CPU e Architettura del Computer

Informazione

• L'informazione è tutto ciò che possiede un significato per l'uomo e viene conservato e comunicato per un'utilità pratica, immediata o futura.
• Le informazioni presuppongono un codice, un insieme di regole comuni all'emittente e al ricevente, per essere comprese.

Elaborazioni delle Informazioni

• L'osservazione dei fenomeni naturali e sociali fornisce dati, che, conservati, permettono di produrre informazioni.
• I dati descrivono aspetti elementari di entità o fenomeni, mentre le informazioni sono dati elaborati e presentati in base all'utilizzo pratico da parte degli interessati.
• Il trattamento dei dati per ottenere le informazioni si chiama elaborazione e comporta input (dati in ingresso) e output (dati in uscita).
• Il risultato dell'elaborazione può essere utilizzato come input per ulteriori elaborazioni a livello superiore.
• L'uomo elabora manualmente o mentalmente, mentre il computer elabora automaticamente utilizzando dispositivi elettronici.

Rappresentazione dei caratteri e delle immagini

• I caratteri digitati sulla tastiera vengono gestiti dal computer in formato binario tramite il codice ASCII.
• Il codice ASCII contiene 256 simboli (numerici, alfabetici e di punteggiatura).
• Ogni valore viene rappresentato con un byte.
• Ad esempio, la lettera "A" corrisponde al numero binario 01000001.
• Per le immagini in bianco e nero, si utilizza il bit 1 per i punti bianchi e il bit 0 per i punti neri.
• Le immagini a colori usano la mescolanza dei colori primari (RGB) per rappresentare ogni pixel.

La trasmissione delle informazioni

• La trasmissione delle informazioni tra emittente e destinatario avviene quando entrambi comprendono il codice usato.
• Un codice di trasmissione è l'insieme di regole per trasformare il messaggio prima dell'invio.
• La tecnica di trasmissione indica la modalità e gli strumenti per realizzare la trasmissione.
• Il protocollo di trasmissione è l'insieme di regole per uno scambio ordinato e corretto delle informazioni.

Sistemi analogici e digitali

• I segnali nelle telecomunicazioni possono essere analogici o digitali.
• I segnali analogici possono assumere un numero infinito di valori.
• I segnali digitali assumono un numero finito di valori discreti, come ad esempio 0 e 1 nell'aritmetica binaria usata nei computer.

Sistema numerico in base 2

• Il sistema binario utilizza solo le cifre 0 e 1.
• Per convertire un numero da decimale a binario, si divide ripetutamente per 2 e si annotano i resti, a partire dal resto più significativo (quello più a destra).
• Il numero binario risultante corrisponde alla sequenza dei resti, in ordine inverso

Sistema numerico in base 16

• Il sistema esadecimale utilizza i numeri da 0 a 9 e le lettere da A a F.
• Per convertire un numero da esadecimale a decimale, si moltiplicano le cifre esadecimali per le potenze di 16, in base alla loro posizione.
• Il numero decimale risulterà dalla somma delle moltiplicazioni.

Unità di misura

• Bit: unità più piccola dell'informazione, assumendo i valori 0 o 1.
• Byte: unità di misura della dimensione di un file, pari a 8 bit.
• Kilobyte (KB): circa 1000 byte (o 1024 in termini precisi).
• Kilobyte per secondo (KBps) : misura la velocità di trasferimento dati in byte al secondo.
• Kilobit (Kb): 1000 bit.
• Kilobit al secondo (Kbps): misura la velocità di trasferimento dati in bit al secondo.
• Megabyte (MB): circa un milione di byte (o 1024 KB).
• Megabyte al secondo (MBps): misura la velocità di trasferimento dati in megabyte al secondo.
• Megabit al secondo (Mbps): misura la velocità di trasferimento dati in megabit al secondo.
• Gigabyte (GB): circa 1024 MB.
• Terabyte (TB): circa 1024 GB.

Dagli algoritmi ai programmi

• Un algoritmo è un elenco di istruzioni che descrivono la sequenza delle operazioni per risolvere un problema.
• Le istruzioni devono essere chiare, non permettere interpretazioni soggettive e sono eseguibili manualmente o tramite un calcolatore.
• Un algoritmo può essere rappresentato con pseudolinguaggi o diagrammi di flusso.
• Il computer utilizza un linguaggio macchina, costituito da sequenze di 0 e 1, per le operazioni interne.
• I linguaggi di programmazione di alto livello (es. Python, Java) sono utilizzati dai programmatori per scrivere programmi più facilmente comprensibili.
• In generale, un programma scritto in linguaggio di alto livello viene trasformato in linguaggio macchina tramite un interprete o un compilatore.

Sistemi di elaborazione e programmi

• Un computer è formato da hardware (componenti fisiche) e software(programmi).
• L'hardware include tastiera, mouse, schermo, processore, memoria, ecc.
• Il software è l'insieme delle istruzioni che guidano l'elaborazione dei dati da parte del computer.

Tipologia di computer

• Mainframe: computer potenti utilizzati dalle aziende per automatizzare processi, che vengono realizzati in stanze con temperature controllate.
• I dumb terminals sono computer semplificati che si collegano al Mainframe per ottenere le informazioni.
• La comunicazione avviene in modo asincrono, non rispettando quindi tempi precisi di invio e ricezione.

Tipologia di Case

• Case: l'involucro esterno di un computer può essere di tipo tower o desktop. I formati di questi a seconda delle esigenze possono essere slim-line o normale.

Le parti che compongono la scheda madre

• Scheda Madre: componente principale del computer, che riunisce moltissimi componenti elettrici e di connessione.
• Include CPU e memoria RAM.
• È costruita tramite un foglio di vetroresina.
• Contiene circuiti per gestire flussi di dati.

La CPU

• CPU: il “cervello” del computer, contenuta in un singolo circuito integrato chiamato microprocessore.
• Le parti principali sono l'unità di controllo (CU) e l'unità aritmetica/logica (ALU).
• L’unità di controllo (CU) indica al sistema come eseguire le istruzioni.
• L'unità di controllo mantiene temporaneamente dati, istruzioni e informazioni relative all'unità aritmetica/logica.
• L'unità ALU elabora i calcoli aritmetici e logici.

Slot di espansione

• Slots di espansione: sono delle "prese" sulla scheda madre che permettono di aggiungere dispositivi extra, come schede video, schede audio, etc.
• ISA, PCI e AGP sono i tipi di slot più comuni.

La RAM

• RAM (Random Access Memory): memoria volatile che memorizza i dati e i programmi in uso attivo dal computer.
• I dati contenuti nella RAM vengono persi quando il computer viene spento.
• Due tipi principali sono la SRAM e la DRAM.
• La SRAM è più costosa ma veloce mentre la DRAM più economica ma lenta.

La ROM

• ROM (Read Only Memory): memoria non volatile che contiene le informazioni essenziali per l'avvio del computer (bootstrapping).
• Le informazioni di una ROM non possono essere modificate.

Le memorie di massa

• Le memorie di massa sono supporti per memorizzare dati in modo permanente.
• I parametri principali per descriverle sono: tempo di accesso, capacità e velocità di trasferimento dei dati.

II Monitor

• Monitor: dispositivo di uscita per visualizzare le informazioni elaborate dal computer.
• Terminologia importante per capire le caratteristiche dei monitor: pixel (unità elementari grafiche), dot pitch (misura la distanza dei pixel) , refresh rate (frequenza con cui si aggiorna l'immagine).
• Il color depth indica il numero di colori che ogni pixel può visualizzare.
• Lo schermo viene misurato in pollici diagonalmente.

La Scheda Video

• Scheda Video: interfaccia fra il computer e il monitor.
• Gestione di come i pixel devono essere visualizzati (colore, luminosità).
• VRAM, una tipologia di memoria specifica necessaria alle schede video, è importante per la visualizzazione di una maggiore quantità di colori.

II collegamento delle periferiche

• L'USB (Universal Serial Bus) è una porta esterna che permette di collegare 127 periferiche esterne al pc simultaneamente.
• Offerte un buon trasferimento dati. Può essere di tipo full-speed o low-speed.
• LPT (Linie Parallele): porta che usa 8 linee per inviare dati simultaneamente. Tipicamente usata per stampanti nelle vecchie architetture delle periferiche.
• FireWire (IEEE 1394): porta per collegare dispositivi digitali ad alta velocità come videocamere digitali.

Software

• Software di base: sistemi operativi (es. Windows, macOS, Linux) che organizzano e gestiscono l'elaborazione delle altre applicazioni. Sistemi come DOS.
• Software applicativo: programmi pensati per eseguire un compito specifico (programma di elaborazione testi, fogli elettronici, programmi grafici, ecc...).

II Sistema operativo

• I componenti principali di un sistema operativo sono l'interfaccia con l'utente, la gestione delle risorse (hardware e software), e la gestione dei processi.
• Funzioni principali: inizializzazione/terminazione della macchina, gestione della memoria centrale, gestione dei processi, gestione di input/output, gestione delle informazioni e gestione delle protezioni.

Altri software di sistema

• Utility: software che aggiungono funzioni di controllo e gestione di risorse hardware; forniscono utilità di copia file, gestione cartelle, recupero dati, ecc...

Interfaccia grafica

• Interfaccia grafica: modalità di interazione con un computer che utilizza icone e finestre.
• I sistemi operativi con interfaccia grafica (GUI) semplificano l'utilizzo.

Terminologia di base

• Multiuser: due o più utenti possono utilizzare contemporaneamente gli stessi programmi e condividere i dispositivi.
• Multitasking: il computer può eseguire più programmi contemporaneamente.
• Multiprocessing: il computer ha due o più CPU che lavorano simultaneamente per migliorare le prestazioni.
• Multithreading: un programma può essere diviso in thread separati, che consentono all'applicazione di svolgere più attività contemporaneamente.

Sviluppo del software

• Analisi: fase di comprensione delle esigenze degli utenti e definizione dei problemi.
• Programmazione: determinazione della struttura del software (tipologie, memorizzazione dati e tecnologie), e l' organizzazione della soluzione (progetto logico, interfaccia, funzioni e servizi).
• Implementazione: sviluppo del software utilizzando tecnologie e strumenti appropriati e creazione di servizi utente, componenti e data services.
• Testing: fase di verifica finale per controllare che il software sia funzionale allo scopo previsto e soddisfi tutte le caratteristiche stabilite.

La comunicazione in rete

• Internet: sistema di comunicazione globale che permette di scambiare messaggi (posta elettronica, pagine Web), utilizzare la messaggistica istantanea, fare telefonate tramite VOIP, abbonarsi a feed RSS e podcast, creare blog, utilizzare sistemi per condividere video (es. YouTube), etc.

Reti di computer

• Le reti di computer collegano più dispositivi (es. PC, stampanti) per condividere risorse (file, programmi, stampanti) tramite la condivisione di un mezzo di comunicazione.
• Il "mezzo" può essere un cavo (rame, fibra ottica), segnali radio o altre tecnologie.
• Le reti di computer possono essere di tipo LAN (Local Area Network), per aree geografiche limitate, o WAN (Wide Area Network), per distanze più ampie.
• LANs possono essere architetturate in star, bus o anello, utilizzando "dispositivi di collegamento" come hub, repeater o switch.
• WAN usano linee seriali di comunicazione. Esse possono essere point-to-point o multimediali. Esse possono essere create tramite ponti radio, reti pubbliche o stazioni satellitari.
• Intranet: rete aziendale protetta da una password, che utilizza Internet per la comunicazione.
• L'Internet moderno nasce dai progetti militari, universitari americani di comunicazione durante la guerra fredda.

L'ergonomia

• Ergonomia: studio dell'organizzazione razionale dell'ambiente di lavoro in base alle capacità psicofisiche e alle esigenze dell'uomo, per migliorarne l'efficienza e la sicurezza.
• Lo scopo è quello di tutelare la salute dei lavoratori in relazione all'utilizzo delle macchine e all'ambiente di lavoro.
• È importante considerare principi di ergonomia, soprattutto in ambito informatico, per evitare problemi a causa della posizione statica a lungo termine e/o della luce.
• Principi importanti da considerare sono la corretta illuminazione, gli esercizi di distensione, distendere la vista, evitare i riflessi, assicurarsi che i fili elettrici siano installati in modo sicuro e evitare l'uso di prese multiple.

Sicurezza nei sistemi informatici

• Sicurezza nei sistemi informatici: tecniche per proteggere i dati memorizzati nel computer dagli accessi non autorizzati. È importante tutelare i dati tramite: crittografia, password, backup ed evitare virus.
• Crittografia: tecnica per nascondere i dati in modo che solo il destinatario autorizzato possa leggerli.
• Le password sono sequenze di caratteri che identificano e autorizzano un utente a utilizzare un programma o un'area protetta.
• I backup sono copie di file, archivi o programmi salvati su un supporto esterno diverso dal disco principale, utili in caso di perdita accidentale di dati.
• Virus informatici: programmi progettati per diffondersi, causare danni (malfunzionamenti, cancellazioni di file) e interferire con il normale funzionamento del computer.
• Anti-virus: programmi che rilevano ed eliminano i virus informatici controllando periodicamente i file del computer.
• Copyright: diritti d'autore sui programmi software , che è importante conoscere per evitare violazioni e garantire una corretta diffusione. Ad esempio, acquistare un software che permette di copiare i dati, in caso di problemi, su un altro supporto come dispositivo HD.

Distrubizioni commerciali del software

• Software commerciale: tradizionali canali di vendita (es. negozi) e pagamento di una specifica cifra a fronte di una licenza di uso per un programma.
• Shareware: software disponibili per un periodo di prova, che consente l'utilizzo del programma con limitazioni temporali e poi è possibile acquistarle la licenza completa.
• Freeware: software distribuiti gratuitamente, che possono essere copiati e distribuiti senza dover pagare una cifra.
• Software Public Domain e Open Source: software distribuiti senza vincoli di copyright, permettendo modifiche e distribuzioni non commerciali per il pubblico.