Elaborazione dell'informazione PDF

Introduzione Elaborazione dell’informazione Definizioni di base INFORMATICA (INFORMAzione automaTICA) ¤ scienzache si occupa della rappresentazione e della elaborazione automatica della informazione ELABORATORE ¤ mezzo strumentale (macchina) per la rappresentazione, la memorizzazione e l’elabo...

Introduzione Elaborazione dell’informazione Definizioni di base INFORMATICA (INFORMAzione automaTICA) ¤ scienzache si occupa della rappresentazione e della elaborazione automatica della informazione ELABORATORE ¤ mezzo strumentale (macchina) per la rappresentazione, la memorizzazione e l’elaborazione delle informazioni (dati) Elaborazione dell’informazione Per elaborazione dell’informazione si intende il processo attraverso cui un esecutore esegue un particolare insieme di azioni su un insieme di informazioni obbedendo ad una procedura ben definita, allo scopo di risolvere un problema Elaborazione dell’informazione Procedura di elaborazione (algoritmo) ¤ sequenza finita di azioni che consente di risolvere un problema in un tempo finito La descrizione della procedura deve contenere: ¤ La specifica dei dati da elaborare ¤ L’insieme delle azioni da compiere ¤ La specifica dei controlli che determinano l’ordine con cui eseguire le azioni Elaborazione automatica dell’informazione Programma ¤ descrizione della procedura di elaborazione in un linguaggio formale, detto linguaggio di programmazione, più vicino al linguaggio della macchina ¤ sequenza finita di istruzioni Eseguire un programma = eseguire le istruzioni nella sequenza specificata Istruzione ¤ Comando con sintassi e semantica non ambigua, espresso in un linguaggio di programmazione Elaborazione automatica dell’informazione Elaboratore ¤ macchina che esegue le azioni (istruzioni) specificate dal programma ¤ macchina che esegue programmi memorizzati ¤ L’elaboratore è un sistema anche detto sistema di elaborazione Definizione di sistema Un sistema è definito, nella sua accezione generale, come una pluralità di elementi collegati tra loro per realizzare un determinato compito o eseguire una assegnata operazione L’insieme delle entità esterne con cui il sistema interagisce costituisce l’ambiente del sistema stesso Caratteristiche di un sistema La funzione di sistema è ciò che esso deve fare Il comportamento di un sistema è ciò che fa per realizzare la sua funzione La struttura di un sistema è l’insieme delle entità che gli permettono di generare il suo comportamento Il servizio erogato da un sistema è il suo comportamento così come è percepito da un utente Sistemi gerarchici Generalmente un sistema si basa su un modello gerarchico un sistema è visto come la composizione di sottosistemi, ciascuno a sua volta costituito da altri sottosistemi, sino a giungere ad elementi di base (building blocks) ogni sottosistema può essere considerato elementare, in dipendenza del livello di interesse per una specifica analisi Sistema di elaborazione L’elaboratore è un sistema costituito da diversi sottosistemi di elaborazione opportunamente interconnessi tra loro e con l’ambiente esterno tramite sottosistemi di interconnessione Un sistema di elaborazione è una macchina in grado di eseguire istruzioni interagendo con l’ambiente esterno al fine di ricevere informazioni in ingresso (dati di input) e fornire risultati in uscita (dati di output) Macrocomponenti dell’elaboratore HARDWARE SOFTWARE struttura fisica insieme dei programmi dell’elaboratore, che consentono costituita da all’hardware di componenti elettronici realizzare compiti ed elettromeccanici specifici Caratteristica principale di elaboratore: una stessa struttura fisica (HW) è in grado di realizzare compiti diversi utilizzando programmi (SW) diversi Macrocomponenti dell’elaboratore Software Hardware Firmware Software Applicativo software codificato in hardware insieme di programmi che permettono di svolgere Software di base compiti specifici Programmi di gestione (elaborazioni testi, fogli del sistema elettronici, ecc) (sistema operativo) Astrazione in livelli di un elaboratore Un sistema di elaborazione è organizzato a livelli questo permette di evidenziare le viste che utenti e progettisti hanno ai diversi livelli di astrazione Scopo: ¤ colmare il divario tra il modo di esprimere la soluzione ad un problema da parte dell’uomo ed il modo di realizzare la procedura di soluzione da parte della macchina Livelli di un sistema di elaborazione utente SW applicativo SW per gestire risorse Risorse fisiche (HW) Astrazione in livelli di un elaboratore Rappresentazione digitale dell’informazione L’informazione può essere peso rappresentata a diversi livelli ¤ Un livello di rappresentazione alto è più vicino all’interpretazione umana Rappresentazione simbolica ¤ Un livello di rappresentazione basso è più vicino ai meccanismi di funzionamento dell’elaboratore Rappresentazione numerica Livelli di un sistema di elaborazione conversione D/A Digitale/Analogico ANALOGICO DIGITALE Ragiona utilizzando conversione A/D Elabora solamente grandezze che variano Analogico/Digitale informazioni espresse come con continuità (analogiche) sequenze di 1 e 0 (bit) Analogico Una grandezza fisica può essere rappresentata in modo analogico o in modo digitale ¤ ad es. l’intensità di un suono o l’andamento del tempo È analogica una riproduzione “continua” di una grandezza fisica La rappresentazione è analogica quando utilizza un indicatore che mostri, “per analogia” l’andamento continuo nello spazio e/o nel tempo della grandezza ¤ segue con continuità un andamento “analogo” a quello della grandezza Es. la lancetta di un orologio che si muove parallelamente allo scorrere del tempo Digitale L’aggettivo “digitale” (dall’inglese digit= cifra) significa essenzialmente “numerico” ¤ Rappresenta una grandezza fisica in maniera “discreta”, ovvero mediante una serie di cifre Un insieme di dati (un testo, un’immagine, un suono) è in formato digitale se è rappresentato attraverso una sequenza di cifre Si dice digitale un dispositivo che lavora in base a sequenze numeriche L’elaboratore è un sistema digitale ¤ Le informazioni sono rappresentate, trasmesse ed elaborate usando cifre numeriche che corrispondono a livelli discreti di grandezze fisiche analogiche Rappresentazione digitale dell’informazione L’informazione è un’entità astratta ¤ Per poter essere elaborata deve essere rappresentata tramite grandezze fisiche concrete, compatibili con le unità che compongono l’elaboratore L’elaboratore è un sistema digitale binario ¤ Le informazioni sono rappresentate, trasmesse ed elaborate discretizzando i valori di alcune grandezze fisiche in due soli livelli (rappresentazione binaria) la principale grandezza fisica utilizzata è la la tensione elettrica (grandezza fisica analogica) Rappresentazione binaria Ogni segnale elettrico rappresenta uno di due possibili valori, a seconda del livello di tensione ¤ Le tensioni di basso livello (da 0 a 1 volt) sono interpretate come 0 ¤ Le tensioni di alto livello (da 2 a 5 volt) sono interpretate come 1  Perché la rappresentazione binaria? Rappresentazione a 5 livelli Livello 0 Livello 1 Livello 2 Livello 3 Livello 4 0 rumore Tensione max Rappresentazione a 2 livelli Livello 0 Livello 1 0 rumore Tensione max Perché la rappresentazione binaria? Semplicità ▫ Adottando una rappresentazione binaria, l’elaboratore può essere realizzato con componenti elementari semplici, che operano in due soli stati possibili (transistor) Affidabilità (probabilità di errore bassa) ▫ Disturbi provenienti dall’ambiente o interferenze indotte da altri componenti (rumore) possono far variare lo stato di un componente ▫ Adottando due soli livelli, la separazione tra le corrispondenti bande di valori è massima il rumore, sommato ad un qualsiasi valore, ha probabilità minima di spostare il valore nella banda successiva Rappresentazione binaria Unità fondamentale di informazione ¤ BIT ( BInary DigiT ) = {0,1} Le informazioni sono rappresentate mediante stringhe di bit (rappresentazione binaria) Con una stringa di N bit è possibile rappresentare 2N informazioni diverse Es. con 2 bit si possono rappresentare 22=4 informazioni diverse: 00, 01, 10, 11 Per rappresentare K informazioni diverse occorrono ⎡log2K⎤ bit Es. per rappresentare 3 informazioni diverse occorrono ⎡log23⎤ bit = ⎡ 1.584… ⎤ bit = 2 bit Rappresentazione binaria Per sapere quanti bit servono per rappresentare K informazioni non è necessario calcolare il logaritmo Possiamo ricordare le potenze di 2, considerare la potenza di 2 che è >=K e prendere l’esponente Es. K=5. Cerchiamo la potenza di 2 che sia >=5 20 =1 21 =2 Per rappresentare in binario 22 =4 K=5 informazioni occorrono 3 bit 2 =8 3 Potenze di 2 22 =4 210=1024= 1Kilo 220 =210. 210=1024K =1Mega 23 =8 230 = 210. 210. 210=1024M= 1Giga 240 = 210. 210. 210. 210=1024G= 1Tera 24 =16 250 = 210. 210. 210. 210. 210=1024T= 1Peta 25 =32 26 =64 27 =128 28 =256 29 =512 Altre potenze Strutture logiche di informazione Nella rappresentazione binaria ogni informazione si struttura in termini della unità di informazione elementare che è il BIT Strutture logiche Half-Byte 4 bit Byte 8 bit Word 16 bit oppure 32 bit oppure 64 bit La lunghezza della word dipende dall’architettura Multipli delle strutture logiche 1Kilobyte (KB) =210 byte =1024 byte ¤ circa mille byte 1 Megabyte (MB) =1024 KB ¤ circa 1 milione di byte 1 Gigabyte (GB) =1024 MB ¤ circa 1 miliardo di byte 1 Terabyte (TB) = 1024 GB ¤ circa 1000 miliardi di byte 1 Petabyte (PB) = 1024 TB ¤ circa 1000000 miliardi di byte