduzione per essere eseguiti dai computer, mentre i linguaggi di basso livello vengono eseguiti direttamente dal processore senza traduzione.

Reti di Calcolatori

• Le reti di calcolatori consentono la comunicazione e la condivisione delle risorse tra più elaboratori.
• Ogni elaboratore in una rete è un nodo che comunica con altri nodi tramite un canale di comunicazione come il BUS.

Concorrenza e Sincronizzazione dei Processi

• I processi concorrenti possono interagire tra loro, necessitando di meccanismi per la sincronizzazione.
• Semafori e Mutex sono tipi di meccanismi di sincronizzazione per evitare conflitti tra i processi.

Gestione dei Processi

• I sistemi operativi gestiscono i processi, che sono istanze di programmi in esecuzione.
• Gli schedulazioni dei processi sono algoritmi che decidono quale processo deve essere eseguito in un determinato momento.

Prevenzione degli Stalli

• Vengono utilizzate tecniche per evitare che i processi si bloccino in attesa in modo infinito l'uno dell'altro, come la disabilitazione delle interruzioni o algoritmi di scheduling.

Gestione della Memoria

• La memoria virtuale è un metodo per estendere il contenitore di memoria (RAM) simulando una memoria più estesa.
• Si utilizza una tecnica di mapping per tradurre gli indirizzi virtuali in indirizzi fisici.

Memoria Fisica e Memoria Virtuale

• La memoria virtuale è un sistema che rende possibile utilizzare una memoria fisica maggiore di quella effettivamente presente nel computer.
• Questa tecnica migliora le prestazioni dei computer permettendo l'esecuzione di programmi più grandi della memoria fisica.

Paginazione e Segmentazione

• La paginazione e la segmentazione sono metodi per dividere la memoria virtuale in blocchi più piccoli.
• Possono migliorare l'efficienza della gestione della memoria virtuale.

Gestione delle Periferiche

• L'algoritmo di scheduling decide quale processo deve essere eseguito utilizzando un algoritmo di scheduling.
• È un insieme di strumenti per controllare l'accesso e utilizza un algoritmo di scheduling.

Gestione del File System

• L'accesso ai file e alle directory è gestito tramite il file system.
• Le politiche di protezione definiscono i diritti di accesso agli oggetti.

Gestione dei Software e Hardware

• Diversi metodi sono utilizzati per accedere e gestire i dati in caso di richieste multiple. Questo è essenziale nei sistemi concorrenti per gestire le risorse in modo efficiente ed evitare conflitti.

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