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Fondamenti di Informatica - Computer and Network Security Group

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1. Sequenza azione 1 azione 2 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap X Fondamenti di Informatica cap X If Then Else struttura 1 struttura 2 B If Then struttura 1 If Else non esiste un blocco If Else perch non necessario basta usare un blocco If Then in cui la condizione sia stata invertita negata A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 158 Fondamenti di Informatica If Else esempio ho abbastanza soldi abbastanza soldi prelevo al Bancomat prelevo al Bancomat Li While Do condizione E V While Do la parte ciclica viene eseguita quando la condizione vera se abbiamo un ciclo che viene eseguito quando la condizione falsa allora occorre trasformarlo in un While Do mettendo la condizione negata un ciclo While Do pu essere eseguito zero o pi volte viene eseguito zero volte quando la condizione subito falsa A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 159 cap X Fondamenti di Informatica Repeat Until condizione Repeat Until un ciclo Repeat Until viene sempre eseguito almeno una volta Verifica di strutturazione O A Lioy Politecnico di Torino 1992 20
2. disporre ADC Soluzione intervallo 35 0 43 0 valori distinti 81 n minimo di bit 7 qual la risoluzione ottenuta O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 80 Fondamenti di Informatica Buffer elemento di memoria locale conserva i dati nell attesa che vengano prelevati permette di continuare ad acquisire nuovi dati equalizzazione delle velocit Unit di output schema funzionale dato ready put control logic Unit operativa Svolge tutte le elaborazioni richieste aritmetiche logiche grafiche E composta di ALU flag registri O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica cap VI ALU Arithmetic Logic Unit svolge tutti i calcoli aritmetici e logici solitamente composta da circuiti combinatori Flag indicatori di stato del risultato dell operazione della ALU sono singoli bit 0 falso 1 solitamente raggruppati in un registro flag pi comuni Z zero V overflow CY carry N negative Registri elementi di memoria usati per conservare temporaneamente dei dati es risultati parziali pochi 8 128 dimensione di una word 8 64 bit O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 82 Fondamenti di Informatica cap VI Unit operativa schema funzionale
3. O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IX Fondamenti di Informatica Librerie statiche Il codice delle funzioni di libreria necessarie viene inserito nel file eseguibile file eseguibile Librerie statiche libreria libreria libreria statica statica statica Librerie dinamiche condivise anche note come DLL Dynamic Link Library oppure shared library NON viene inserito nel file eseguibile ma viene solo messo un riferimento il codice delle funzioni di libreria necessarie O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IX Fondamenti di Informatica Librerie dinamiche libreria shared Librerie statiche o dinamiche Vantaggio delle librerie dinamiche ridotta dimensione dell eseguibile spazio su disco velocit di caricamento occupazione di RAM Vantaggio delle librerie statiche autoconsistenza portabilit Portabilit del software Per portabilit si intende la capacit di un modulo software di essere eseguito su piattaforme hw sw diverse da quella su cui stato sviluppato In generale la portabilit del software molto scarsa ed stata parzialmente raggiunta solo in alcuni ambiti es PC Intel 80x86 con MS Windows A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 146 cap IX Fondamenti di Informatica API A
4. O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap III Fondamenti di Informatica Esercizio Un calcolatore ha una memoria grafica di 4 MB usata in modo raster senza compressione quanti colori pu visualizzare simultaneamente con una risoluzione di 1024 x 768 Risposta circa 4000 miliardi di colori Codifica di filmati video filmato sequenza di immagini ciascuna chiamata fotogramma o frame minimo 16 frame s FPS affinch l occhio umano non percepisca i singoli fotogrammi inefficiente codificare completamente ogni frame alcuni frame si codificano tutti altri solo nelle parti che differiscono da quelli adiacenti Formati video MPEG Moving Picture Experts Group standard anche non informatico SAT DTT molto efficiente ma complesso QuickTime proposto da Apple un po meno efficiente ma pi semplice Indeo AVI proposto da Intel usato da MS inefficiente O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 46 cap III Fondamenti di Informatica MPEG MPEG 1 1991 per video CD e CD I 1 5 Mbps MPEG 2 1994 per TV digitale e DVD 4 10 Mbps MPEG 4 1998 interattivit compressione 64 Kbps o 2 Mbps MPEG 7 in corso di sviluppo meta informazioni su dati multimediali per indicizzazione e ricerca Formati video TV analogici PAL Phase Alteration by Line Europa ed Asia 576 righe
5. Parte frazionaria Regola pratica moltiplicazioni successive per due si considerano le parti intere nell ordine in cui sono state generate 25 5 0 0 1 0 25 0 01 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Numeri non rappresentabili Esistono numeri decimali frazionari finiti non rappresentabili esattamente in binario numero infinito di cifre s AE NE NER o 1 11 0 0 4 0 0110 Problema quante cifre si considerano Errore assoluto Dato un numero composto da N cifre l errore assoluto della sua rappresentazione la quantit non nulla pi piccola in valore assoluto rappresentabile con N cifre Errore assoluto esempi Qualunque sia la base ed il numero di cifre N la precisione assoluta dei numeri interi sempre 1 es 5 e lio es 27 e lio La precisione assoluta dei numeri razionali dipende dal numero di cifre usate per rappresentarli es 0 5 0 1 e es 0 50 0 01 es 1 0 0 1 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 29 cap II Fondamenti di Informatica Errore relativo n Dato un numero A composto da N cifre l errore relativo della sua rappresentazione il rapporto tra l errore assoluto ed il valore assoluto del numero Errore relativo esempi L errore relativo della rappresenta
6. Codice BCD nessun errore di conversione stessa precisione dei calcoli decimali spreco di bit rispetto alla notazione binaria pura 1010 1111 non usati operazioni lente sono decimali Talvolta usato nei programmi contabili Numeri reali Problematiche intervallo di valori rappresentabile precisione della rappresentazione errore assoluto errore relativo Rappresentazione fixed point Si usa un numero fisso di bit per la parte intera e per quella frazionaria e non si rappresenta la virgola Ad esempio 4 4 bit binario puro 15 9375 1111 1111 0 0625 0000 0001 virgola sottintesa A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Fixed point operandi allineati operazioni facili precisione assoluta fissa piccolo intervallo di valori divisione tra parte intera e parte frazionaria fissa e non adatta a tutti i campi applicativi precisione relativa variabile Il fixed point viene quindi usato raramente nei sistemi general purpose mentre pi frequente nei sistemi special purpose Codifica fixed point in CA2 si consideri il numero A I F ovel int A eF fraz A e gt 0 gt 01 e seA lt 0 Ac4g L F 1isg Limiti della codifica fixed point CA2 Con N bit per la parte intera e F bit per la parte frazionaria frazmax 1 2
7. 0 15 32 47 M 20 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 166 Fondamenti di Informatica Lo swap i dati dei programmi non in esecuzione ed anche i dati non immediatamente utili dei programmi in esecuzione possono essere tolti dalla memoria centrale e parcheggiati su disco nell area di swap swap 3 1 max max memoria accessibile max RAM area di swap Protezione della memoria S O deve garantire che la memoria usata da un processo non possa essere letta o modificata da un altro processo Nei S O meno evoluti MS DOS MS Windows questo non capita crash del sistema yirus Lo scheduling pianificazione componente dei S O multitasking politica di sequenzializzazione dei processi classi priorit fissa o variabile gestita dallo schedulatore scheduler O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 169 cap XI Fondamenti di Informatica cap XI Schedulazione attivazione tempo scaduto termine attesa es I O Sistemi real time in grado di attivare un processo entro breve tempo dal verificarsi di un evento tempo limitato superiormente controllo di sistemi critici es impianti chimici navigazione aerea o spaziale Sistemi fault tolerant jn grado di continuare a funzionare anche in presenza di guasti degrad
8. Shift in complemento a due quando si effettua lo shift a sinistra di un numero in complemento a due si inserisce a destra uno zero ma si deve prestare attenzione all overflow esempio CA2 su 4 bit 5 1 ossia 0101 1 1010 overflow verifica 010104 5 1010 6 0 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Overflow nella somma in CA2 Operandi con segno discorde non si pu mai verificare overflow Operandi con segno concorde c overflow quando il risultato ha segno discorde In ogni caso si trascura sempre il carry sul MSB Overflow in CA2 0101 1110 0100 1101 1001 11011 1011 overflow OK I numeri razionali o frazionari FONDAMENTI DI INFORMATICA PROMOZIONI 2 prove 3 prove 15 2 1 prova 83 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Numeri razionali Esprimibili come un rapporto di numeri interi In altre parole sono il risultato di una divisione tra numeri interi Rappresentati in forma frazionaria oppure con parte intera parte frazionaria Ad esempio R 15 4 3 75 Conversione in binario della parte frazionaria di un numero 0 21 22 2 20 21 22 a 27 a4 22 Si ottiene quindi a int 2xA a int 2 x fraz 2xA
9. 0 01111110 00100000000000000000000 S 0 5 segno positivo E 01111110 2126 127 2 15 21 M 1 00100000000000000000000 1 001 2 0 1001 0 5625000 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 38 Fondamenti di Informatica Elaborazione dell informazione non numerica Nel mezzo del cammin di nostra vita l M Informazione non numerica Se in quantit finita si pu mettere in corrispondenza coi numeri interi EST 00 01 10 Dagli oggetti ai codici Per rappresentare K oggetti distinti occorre un numero minimo di bit pari a N log x l la funzione ceiling il pi piccolo numero intero maggiore o uguale a quello dato 3 9 4 40 4 3 9 3 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap Fondamenti di Informatica Caratteri Occorre una codifica standard perch il genere di informazione pi scambiata codice ASCII American Standard Code for Information Interchange codice EBCDIC Extended BCD Interchange Code Codice ASCII Usato anche nelle telecomunicazioni Usa 7 bit 8 bit per rappresentare 52 caratteri alfabetici a z A Z 10cifre 0 9 caratteri di controllo Caratteri di controllo CR 13 Carriage Return LF NL 10 New Line Line Feed FF NP 12 New Page Form Feed HT 9 Horizontal Tab VT 11 Ver
10. orientato agli oggetti ed alla grafica RAD Rapid Application Development Il linguaggio PASCAL N Wirth 1972 linguaggio strutturato completo di tutti i concetti base della programmazione molto usato per la didattica A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 148 cap IX Fondamenti di Informatica Il linguaggio C Bell Labs anni 70 linguaggio strutturato con eccezioni istruzioni per facilitare l ottimizzazione molto efficiente usato nella programmazione di sistemi compilatori sistemi operativi Il linguaggio Bell Labs anni 80 linguaggio orientato agli oggetti un soprainsieme del C efficiente Il linguaggio Java Sun Microsystems 1995 linguaggio orientato agli oggetti simile al C modello ad oggetti pi semplice meno costrutti di basso livello C like bytecode programma compilato per un computer ideale JVM Java Virtual Machine interprete che traduce al volo il bytecode in codice macchina e lo esegue su un computer reale A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 149 cap IX Fondamenti di Informatica Programmazione procedurale si definiscono i dati si definiscono le procedure che operano sui dati sesu un determinato dato deve operare pi di una procedura il dato deve essere esterno e globale ad entrambe le procedure Programmazione
11. 0 3 gt 001174 gt 0011 1 11014 0000 45 gt 000 0 100045 1000 1 gt 8 CA2 esempio con passaggi Quesito 1000 CA2 su 4 bit x base 10 Passaggi 1000 1 0111 0111 1000 1000 base 2 8 base 10 Risposta x 8 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Esercizi Trasformare i seguenti numeri da oppure a codifica modulo e segno e complemento a due su 5 bit 411 11 13 13 01010 11010 Complemento a due limiti In una rappresentazione su N bit 2N1 lt x lt 201 1 Esempi e 8bit 128 127 16bit 32 768 432 767 Somma e sottrazione in CA2 La somma si effettua direttamente senza badare ai segni degli operandi gt Aca Beaz La sottrazione si effettua sommando al minuendo il CA2 del sottraendo Aca 7 Beaz gt Aca Beaz A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Sottrazione in CA2 esempio 00100110 11001011 00100110 00110101 01011011 verifica 38 53 91 Shift in complemento a due e quando si effettua lo shift a destra di un numero in complemento a due si fa sempre lo shift aritmetico esempio CA2 su 4 bit 5 1 1011 1 1101 con troncamento verifica 1101 0011 3 0
12. 1 4 1 2F max 2N 1 frazmax minz 2 0 risoluzione o step 1 2F O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Limiti della codifica fixed point CA2 Esempio fixed point CA2 3 I 2 F max 01111 243 75 min 10000 4 0 e step 00001 20 25 valori 4 0 3 75 3 5 3 25 3 0 2 75 2 5 Pu dau 2 75 43 0 43 25 43 5 43 75 Rappresentazione floating point Si usa sempre il formato esponenziale N mantissa base esponente Vari formati decimali esempi di possibili codifiche per N 35000 standard 3 5 104 3 5E 4 scientifico 0 35 105 0 35E 5 ingegneristico 35 10 35E 3 Floating point grande intervallo di valori errore relativo fisso operandi non allineati operazioni complesse errore assoluto variabile O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Formato IEEE 754 Standard IEEE per il floating point mantissa nella forma 1 e 1 sottinteso mantissa in modulo e segno base 2 esponente in codice eccesso Codice eccesso K Si rappresentano i numeri interi relativi sommando a ciascuno una quantit fissa K Esempio codice eccesso 4 su 3 bit offset o bias 4 0 3 1 2 2 1 3 0 1 2 3 4 Singola precisione SP IEEE 754
13. 10 1 010 1 110 10 1 1 111 010 1 S 1 Y A Sz0 Y B O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 70 Fondamenti di Informatica logica A S G B A S S B 95 0 0 1 0 95 1 1 0 0 Sommatore completo full adder PE DEE CARRY C D 5 sum Full adder logica SUM A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 71 cap V Fondamenti di Informatica cap V Full adder tavola della verit 400140440 Circuiti sequenziali Sono circuiti il cui valore delle uscite dipende dai valori presenti sugli ingressi a diversi istanti di tempo In altre parole il valore di uscita dipende dalla sequenza dei valori in ingresso Anche detti circuiti con memoria Circuiti sequenziali U f Xe Xp 9 Xe Me A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 72 Fondamenti di Informatica Sincrono o asincrono Funzionamento sincrono esiste un segnale di riferimento solitamente detto c ock che sincronizza le operazioni di tutti i circuiti ordine facilit di progetto si attende il circuito pi lento Sincrono o asincrono Funzionamento asincrono ogni circuito esegue il proprio lavoro in modo indipendente dagli altri non app
14. leggeri e sottili ottima risoluzione buona resa colorimetrica consumo elettrico medio dimensioni limitate costo elevato VDU per PC primi modelli adattatore risoluzione colori CGA 320 x 200 4 640 x 200 2 EGA 320 x 200 16 640 x 200 16 640 x 350 64 VGA 320 x 200 256 640 x 480 16 VDU per PC adattatore risoluzione pixel SVGA 800 x 600 XGA 1024x768 0 8M SXGA 1280 x 1024 1 3M UXGA 1600x1200 1 9M QXGA 2048 x 1536 3 1M QSXGA 2560 2048 7 6M QUXGA 3200 2400 7 7 QUXGA W 3840 2400 9 2 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 123 cap VII Fondamenti di Informatica Connettori scheda grafica monitor D Sub 15pin onty Analog connettore D SUB anche detto VGA 15 pin solo segnale analogico DVI D 24pin Onty Digital mnm connettore DVI D Digital Video Interface Mill 24 pin solo segnale digitale DVH 29pin connettore DVI I 5 29 pin 24 pin segnale digitale DVI D 5 pin segnale analogico analogico digitale mutuamente esclusivo Acceleratori grafici schede grafiche con un processore GPU che realizza in HW operazioni grafiche complesse e acceleratori 2D 3D occorre che il SW sia a conoscenza di questo HW speciale Dispositivi di stampa O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 124 cap VIII Fondamenti di Inform
15. IDE Integrated Drive Electronics interfaccia per dischi max 2 dischi per canale master e slave max dimensione dischi 504 MB limite del BIOS max velocit 4 MB s standard ANSI ATA Advanced Technology Attachment Fast Ultra ATA EIDE Fast ATA 11 MB s ATA 2 16 MB s dischi max 8 4 GB Ultra ATA o ATA 4 33 MB s Ultra ATA 66 ATA 5 66 MB s ATA 6 100 MB s EIDE Enhanced IDE ATA gt 2 a partire da ATA 4 sono disponibili i comandi ATAPI ATA Packet Interface per collegare anche dispositivi diversi dai dischi es nastri CD ROM O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 184 cap XII Fondamenti di Informatica SATA serial ATA trasmissione seriale invece che parallela con linea dedicata cavo pi sottile flessibile e lungo 7 fili 4 segnali 3 ground contro 40 7G fili in PATA 80 40G da ATA 3 ci diminuisce influenza reciproca tra segnali adiacenti crosstalk interferenze elettromagnetiche con altri dispositivi EMI throughput base 150 MB s pianificata evoluzione sino a 600 MB s use USB Universal Serial Bus trasmissione seriale half duplex polling comandato dal computer collegamento logico a bus max 127 dispositivi alimentabili dal bus sistema plug and play USB 1 0 low speed 1 5 Mbps USB 1 1 medium speed 1 5 12 Mbps USB 2 0 high speed 160 480 Mbps 20 60 M
16. Latin Greek ISO 8859 8 Latin Hebrew ISO 8859 9 Latin 5 Turchia O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap III Fondamenti di Informatica cap Compressione dei dati per ridurre la quantit di dati da memorizzare trasmettere si pu cercare di eliminare le ripetizioni esempio con fattore moltiplicativo AAAAAAABAAAAAAA pu diventare 7 B 7xA esempio con dizionario Torinesi abitano a Torino pu diventare esi abitano a con l informazione aggiuntiva dizionario Torin Compressione senza con perdita compressione senza perdita oss ess se possibile ricostruire esattamente i dati originali compressione con perdita ossy se si ricostruiscono dei dati molto simili ma non identici a quelli originali si trascura qualche dettaglio esempio compressione lossy AAAAAAABAAAAAAA pu diventare 15 x A trascurando B Codifica di immagini se l immagine e molto complessa ed irregolare si preferisce una codifica raster anche detta bitmap o pixmap ossia fatta punto per punto punto dot o pixel picture element se l immagine contiene forme geometriche regolari si preferisce una codifica vettoriale ossia fatta specificando gli elementi geometrici A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 43 Fondamenti di Informatica Codifica raster si suddivide l immagine in tanti punti definendo R ri
17. Tape Open formato open contro DLT e AIT cassette modello Ultrium 1 2 inch capacit hw di compressione cifratura e WORM LTO 1 2000 100 GB 20 MB s LTO 2 2003 200 GB 20 MB s LTO 3 2005 400 GB 20 MB s LTO 4 2007 800 GB 20 MB s u ULTRI un La compressione dei dati mum Ta m VD Compressione dei dati si cercano tra i dati le sequenze di bit pi frequenti le si sostituisce con sequenze pi corte e si memorizza assieme ai dati anche la tabella di conversione riduzione tra il 5096 binari ed il 9096 testo alfanumerico O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VII Fondamenti di Informatica Archiviazione dei dati Talvolta pratico raccogliere un insieme di file all interno di un altro file archivio W a93 dat ty a94 dat archivio zip Programmi di compressione e o archiviazione Inizializzazione dei dischi formattazione fisica settori tracce Ls WI formattazione logica cluster area di sistema direttori A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VII Fondamenti di Informatica cap VII Il file system organizzazione logica dei dati sulla memoria di massa tipi di file formato fisso variabile binario stream con indice organizzazio
18. a pagamento Variabile dipendente A assegnazione gratuita di 100 azioni ordinarie Un aumento di capitale soluzione Forma immediata A R R P Forma minima A R P A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 59 Fondamenti di Informatica cap V Tecnologia elettronica Elettrico o elettronico elettrico elettronico tanti elettroni pochi O 100V tensione O V O A corrente O mA Analogico o digitale analogico digitale proporzionale numerico O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 60 Fondamenti di Informatica Il transistore l elemento base degli attuali elaboratori elettronici digitali piccole dimensioni nm basso consumo di energia uW alta velocit di funzionamento milioni di operazioni al secondo Il transistore MOS Metal Oxide Semiconductor Source Gate GzV GzV Drain transistore MOS a canale n o nMOS Il transistore MOS Metal Oxide Semiconductor S G GzV G Vy D transistore MOS a canale o pMOS A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica Il circuito Inverter v Vu IL A y Y V gt YzV V Analisi di un circuito transistori MOS dato un insieme di tensioni sugli ingressi si esaminano le tensioni di g
19. cache Tram 80 ns H 60 Ty 0 6 20 0 4 80 44 ns 95 Ty 0 95 20 0 05 80 23 ns Livelli di cache nelle CPU ad alta velocit la differenza di velocit tra RAM e registri molto elevata e quindi si spezza la cache in vari livelli L1 L2 talvolta anche L3 tipicamente almeno L1 cache on chip ossia integrata sul medesimo chip della CPU cache dedicata ai dati d cache cache dedicata alle istruzioni i cache La cache dei dischi Essendo i dischi abissalmente lenti rispetto alla memoria centrale possibile usare quest ultima come cache per gli ultimi dati letti disk cache read ahead Sempre pi spesso la disk cache integrata all interno del controller del disco O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 89 Fondamenti di Informatica Gerarchia di memoria registri cache velocit RAM capacit cache del disco disco Unit di controllo E il cuore dell elaboratore in base al programma fornitole ed allo stato di tutte le unit decide l operazione da eseguire ed emette gli ordini relativi I programmi Un programma una specifica univoca di una serie di operazioni che l elaboratore deve svolgere costituito da una sequenza di istruzioni specificato in codice macchina conservato in memoria O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2
20. con particolare attenzione ai casi limite documentazione manuale utente manuale del programmatore Algoritmo Un algoritmo pu essere considerato un insieme di regole per effettuare un dato compito risolvere un problema Un algoritmo deve terminare in un tempo finito produrre un effetto osservabile essere deterministico ossia produrre gli stessi risultati a partire dalle stesse condizioni iniziali A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap X Fondamenti di Informatica Esecuzione di un algoritmo Vengono eseguite in sequenza le operazioni che lo costituiscono Esistono algoritmi che prevedono una sequenza di esecuzione unica sequenze di esecuzione multiple Esempio sequenza di esecuzione unica Dato il valore di X calcolare Y 5 X 3 Sequenza di esecuzione 1 ricevo il valore di X 2 moltiplico X per 5 sia Z il risultato 3 sommo 3 a Z sia Y il risultato 4 visualizzo Y Esempio sequenze di esecuzione multiple Dato il valore di X calcolare la radice quadrata di X5 Sequenza di esecuzione 1 ricevo il valore di X 2 sommo 5 a X sia Y il risultato 3a se Y positivo o nullo calcolo la sua radice quadrata e la visualizzo 3b se Y negativo indico che impossibile calcolare la sua radice quadrata O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 153 cap X Fondamenti di Informatica cap X For
21. dati operandi operazione destinazione risultato CPU e FPU Central Processing Unit CPU e CPU UO microprocessore uP CPU frattaglie Floating Point Unit FPU UO dedicata ai numeri reali alias matematico Memoria Memorizza i dati e le istruzioni necessarie all elaboratore per operare Caratteristiche indirizzamento parallelismo accesso sequenziale o casuale O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 83 Fondamenti di Informatica Indirizzamento Ad ogni cella di memoria associato un indirizzo numerico per identificarla univocamente Parallelismo Ogni cella di memoria contiene una quantit fissa di bit identica per tutte le celle di una certa unit di memoria accessibile con un unica istruzione un multiplo del byte minimo un byte Memoria interna all interno dell elaboratore allo stato solido chip solitamente volatile veloce nanosecondi 10 quantit limitata qualche GB non rimovibile costosa 0 5 1 0 MB A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica cap VI Memoria esterna all esterno dell elaboratore talvolta rimovibile non elettronica es magnetica e permanente lenta
22. millisecondi 10 s grande quantit qualche GB economica 1 2 GB Memoria ad accesso casuale il tempo di accesso costante indipendente dalla cella scelta T costante anche detta RAM Random Access Memory Memoria ad accesso sequenziale il tempo di accesso dipende dalla cella a cui si accede spesso la dipendenza lineare T K indirizzo A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 85 Fondamenti di Informatica Memoria RAM Random Access Memory circuiti integrati memoria statica SRAM memoria dinamica DRAM richiede un rinfresco periodico ormai sinonimo di memoria interna volatile casuale a lettura e scrittura Memoria ROM Read Only Memory E un concetto memorie a sola lettura ma anche una classe di dispositivi allo stato solido memorie a prevalente lettura molto pi veloce 0 facile della scrittura ROM dati scritti in fabbrica PROM Programmable ROM dati scritti dall utente tramite un apparecchio speciale programmatore EPROM Erasable PROM PROM cancellabile tramite UV EAROM Electrically Alterable ROM PROM cancellabile tramite circuito elettronico speciale EEPROM E PROM Electrically Erasable PROM e scrivibile cancellabile normalmente Flash memory EEPROM veloce nella cancellazione un blocco tutta invece di un byte alla volta A Lioy P
23. orientata agli oggetti OOP incapsulamento assieme ai dati si specificano tutte le procedure metodi che possono operare su di essi messaggi per operare su un dato si invia un messaggio per attivare un metodo ereditariet un oggetto pu ereditare tutte le caratteristiche di un altro oggetto e definirne di nuove OGGETTO DATI METODI Il linguaggio PROLOG LOGic PROgramming dati un insieme di fatti e di regole ricerca tutti i valori che soddisfano un espressione A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IX Fondamenti di Informatica PROLOG un esempio regole figlio X Y genitore Y X fratello X Y genitore Z X amp genitore Z Y nonno X Y genitore X Z amp genitore Z Y nipote X Y genitore X Z amp genitore Z Y PROLOG un esempio fatti genitore andreina barbara genitore amilcare barbara genitore barbara carlo genitore barbara cecilia PROLOG un esempio ricerca nipote X amilcare X z carlo X z cecilia O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IX Fondamenti di Informatica La programmazione 2 DI Su S N 0 Sviluppo del software problema idea soluzione algoritmo soluzione formale programma traduzione dell algoritmo in una forma comprensibile da un elaboratore elettronico test su molti casi
24. vero falso vero vero vero falso Espressioni Booleane Un espressione Booleana una combinazione di variabili ed operatori Booleani Ad esempio Ae nonB O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 53 Fondamenti di Informatica Funzioni Booleane Una funzione Booleana un applicazione molti a uno f A falso vero vero falso Nota per comodit grafica talvolta la negazione indicata con un apice dopo la variabile o l espressione negata es A Operatore AND falso falso falso falso vero falso vero falso falso Vero vero vero O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IV Fondamenti di Informatica Operatore OR falso falso falso falso vero vero vero falso vero Vero vero vero Operatore XOR falso falso falso falso vero vero vero falso vero vero vero falso Propriet commutativa e associativa A BzB A A B C A B C A B C A C B A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 55 cap IV Fondamenti di Informatica Propriet distributiva Ordi
25. 008 cap VI Fondamenti di Informatica Le istruzioni Ogni istruzione specifica un operazione elementare che l elaboratore deve svolgere e funzione es ADD MOV operandi es R1 M 126 destinazione del risultato stessa sintassi degli operandi Il codice macchina un particolare codice binario usato per specificare le istruzioni all elaboratore diverso per ogni elaboratore perch ogni elaboratore ha un organizzazione di MEM e UO diversa formato fisso semplicit formato variabile efficienza Un esempio di codice macchina Istruzioni codificate su 16 bit operazioni su 4 bit 16 operazioni e operandi su 4 bit 16 registri e indirizzi su 8 bit max 256 celle O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica Un esempio di codice macchina Operazioni tra registri 4 4 4 4 operazione dest op1 op2 Add Rz Rx Ry Mov Rz Rx Not Rz Un esempio di codice macchina Operazioni su memoria periferici o dati immediati 4 4 8 operazione reg costante Load Rz indirizzo Inp Rz indirizzo Mvi Rz dato Codici delle operazioni Nop 0000 Load 1000 Add 0001 Store 1001 Sub 0010 Inp 1010 And 0011 Out 1011 Or 0100 Jmp 1100 Not 0101 Jp 1101 Mov 0110 Jz 1110 Mvi 0111 Stop 1111 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondame
26. 08 160 cap X Fondamenti di Informatica Esempio diagramma strutturato START n H A Esempio diagramma strutturato ES Ian lt m Esempio diagramma strutturato 1 2 3 4 5 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap X Fondamenti di Informatica Esempio diagramma strutturato Esempio diagramma non strutturato Il ciclo non ha un test all inizio o alla fine A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 162 cap X Fondamenti di Informatica Il sistema operativo Il sistema operativo Funzionalit svolte gestione delle risorse del sistema di elaborazione interfaccia uomo macchina HMI Human Machine Interface Abbreviazioni 8 0 O S operating system S O caratteristiche gestione della memoria di massa file system gestione della memoria RAM gestione dei processi interfaccia utente n di utenti simultanei n di processi simultanei O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 163 cap XI Fondamenti di Informatica cap XI Sistemi batch molto usati negli anni 60 input schede perforate output stampanti a caratteri nessuna interazione coll utente input programma dati avvio dell elaborazione solo quan
27. 2 2008 174 Fondamenti di Informatica Collegamento di dispositivi periferici Collegamento di principio elaboratore interfaccia periferico canale di comunicazione Gestione delle interfacce Interrupt priorit un interfaccia richiede il servizio quando ha dei dati da elaborare complesso ma la CPU pu fare altro Polling busy wait round robin Ja CPU domanda periodicamente ad ogni interfaccia se ha dei dati da elaborare semplice ma occupa la CPU O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap XII Fondamenti di Informatica cap XII Trasferimento dati tra periferici e CPU memoria I dati da per i periferici sono memorizzati in RAM e devono essere trasferiti celermente Soluzione 1 la CPU trasferisce i dati Soluzione 2 DMA Direct Memory Access la CPU indica la quantit di dati la zona di memoria ed il periferico il trasferimento avviene direttamente tra periferico e RAM senza intervento della CPU che pu svolgere altre operazioni Comunicazione tra apparecchiature elettroniche trasmettitore ricevitore velocit di capacit del velocit di trasmissione canale ricezione bit s BPS Bit Per Second Comunicazione seriale Dati trasmessi uno per volta in sequenza ordinata bb bb
28. 2 2008 cap VI Fondamenti di Informatica Istruzioni di salto salti incondizionati Jump JMP 1204 1204 salti condizionati Jump if SUB R1 R0 17 R1 17 JP 1204 se 0 PC 1204 Istruzioni di salto esempio Ipotesi R1 contiene i ricavi R2 le spese SUB RO R1 R2 lt R1 R2 JP 1492 salto se R1 gt R2 chiedo il rimborso JMP 1500 1492 calcolo le tasse da pagare 1500 STOP Il clock Ogni elaboratore contiene un elemento di temporizzazione detto clock che genera un riferimento temporale comune per tutti gli elementi costituenti il sistema di elaborazione A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica Il clock LL LII T periodo di clock unit di misura s f frequenza di clock 1 T unit di misura s Hz cicli s Tempistica delle istruzioni un ciclo macchina e l intervallo di tempo in cui viene svolta una operazione elementare ed un multiplo del periodo del clock l esecuzione di un istruzione richiede un numero intero di cicli macchina variabile a seconda del tipo di istruzione Velocit di elaborazione Valutazione molto difficile perch dipende pesantemente da programma eseguito dati architettura dell elaboratore istruzioni macchina cache O A Lioy Politecnico d
29. 33 collegamento semplice comunicazione lenta A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 176 Fondamenti di Informatica cap XII Comunicazione parallela Pi dati trasmessi simultaneamente B ee one co mS comunicazione veloce collegamento complesso possibile interferenza tra i dati Comunicazione sincrona I due apparati possiedono uno stesso riferimento temporale con cui delimitano la durata dei dati EN EN M M i comunicazione veloce sincronizzazione dei riferimenti Comunicazione asincrona I due apparati sincronizzano lo scambio dei dati mediante speciali segnali detti segnali di controllo 1 2 start bit 0 1 stop bit Oli nessun riferimento temporale comune comunicazione lenta A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 177 Fondamenti di Informatica Comunicazione unidirezionale half duplex Ad ogni istante di tempo i dati viaggiano in una sola direzione t R collegamento semplice comunicazione bidirezionale impossibile o lenta inversione del flusso Comunicazione bidirezionale full duplex Ad ogni istante di tempo sempre possibile uno scambio simultaneo di dati R comunicazione veloce lo collegamento complesso Linea seriale cavi in rame schermati trasmette una tension
30. 75 4B K 107 6B k 12 C NP 44 2C 76 4C L 108 6C 1 13 D CR 45 2D 77 4D M 109 6D m 14 E SO 46 2E 78 4E N 110 GE n 15 F SI 4T 2F 79 AF 0 111 6F o 16 10 DLE 48 30 0 80 50 P 112 70 17 11 DCI 49 31 1 81 51 Q 113 71 q 18 12 DC2 50 32 2 82 52 R 114 72 r 19 13 DC3 51 33 3 83 53 5 115 73 5 20 14 DC4 52 34 4 84 54 T 116 74 t 21 15 NAK 53 35 5 85 55 U 117 75 u 22 16 SYN 54 36 6 86 56 V 118 76 23 17 ETB 55 37 7 87 57 W 119 77 W 24 18 CAN 56 38 8 88 58 X 120 78 x 25 19 EM 57 39 9 89 59 Y 121 79 y 26 1A SUB 58 3A 90 5A Z 122 7A 2 27 1B ESC 59 3B 91 5B 123 7B 28 1C FS 60 3C lt 92 5C 124 7C 29 ID GS 61 3D 93 5D 125 7D 30 1E RS 62 3E gt 94 5E E 126 TE 31 1F US 63 3F 95 5F 127 DEL Nomi dei caratteri di controllo ACK Acknowledgment EOT End of Transmission BEL Bell ESC Escape BS Backspace ETB End of Transmission Block CAN Cancel ETX End of Text CR Carriage Return FF Form Feed o New Page NP DCI Device Control 1 XON FS File Separator DC2 Device Control 2 GS Group Separator DC3 Device Control 3 XOFF HT Horizontal Tab DC4 Device Control 4 LF Line Feed o New Line NL DEL Delete NAK Negative Acknowledgement DLE Data Link Escape NUL Null EM End of Medium SI Shift In ENQ Enquiry SO Shift Out SOH Start of Header STX Start of Text SUB Substitute SYN Syn
31. B s USB cablaggio cavo a 4 fili con connettore piatto 2 per dati 2 per alimentazione a 5 V lunghezza max cavo 5 m hub per collegare pi dispositivi collegamento in cascata di massimo 5 hub quindi distanza max 30 m A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 185 cap XII Fondamenti di Informatica USB memory pen connettore USB controllore USB punti di test memoria flash oscillatore al quarzo LED di attivit read only switch Spazio per una seconda memoria flash nota immagine tratta da Wikipedia IEEE 1394 Firewire Apple i LINK Sony standard de facto per collegamenti digitali non analogici tra dispositivi video videocamere videoregistratori DVD sistemi di editing video PC O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 186 cap XII Fondamenti di Informatica cap XII IEEE 1394 caratteristiche trasferimento asincrono o isocrono velocit 100 200 400 Mbps sul cavo peer to peer 12 5 25 50 Mbps dentro al computer peer to peer direttamente tra dispositivi collegamento logico a stella massimo 63 dispositivi lunghezza massima cavo 4 5 m collegamento in cascata di massimo 16 dispositivi quindi distanza max 72 m Equilibrio e bilanciamento e prestazioni globali di un sistema di elaborazione
32. II Fondamenti di Informatica Tipi di errore Nel sistema binario un errore pu essere solo l inversione di un bit 0 1 10 Codici a rivelazione d errore aggiungono ai dati dei bit di controllo per rilevare errori in generale aggiungendo N bit si possono rivelare tutti gli errori che colpiscono al massimo N bit Codici a rivelazione d errore Codice pi semplice parit dispari 0010100 dato 10010100 dato bit di parit dati osservati 10010100 nessun errore 11010100 errore 0 5 1 10010000 errore 1 0 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap III Fondamenti di Informatica Codici a correzione d errore aggiungono ai dati dei bit di controllo per rivelare e correggere errori in generale con lo stesso codice si possono rivelare un massimo di N errori e correggerne fino a N 1 Codici a correzione d errore Esempio parit orizzontale e verticale codice di Hamming 2 1 dati parit dato osservato 10000 10000 00010 00 1 0 errore 10101 10101 10011 10011 01011 01011 bit errato errore Esercizio seguenti numeri sono protetti con un codice di parit dispari ed il bit di parit il MSB Indicare quali numeri sono affetti da errore 00110010 11001010 01000001 11100001 10101000 Cosa cambierebbe se il bit di parit fosse il LSB O A Lioy Politecnico di Tor
33. Informatica Stampanti a impatto nastro inchiostrato martelletto testina foglio a rullo Stampanti ad aghi 80 160 CPS capacit grafiche limitate costo 50 Euro testina matrice di aghi Stampanti a catena line printer stampano una riga per volta 1200 LPM draft 900 LPM standard 500 LPM lettera costo 1000 Euro catene A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 129 cap VII Fondamenti di Informatica Stampanti termiche medesimo principio delle stampanti ad aghi aghi riscaldati elettricamente per impressionare una carta termosensibile non richiedono inchiostro per piccole stampanti es registratori di cassa Stampanti a getto d inchiostro inchiostro e L lamina piezoelettrica placchette Stampanti a getto d inchiostro B N e colori 80 160 CPS capacit grafiche 300 600 DPI costo 100 Euro ottimo rapporto qualit prezzo A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 130 cap VII Fondamenti di Informatica cap VII Stampanti laser raggio laser lama foglio forno Stampanti laser B N a colori un passo quattro passi pi costose soprattut
34. Politecnico di Torino FONDAMENTI DI INFORMATICA quaderno di testo Prof Antonio Lioy Anno Accademico 2008 2009 Riproduzione totale o parziale vietata senza il consenso scritto dell autore PREFAZIONE Il presente volumetto raccoglie in forma cartacea il materiale elettronico sviluppato per una serie di corsi di Fondamenti di Informatica del Politecnico di Torino Pi che costituire un libro di testo questo vuole essere una sorta di quaderno di testo in cui gli studenti trovano pre organizzata una gran parte del materiale presentato in aula definizioni schemi formule grafici tabelle Tradizionalmente questo richiede molto tempo per essere trascritto sui quaderni senza contare 1 possibili e probabili errori di trascrizione Grazie al quaderno di testo lo studente pu concentrarsi maggiormente sui concetti che vengono esposti e sul filo logico che lega i vari argomenti tra di loro Nella speranza che questo materiale possa essere utile al maggior numero possibile di studenti ho scelto di contenere al massimo il costo della pubblicazione ed ho organizzato il materiale in un formato con ampi spazi bianchi per gli appunti personali Correzioni e suggerimenti per il miglioramento di questo quaderno possono essermi indirizzati presso il Dipartimento di Automatica e Informatica oppure inviatimi tramite posta elettronica all indirizzo lioy polito it Torino settembre 2008 L autore INDICE I elaborator
35. a blocchi O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica Unit di input schema funzionale iso am E Unit di input Acquisisce informazioni trasformandole dal mondo umano a quello del computer umano diversi tipi di segnali fisici analogici asincroni computer segnali elettronici digitali sincroni Trasduttore trasforma un segnale da un dominio fisico ad un altro nei calcolatori tipicamente si usano trasduttori elettro xxx esempi elettro ottico cellula fotoelettrica elettromeccanico tastiera O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica Analog Digital Converter trasforma un segnale elettrico analogico in un segnale elettronico digitale risoluzione temporale velocit risoluzione di valori n di bit Campionamento T C frequenza di campionamento fo 1 T Quantizzazione 11 E oes 01 dw 00 gt K livelli gt nz log K bit A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 79 cap VI Fondamenti di Informatica cap VI Errori di campionamento e di quantizzazione Problema Un sistema di elaborazione deve acquisire una temperatura compresa tra 35 e 43 C con la precisione di 0 1 C Qual il numero minimo di bit di cui deve
36. ate per stabilire lo stato dei transistori conduce non conduce partendo dall uscita del circuito si esaminano i percorsi che conducono verso una tensione definita VH o VL se tutti i cammini portano ad un unica tensione l uscita assumer lo stesso valore altrimenti il suo valore sar indefinito Esempio analisi di un circuito MOS B AB T T T T Y L L on on off off E L H on off off on Ts HL off on on off H 2 HH ott off on on L porta NAND A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica Le porte logiche Associando a V e V due valori logici distinti possibile interpretare il funzionamento dei circuiti elettronici a transistori come operatori Booleani Associando invece due cifre binarie distinte possibile interpretare il funzionamento in modo aritmetico Trivalenza di una porta logica A Y interpretazione Vi circuito Inverter Vu falso vero operatore Booleano NOT vero falso 0 1 operazione binaria 1 0 complemento a uno La porta INV Inverter a pr Y A A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica cap V INV funzionamento ideale Va L gt Vi 1 I 1 pasa INV funzionamento reale La porta NAND A Yz A ByzA B O A Lioy Politecnico
37. atibile col precedente usa laser blu violetto 1 2405 nm invece che rosso 42650 nm 25 50 GB single double layer richiesto per memorizzare un film in HD http www bluraydisc com nastri striscia plastica avvolta su bobina accesso sequenziale tempo di accesso 60 s tecnologia magnetica o ottica A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 111 Fondamenti di Informatica Nastri magnetici densit di registrazione 1600 6250 BPI Bit Per Inch 9 tracce parallele capacit secondo la lunghezza uso backup velocit variabile fino a 1 GB h DDS Digital Data Storage evoluzione del DAT cassette da 4 mm con tracce elicoidali DDS 1 1989 2 GB 0 4 MB s 90 m DDS 2 1993 4 GB 0 5 MB s 120 m DDS 3 1996 12 GB 1 MB s 125 m DDS 4 1999 20 GB 3 MB s 125 m DAT 72 2003 36 GB 3 2 MB s 170m DAT 160 2007 80 GB 6 9 MB s 150 m capacit raddoppia con compressione DLT Digital Linear Tape evoluzione del DAT Digital Audio Tape cassette da 1 2 inch tracce lineari parallele 128 208 capacit raddoppia con compressione DLT 7000 1996 35 GB 5 MB s DLT 8000 1999 40 GB 6 MB s super DLT usa traccia ottica per sincro SDLT 600 2004 300 GB 36 MB s DLT S4 2006 800 GB 60 MB s A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 112 cap VII Fondamenti di Informatica LTO Linear
38. atica Categorie di dispositivi stampanti a caratteri grafiche plotter fotoriproduttori foto dia macchine per fotocomposizione Parametri di valutazione velocit di stampa capacit grafiche risoluzione formato della carta caratteri di stampa font punti formati colori Velocit di stampa Unit di misura per stampanti caratteri CPS Characters Per Second per stampanti di linea LPS Lines Per Second LPM Lines Per Minute per stampanti grafiche o di pagina PPM Pages Per Minute A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VII Fondamenti di Informatica Risoluzione di stampa solitamente specificata solo per stampanti con capacit grafiche si misura in DPI Dots Per Inch si ricordi 1 inch 2 54 cm per stampanti solo alfanumeriche si pu misurare in CPI Characters Per Inch Formato della carta foglio singolo modulo continuo buste rullo tutto il mondo tranne USA usa il formato ISO 216 altezza base x sqrt 2 AQ AI A2 A4 210 297 mm ogni foglio il doppio del precedente es A3 2 2 A4 USA letter 8 5 x 11 2 216 x 279 mm legal 8 5 x 14 216 x 356 mm ledger tabloid Spaziatura dei caratteri spaziatura fissa buon lavoro a tutti quanti spaziatura proporzionale buon lavoro a tutti quanti O A Li
39. azioni distinte 2N es 2 bit gt 4 simboli intervallo di valori 0 xxx 2N 1 000 0 x x x 111 1 Limiti del sistema binario rappresentazione naturale bit simboli min max 4 16 0 15 8 256 0 255 16 65 536 0 65 535 32 4 294 967 296 0 4 294 967 295 Conversione di numeri naturali da binario a decimale Si applica direttamente la definizione effettuando la somma pesata delle cifre binarie 1101 1 23 1 22 1 2 8 4 1 13 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Corrispondenza decimale binario Regola per rappresentare K oggetti distinti occorre un numero di bit pari ad almeno N log La funzione ceiling La funzione matematica ceiling applicata all argomento x restituisce il minor numero intero maggiore o uguale a x In pratica l approssimazione per eccesso Esempi e 41 4 e 411 5 4 4 e 41 4 Calcolo del logaritmo in base 2 avendo a disposizione una calcolatrice che calcola il logaritmo naturale In oppure quello in base 10 Log log x Log x Log 2 In x In2 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Corrispondenza decimale binario Regola pratico empirica ma imprecisa in media occorrono 3 25 bit per rappresentare una cifra decimale Esempi gt bbbbbbb gt bbbb
40. bbbbbb Conversione di numeri naturali da decimale a binario 2 NA 2 1 251 22 21 2 252 ap 2 ag 2 2 ay 25 a aj ap Aw 2 Q R z2 2 Q R R Da decimale a binario Dal confronto tra l espressione di A come numero binario e come risultato della divisione intera per due si ottiene a R a R a R A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Da decimale a binario Regola pratica divisioni successive per due si prendono i resti in ordine inverso 13 6 3 1 0 quozienti 110 1 1 resti 13 1101 Esercizi Convertire da decimale a binario e viceversa 14 1110 331 100001 5710 111001 3l 11111 Convertire in binario e decimale 123 1010011 83 128 impossibile AIA 1010 0001 1010 2586 1234 0001 0010 0011 291 Esercizi determinare la base X in cui vale la seguente uguaglianza 43 24 100 7 effettuare seguenti cambiamenti di base 23 0 in base 6 356 11 in base 10 8 0 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Operazioni aritmetiche 1000 euro di stipendio meno 500 euro di affitto meno 100 euro di benzina meno n Somma in binari
41. bi a vuoto 1500 relais 1951 UNIVAC Eckert e Mauchly E amp M Computer Corporation primo computer programmabile commerciale O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 Fondamenti di Informatica cap I UNIVAC The UNIVAC 120 was a 1953 release of a modified Remington Rand Model 409 computer Le generazioni informatiche 1942 57 1 gen tubi a vuoto 1958 63 2 gen transistori 1964 80 3 gen circuiti integrati 1980 oggi 4 gen circuiti VLSI futuro 5 gen A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 Fondamenti di Informatica I pi recenti modelli di computer fesso e Gur I dati Nel mezzo p del cammin El I dati numerici sono quelli pi usati in ambito scientifico nei moderni sistemi di elaborazione tutti gli altri tipi di dato sono trasformati in dati numerici tutti i tentativi di elaborare direttamente dati non numerici o sono falliti o si sono mostrati molto pi inefficienti che non effettuare l elaborazione solo dopo aver trasformato I dati in forma numerica O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap 1 Fondamenti di Informatica Organismi di standardizzazione ANSI www ansi org American National Standards Institute CEN www cenorm be Comit Europ en de Normalisation ETSI www etsi org European Telecommunications Standards Inst
42. cap II Fondamenti di Informatica Alcune potenze di due 2 1 2 512 2 2 219 1024 25 4 21 2048 25 5 8 212 4096 24 16 213 8192 25 32 214 16384 2 64 215 32768 27 128 216 65536 28 256 Terminologia BInary digIT 0 1 BYTE otto bit 00110110 WORD n byte 00001111 10101010 Terminologia 10110110 MSB LSB Most Least Significant Significant Bit Bit A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Multipli binari Si usano le potenze di due invece di quelle di dieci potenziale confusione anche commerciale chilo 210 un migliaio mega M 2 un milione giga G 2 un miliardo tera T 2e mille miliardi Un tentativo IEEE di usare due prefissi diversi es K 103 Ki 2 largamente fallito Il sistema ottale base 8 talvolta indicata con Q per Octal e cifre 0 1 2 3 4 5 6 7 utile per scrivere in modo compatto i numeri binari 3 1 10111001 7 du Il sistema esadecimale base 16 talvolta indicata con H per Hexadecimal cifre 0 1 9 A BB CD E Fj utile per scrivere in modo compatto i numeri binari 4 1 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Limiti del sistema binario Considerando numeri naturali da N bit combin
43. cativo middleware software di base hardware A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 140 Fondamenti di Informatica cap IX Linguaggi di programmazione Servono a tradurre gli algoritmi in istruzioni per l elaboratore Ne esistono varie categorie linguaggi macchina linguaggi assembler linguaggi ad alto livello Linguaggio macchina codifica binaria delle istruzioni molto efficiente dipende dalla CPU registri operazioni dipende dall architettura del calcolatore quantit di memoria modalit di I O Linguaggio assembler codifica simbolica delle istruzioni ADD R1 R2 M R4 RIZ R22 M R4 meta istruzioni TOT DB 0 crea ed azzera TOT linguaggio unico per architettura di CPU es Dec AXP Intel 80x86 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 141 Fondamenti di Informatica Linguaggi ad alto livello HLL High Level Language elaboratore virtuale istruzioni orientate alla soluzione di problemi SINH 5 57 C linguaggio indipendente dalla piattaforma HW traduttori Traduzione dei linguaggi Mu algoritmo XE sorgente file oggetto libreria 9 file eseguibile Esecuzione di un programma file eseguibile loader A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 142 cap IX Fondamenti di Informa
44. chi che non si guastano che costerebbero cari si usano dischi di qualit inferiore con meccanismi di correzione degli errori misti HW SW R Redundant A Array of I Independent Inexpensive D Disks Livelli RAID RAID 0 disk striping velocit ma nessuna protezione RAID 1 disk mirroring protezione al costo del 50 RAID 3 disk byte striping un disco dedicato a ECC RAID 4 disk block striping un disco dedicato a ECC RAID 5 disk block striping ECC distribuito su tutti i dischi CD Compact Disc dischi ottici a sola prevalente lettura singola faccia rimovibili capacit 600 MB lenti tempo di accesso 300 ms uso distribuzione di software o dati tipologie CD ROM dati registrati in produzione CD R dati registrabili da utente CD RW dati registrabili e cancellabili da utente ma con perdita di capacit O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VII Fondamenti di Informatica Tecnologia dei CD ottici CD PIT LAND Velocit dei drive per CD ROM Velocit di trasferimento base 150 KB s oggi 2x 3x 4x 8x 16x 52x Quando sono indicate tre velocit esse sono nell ordine write once rewrite read es 12x 10x 32x 1 8 1 5 4 8 MB s Tempo di accesso O 100 ms DVD Digital Versatile Disc anche Digital Video Disc perch molto usati per i filmati in formato MPEG 2 dis
45. chi con diametro 8 o 12 cm single side SS o double side DS single layer SL o double layer DL 2 GB 1 ora di video ad alta qualit con 3 colonne sonore differenti durata ancora maggiore se video con qualit VHS velocit 1x 1 32 MB s O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 109 cap VII Fondamenti di Informatica Formati DVD 8 cm DVD 1 8cm SS SL 1 36 GB DVD 2 8cm SS DL 2 48 GB DVD 3 8cm DS SL 2 72 GB DVD 4 8cm DS DL 4 95 GB DVD R 8cm SS SL 1 15 GB DVD R 8cm DS SL 2 29 GB Formati DVD 12 cm DVD 5 12cm SS SL 4 7 GB DVD 9 12cm SS DL 8 5 GB DVD 10 12cm DS SL 9 4 GB DVD 18 12cm DS DL 17 0 GB DVD R 12cm SS SL 4 7 GB DVD R 12cm DS SL 8 5 GB DVD RAM 12cm SS SL 2 40 GB DVD RAM 12cm DS SL 4 80 GB P pN p C d DVD video DVD ROM argento read only Tipi di DVD Au DVD R rosa recordable write once DVD RAM involucro doppia faccia read write O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VII Fondamenti di Informatica Formati in competizione DVD Forum www dvdforum org formati DVD DVD RW Alliance www dvdrw com Dell HP Verbatim Philips Ricoh Sony Thomson Yamaha formati DVD maggiore compatibilit coi lettori esistenti Blue ray DVD BD nuovo formato DVD incomp
46. chronous Idle US Unit Separator VT Vertical Tab A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 193
47. di 768 pixel 25 FPS NTSC National Television Standards Committee USA 525 righe di 768 pixel 30 FPS nota pellicola cinematografica z 24 FPS Codifica di suoni frequenze udibili 4 KHz campionamento ad intervalli regolari valore tipico 44 KHz 10 MB 1 di audio con qualit CD musicale stereo 16 bit campione compressione tipica 2 1 lossless formato WAV PC MS Windows formato AU Next SUN formato AIFF Apple SGI O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap III Fondamenti di Informatica Il formato MP3 MPEG 1 audio layer 3 compressione con perdita ma la perdita riguarda parti a cui l orecchio umano e poco sensibile qualit quasi uguale a CD audio con compressione 12x ottimizzato per velocit 32 320 Kbps tipicamente 64 Kbps Il formato MIDI MIDI codifica le note e gli strumenti che devono eseguirle solo musica non voce umana per riprodurre i suoni richiede un sintetizzatore o campioni dei vari strumenti molto efficiente 6 19 della 5 sinfonia di Beethoven z 91 KB Protezione dagli errori Esistono fenomeni fisici che possono accidentalmente cambiare l informazione memorizzata esposizione ad alte temperature e radiazioni es raggi X gamma cosmici interferenze elettromagnetiche campi magnetici O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap I
48. di Informatica cap VII Parametri di confronto capacit grafiche risoluzione colori dimensione Capacit grafiche VDU alfanumerica solo caratteri grafica rudimentale tramite caratteri grafici VDU grafica pixel minimo elemento grafico controllabile individualmente anche detto punto dot Risoluzione della VDU VDU alfanumerica righe x colonne tipicamente 25 x 80 VDU grafica pixely x pixel da 640x480 a 3200x2400 dot pitch distanza tra due pixel minore il pitch migliore la visione A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 119 Fondamenti di Informatica cap VII VDU a colori VDU monocromatica fondo nero pixel colorato e reverse video VDU a colori colori RGB Red Green Blue N colori simultaneamente P colori nella tavolozza palette P gt N La memoria video Serve a memorizzare l immagine perch deve essere continuamente riscritta sullo schermo refresh caratteri e loro attributi pixel e loro colore La memoria video Domanda quanta memoria video occorre per visualizzare un immagine 640x480 a 256 colori Soluzione 640 x 480 307 200 pixel 307 200 1024 300 Kpixel log 256 8 bit pixel 1 byte pixel Risposta 300 Kbyte A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 120 Fondamenti di Informatica cap VII AGP Accelerated G
49. di Torino 1992 2008 64 Fondamenti di Informatica La porta AND La porta NOR Yz A ByzA B La porta OR O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 65 cap V Fondamenti di Informatica La porta XNOR o EQV D Y AGBy A B A B La porta XOR PD Y zA B A B A B transistore 10 porta logica logic gate x 10 100 000 circuito integrato chip A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica cap V Piastra elettronica board Nn L V connettore pista o traccia Parametri tecnologici densit di integrazione velocit tempo di propagazione potenza elettrica assorbimento di energia sviluppo di calore capacit di pilotaggio Densit di integrazione SSI Small Scale of Integration MSI Medium Scale of Integration LSI Large Scale of Integration VLSI Very Large Scale of Integration ULSI Ultra Large Scale of Integration O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 67 Fondamenti di Informatica cap V Tecnologie a confronto Tecnologie del silicio TIL Transistor Transistor Logic CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor ECL Emitter Coupled Logic BiCMOS TTL CMOS Tecnologia dell arseniuro di gallio GaAs Schema d
50. dia perch sviluppato nelle universit UCB multitask multiutente ottima integrazione in rete portabilit dei programmi O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 172 cap XI Fondamenti di Informatica UNIX dialetti e standard Ogni ditta ha il suo UNIX Solaris AIX HP UX TruUnix64 Standard POSIX IEEE DOD OpenGroup X OPEN OSF SPEC 1170 XPG COSE open source free Linux FreeBSD NetBSD OpenBSD Il sistema X windows sistema grafico a finestre distribuito in rete eterogenea il prodotto pi famoso del progetto Athena del MIT anche noto come X11 il sistema a finestre nativo di Unix amp C Architettura di X Windows SERVER CLIENT video tastiera mouse CPU RAM B VAX VMS SPARC Solaris O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 173 cap XI Fondamenti di Informatica cap XI VMS OpenVMS sistema proprietario DEC COMPA Q HP CPU DEC Vax AXP molto robusto penalizza un po le prestazioni cluster ne esiste una versione real time Sistemi operativi IBM Ambienti operativi per mainframe TSO Time Sharing Option su MVS CMS Conversational Monitor System su VM Virtual Machine CICS monitor transazionale O A Lioy Politecnico di Torino 199
51. do un lotto batch pieno elaborazione sequenziale Batch schema coda di uscita Batch diagramma temporale A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 164 Fondamenti di Informatica Il batch oggi Attualmente non esistono pi sistemi completamente batch Sopravvive una modalit batch di elaborazione lavoro job programma dati elaborazione sequenziale dei lavori evita di sovraccaricare l elaboratore Un esempio di lavoro batch Tante persone devono realizzare un collage avendo a disposizione un solo paio di forbici un solo tubetto di colla e tanti fogli colorati Se lavorano tutti simultaneamente si hanno inevitabilmente caos e litigi Se lavorano uno per volta si ha ordine ed armonia Gestione dell I O Una volta si usava busy wait polling si interroga continuamente il periferico per sapere quando ha terminato Attualmente si usa spooling interrupt spooling i dati da per i periferici lenti non vengono letti o scritti direttamente ma transitano automaticamente su disco A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap XI Fondamenti di Informatica Sistemi in multiprogrammazione sfruttano le pause della CPU dovute alla lentezza delle istruzioni di I O elaborazione sequenziale con possibilit per i job pi piccoli di essere eseguiti nelle pause di quel
52. e Postscript una stampante Postscript deve contenere una CPU memoria ed istruzioni per eseguire il programma Postscript ricevuto esistono traduttori da Postscript ai formati di altre stampanti es ghostscript O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 133 Fondamenti di Informatica Il linguaggio PCL Printer Control Language trademark Hewlett Packard vari livelli PCL1 PCL6 pi semplice del Postscript ma meno generale standard per le stampanti pi semplici ed economiche PDF trademark Adobe Portable Document Format evoluzione di Postscript ad esempio inserimento di link verso il web visualizzabile e stampabile col prodotto gratuito Acrobat Reader Dispositivi di input O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 134 cap VIII Fondamenti di Informatica cap VII Categorie di dispositivi Input caratteri tastiera Puntatore point and click mouse video sensibile tavoletta grafica Scansione di immagine scanner lettori ottici e magnetici La tastiera keyboard caratteri alfanumerici tasti funzione e caratteri di controllo numero e disposizione dei tasti layout variabili modelli ruggerized per ambienti industriali Il mouse dispositivo di puntamento rileva movimento relativo e per analogia fa muovere il cursore video due o tre tasti per puntamento e selez
53. e e ettronieo ire uio etu m totes se ana 1 II Elaborazione dell informazione numerica 7 Elaborazione dell informazione non numerica eee 39 IV La logica degli elaboratori elettronici eene 51 V Tecnologia elettronica digitale siriaca 60 VI Architettura di un elaboratore elettronico i 76 VII Dispositivi di memoria di massa i 105 VII Dispositivi di input OUtDUL alato rn 118 EX DE SORWAEIS iut dae uit cote teftes 140 AX La prostammazione 22 52 6 GG a both ke ditus de oed deus 152 XE sistema operati VQ toa 163 XII Collegamento di dispositivi periferici eee 175 Trasmissione dati iir t edes RE Eee tetas cde deti E M QVE epe 188 Appendice Al codice ASCII cossa ceto east Reds 193 Fondamenti di Informatica L elaboratore elettronico computer input output dati ndr _FA risultati processing elaborazione Problematiche codifica dei dati in un formato comprensibile all elaboratore codifica degli ordini sequenza di operazioni che compongono l elaborazione decodifica dei risultati in un formato comprensibile agli umani Hardware Definizione l insieme delle apparecchiature elettroniche meccaniche ecc che costituisco
54. e elettrica necessita di una massa comune perch la tensione elettrica in realt una differenza di potenziale elettrico trasmissione asincrona due standard RS 232 RS 423 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap XII Fondamenti di Informatica Linea seriale numero minimo di segnali half duplex 2 TxD Gnd full duplex 3 TxD RxD Gnd velocit multipla di 300 bit s velocit tipica 1200 9600 19200 Schema di una linea elettrica a bassa frequenza R L R Limiti della linea seriale NE Ra massima distanza lt 100 m velocit 1 L 300 38 400 bit s velocit tipica 9600 bit s O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap XII Fondamenti di Informatica Standard per linea seriale Lo standard pi diffuso RS 232 standard CCITT V 24 9 poli 25 poli In alternativa RS 423 6 poli RS 232 zero logico 3 V uno logico lt 3 V segnali pi importanti TxD Transmitted Data RxD Received Data Gnd Ground DTR Data Terminal Ready DSR Data Set Ready RTS Request To Send CTS Clear To Send Collegamento RS 232 TxD RxD RxD TxD elab perif GND GND O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap XII Fondamenti di Informatica RS 423 parzialmente co
55. ena i dati sono pronti o anche quando solo una parte dei dati disponibile grande velocit disordine difficolt di progetto Sincrono o asincrono Gli elaboratori elettronici digitali funzionano al 99 in modo sincrono perch contenendo milioni di elementi logici praticamente impossibile progettarli diversamente In futuro possibili incrementi di prestazioni deriveranno anche dal passaggio al modo asincrono O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica Il flip flop l elemento base dei circuiti sequenziali memorizza un bit funzionamento sincrono o asincrono Il flip flop di tipo D sincrono Il flip flop di tipo D O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica registri Un registro un insieme di flip flop comandati da un unico clock 0 D D 1r7 31 135 Q Qo O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 75 cap V Fondamenti di Informatica cap VI Architettura di un elaboratore elettronico Blocchi funzionali UC Flusso dei dati MEM OUT UO UC O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 76 Fondamenti di Informatica Informazioni di stato UC c EI Ordini UC Struttura
56. fisica cromodinamica quantistica swim F77 modello acque poco profonde A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 98 cap VI Fondamenti di Informatica F77 multi grid solver 3D potential field applu F77 equazioni alle derivate parziali mesa libreria grafica 3 D galgel F90 fluidodinamica computazionale art C reti neurali riconoscimento immagine equake C simulazione propagazione onde sismiche facerec F90 elaborazione immagini riconoscimento di un volto ammp C chimica computazionale lucas F90 test di primalit fma3d F90 simulatore di crash tramite il metodo degli elementi finiti sixtrack F77 progetto di un acceleratore nucleare per alte energie apsi F77 meteorologia diffusione inquinanti Valutazione di un sistema di elaborazione Altri criteri in dipendenza dal tipo di applicazione velocit di I O numero di utenti numero di transazioni TPS Struttura a bus Problema collegamento completo tra N unit richiede Nx N 1 2 collegamenti Esempi 4U 6C 10U 45C 20U 190C A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica cap VI Struttura a bus Soluzione segnali omologhi raggruppati in un bus usato a turno dalle varie unit Caratteristiche di un bus trasporto di un solo dato per volta frequenza n di dati trasportati al secondo ampiezza n di bit di cu
57. ghe e C colonne per ogni punto si memorizza il colore scelto tra i 2 disponibili nella tavolozza palette colore dato codificato su N bit memoria totale per un immagine MzRxCxNbit pixel Formati raster BMP Bitmap Microsoft pixmap senza compressione GIF Graphic Interchange Format 8 bit pixel 256 colori immagini semplici buona compressione senza perdita animazione tramite sequenza PNG Portable Network Graphic standard W3C Formati raster JPEG Joint Picture Experts Group 24 bit pixel 16M colori vasta gamma di colori e sfumature grado di compressione variabile massima compressione con perdita O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap III Fondamenti di Informatica Codifica vettoriale si identificano gli elementi geometrici presenti linee cerchi si codificano con un opportuno formato es LINE 0 0 10 10 formati pi comuni CGM DWG DXF PostScript e PDF sono formati misti raster vettoriale testo Modifica delle dimensioni di un immagine si parla di scaling riduzione o ingrandimento in generale scalano meglio le immagini vettoriali istruzioni per disegnarle che quelle raster riduzione o ingrandimento dei pixel differenza evidente soprattutto negli ingrandimenti Scaling confronto raster vettoriale raster vettoriale Id
58. i costituito un singolo dato se mal dimensionato potrebbe essere un collo di bottiglia Tipi fondamentali di bus bus dati DBus bus degli indirizzi ABus bus di controllo CBus A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 100 Fondamenti di Informatica CPU Intel per PC CPU DBus ABus Cache FPU 8088 8 bit 20 bit No No 8086 16 bit 20 bit No No 80286 16 bit 24 bit No No 80386 32 bit 32 bit No No 80486 32 bit 32 bit 8 KB Si Pentium 64 bit 32 bit 8 8KB S P PRO 64 bit 32 bit 8 8 256 S Massima memoria interna fisicamente presente la dimensione dell Abus determina il max numero di celle di memoria la dimensione del Dbus suggerisce la dimensione di una cella di memoria ma sono possibili anche celle di maggior dimensione che richiedono due o pi trasferimenti sul Dbus max mem 2 Abus x Dbusl esempio Abus da 20 bit Dbus da 16 bit max mem 2 x 2 byte 2 MB ossia 1 M celle di memoria ognuna da 2 byte Massima memoria esterna la memoria esterna non dipende dall Abus perch viene vista come un periferico di input e o di output la massima quantit di memoria esterna dipende dal bus di I O quello su cui sono collegati i periferici A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 101 cap VI Fondamenti di Informatica Storia delle CPU Intel per PC CPU an
59. i definisce complemento a uno di un numero A la quantit A 2N 1 A Viene anche detto semplicemente complemento Si indica con una linea orizzontale sopra al numero oppure con un apostrofo A Complemento a uno Regola pratica il complemento a uno di un numero binario A si ottiene cambiando il valore di tutti i suoi bit Esempio 1011 0100 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Complemento a due operazione Considerando numeri binari da N bit si definisce complemento a due di un numero A la quantit A 2N A A 1 Complemento a due Regola pratica il complemento a due di un numero binario A si ottiene sommando uno al suo complemento Esempio _ EN A 1011 0100 0101 Complemento a due bis Regola pratica bis il complemento a due di un numero binario A si ottiene partendo dal LSB e copiando tutti i bit sino al primo I incluso e complementando tutti i bit successivi Esempio 10110 01010 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Codifica in complemento a due Per rappresentare numeri relativi A20 0 lt 0 Cos facendo 1 indica sempre il segno 0 1 Complemento a due esempi Usando una codifica su quattro bit 30 gt
60. i Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica cap VI MIPS Million Instructions Per Second f frequenza di clock Hz cicli s periodo di clock 1 5 cicli macchina istruzione IPS f C 1 TxC MIPS IPS 10 quali istruzioni quale valore di C min max med quali dati dentro fuori cache MIPS Definizione alternativa Meaningless Information Provided by Salesman Probabilmente molto pi realistica di quella ufficiale A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 97 Fondamenti di Informatica MFLOPS Million FLoating point Operations Per Second velocit di elaborazione per problemi di tipo scientifico dubbi analoghi a quelli per i MIPS Benchmark Drysthone numeri interi Linpack algebra lineare interi SPECmark media geometrica di pi prove SPECint2000 interi 12 prove 11 C 1 C SPECfp2000 floating point 14 prove 4 C 6 Fortran77 4 Fortran90 SPECint2000 gzip C compressione vpr C FPGA placement and routing gcc C compilatore C mcf C ottimizzazione combinatoria crafty C gioco degli scacchi parser C elaborazione testi eon C grafica visualizzazione peribmk linguaggio PERL gap C interprete teoria dei gruppi vortex C database object oriented bzip2 C compressione twolf C emulatore di placement e routing SPECfp2000 wupwise F77
61. i un transistore nMOS drain gate source Circuiti logici combinatori Sono circuiti il cui valore delle uscite dipende esclusivamente dai valori presenti sugli ingressi ad un singolo istante di tempo In altre parole il valore di uscita una combinazione dei valori presenti in ingresso ad un determinato istante O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 68 Fondamenti di Informatica Circuiti combinatori Circuiti combinatori ideali U zf X Circuiti combinatori reali U Velocit e ritardo A detto ritardo di propagazione ed il tempo che i segnali impiegano a propagarsi all interno del circuito La velocit di funzionamento massima v 1 A Velocit e ritardo Esempio porta And ritardo 4 ns velocit 250 milioni AND s Esempio sommatore ritardo 20 ns velocit 50 milioni somme s A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap V Fondamenti di Informatica cap V Analisi di un circuito combinatorio per ogni possibile configurazione di valori logici sugli ingressi Si calcola il valore delle uscite delle porte che hanno tutti gli ingressi specificati fino ad arrivare alle uscite del circuito Multiplexer a 1 bit 2 vie Analisi del MUX 1 2 ABS G G Y 000 100 0 001 000 0 010 10 1 1 011 000 0 100 10 0 0
62. in programmazione per ridurre la complessit e quindi il tempo di calcolo di un espressione Booleana i calcolatori impiegano lo stesso tempo a fare un test di uguaglianza o disuguaglianza esempio apertura porta con tesserino per lab in cui gli studenti sono esclusi apri la porta se non e uno studente Polito o Erasmus if not idzs polito or id s erasmus then open door ___ i 4 operazioni Y if not id s polito and not id s erasmus then open door pge 7 if lt gt s_polito and id lt gt s_erasmus then open_door Un aumento di capitale problema La societ Alpha effettua un aumento di capitale gratuito verranno assegnate 100 azioni ordinarie a chi possiede almeno 1000 azioni di risparmio oppure a chi non le possiede ma ha sottoscritto un precedente aumento di capitale a pagamento A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IV Fondamenti di Informatica cap IV Un aumento di capitale analisi La societ Alpha effettua un aumento di capitale gratuito verranno assegnate 100 azioni ordinarie a chi possiede almeno 1000 azioni di risparmio oppure a chi non le possiede ma ha sottoscritto un precedente aumento di capitale a pagamento Un aumento di capitale variabili Variabili indipendenti R possesso di almeno 1000 azioni di risparmio P sottoscrizione dell aumento
63. inea a 10 Mbps Calcolare il tempo complessivo affinch ciascun utente scarichi un file da 100 MB Soluzione ciascun utente accede ai dati a 2 Mbps 8 x 100 Mbit 2 Mbit s 400 s 6 40 tempo totale 6 40 perch i due utenti operano in parallelo Esercizio Due utenti sono collegati via ADSL 2 Mbps alla stessa centrale telefonica a sua volta collegata ad Internet tramite una linea a 2 Mbps Calcolare il tempo complessivo affinch ciascun utente scarichi un file da 100 MB Soluzione ciascun utente accede ai dati a 1 Mbps perch il collegamento centrale Internet usato al 50 da ciascun utente 8 100 Mbit 1 Mbit s 800 s 13 20 tempo totale 13 20 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 192 cap XIII Tabella dei primi 128 codici ASCII codifica decimale ed esadecimale dec hex char dec hex char dec hex char dec hex char 0 0 NUL 32 20 spazio 64 40 96 60 i 1 1 SOH 33 21 65 41 A 97 61 a 2 2 STX 34 22 E 66 42 B 98 62 b 3 3 ETX 35 23 67 43 99 63 4 4 36 24 68 44 D 100 64 d 5 5 ENQ 37 25 69 45 E 101 65 e 6 6 ACK 38 26 amp 70 46 F 102 66 f 7 BEL 39 27 71 47 G 103 67 g 8 8 BS 40 28 72 48 H 104 68 h 9 9 HT 41 29 T3 49 I 105 69 i 10 A LF 42 2A 74 4A J 106 6A j 11 B VT 43 2B
64. ino 1992 2008 50 cap III Fondamenti di Informatica cap IV La logica degli elaboratori elettronici Ma quale logica del 0 La logica Booleana Nel 1847 George Boole introdusse un nuovo tipo di logica formale basata esclusivamente su enunciati di cui fosse possibile verificare in modo inequivocabile la verit o la falsit Variabili Booleane Variabili in grado di assumere solo due valori VERO FALSO In ogni problema importante distinguere le variabili indipendenti da quelle dipendenti A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 31 Fondamenti di Informatica Logica Booleana un esempio Se domani ci sar il sole allora andr a fare una gita m domani ci sar il sole allora andr a fare una gita Variabile indipendente A domani ci sar il sole Variabile dipendente B andr a fare una gita Relazione seA allora B L insieme B E l insieme dei valori Booleani B V F A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IV Fondamenti di Informatica cap IV Operatori Booleani operatori unari es Not operatori binari es And op B 5 B descritti tramite una tavola della verit Tavola della verit truth table falso falso falso falso vero falso
65. ione modelli meccanici pi robusti meno precisi modelli ottici pi precisi meno robusti O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 135 Fondamenti di Informatica cap VII Il video sensibile touchscreen aree sensibili coordinate cartesiane effetto capacitivo pi sensibile effetto fotoelettrico errori di parallasse ottimo per uso non specialistico in aree pubbliche bassa risoluzione errori di parallasse sporcizia Video sensibile funzionamento La tavoletta grafica misura di coordinate assolute riferimento cartesiano rilevamento di punti singoli o tratti continui retroilluminabile radiografie errori umani di posizionamento O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 136 Fondamenti di Informatica Tavoletta grafica funzionamento y C Lo scanner dispositivo di acquisizione immagini pixmap risoluzione DPI formato A3 A4 bianco nero toni di grigio colori grande precisione necessita di appositi programmi per riconoscimento di testo OCR Optical Character Recognition disegni Scanner funzionamento 2909 0 POOGCOSO See 400 30 00 0 00 44 2999 9994 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 137 cap VIII Fondamenti di Informatica cap VII Scanner memoria richiesta Quanta memoria occupa un im
66. itute IEEE www ieee org Institute of Electrical and Electronic Engineers IETF www ietf org Internet Engineering Task Force ISO www iso org International Organization for Standardization O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap 1 Fondamenti di Informatica Elaborazione dell informazione numerica 011110 101011 000101 011110 100011 011101 100110 totale 119 100101 raggio 3 Come contiamo 252 2 100 5 10 42 1 22 10 45 10 4 2 10 Sistema di numerazione del mondo occidentale sistema arabo decimale posizionale Sistemi di numerazione Non posizionali numeri romani es V L D operazioni aritmetiche difficili Posizionali arabo decimale maya ventesimale O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Sistema di numerazione posizionale in base B Caratteristiche e cifre 0 1 2 B 1 peso della cifra i esima B rappresentazione numeri naturali su N cifre N 1 i i 0 Il sistema binario base 2 e cifre 0 1 Esempio 101 21 2240 2 1 2 1 4 1 1 5 Alcuni numeri binari 0 0 1000 8 1 1 1001 9 10 2 1010 10 11 3 1011 11 100 4 1100 12 101 S 1101 13 110 6 1110 14 111 7 1111 15 O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008
67. li operandi in binario codifica naturale su 5 bit e quindi eseguire le seguenti operazioni segnalando eventuali errori 234 12 6 7 23 12 6 7 e 5 lt lt 2 5 lt lt 4 17 gt gt 2 17 gt gt 3 shift logico I numeri relativi 5 C I numeri con segno Il segno dei numeri pu essere solo di due tipi positivo negativo E quindi facile rappresentarlo in binario ma non sempre la soluzione pi semplice quella migliore A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 20 Fondamenti di Informatica Codifica modulo e segno un bit per il segno 0 segno positivo 1 segno negativo N 1 bit per il valore assoluto anche detto modulo segno modulo 1 bit N 1 bit Modulo e segno esempi Usando una codifica su quattro bit 30 0011 15 30 gt 1011 5 000045 gt 0 10004 gt Oo Modulo e segno Svantaggi doppio zero 0 0 operazioni complesse es somma A gt 0 A lt 0 B gt 0 A B B IAI B lt 0 A IBI IAI IBI A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Modulo e segno limiti In una rappresentazione su N bit 251 1 lt x 281 1 Esempi e 8bit 127 127 16bit 32 767 432 767 Complemento a uno operazione Considerando numeri binari da N bit s
68. li pi grandi Multiprogrammazione diagramma temporale multiprog La multiprogrammazione oggi Attualmente non esistono pi sistemi in multiprogrammazione pura Col termine multitask si indica la capacit di un S O di eseguire pi programmi simultaneamente Se questa capacit manca si parla di sistema monotask A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 166 cap XI Fondamenti di Informatica Sistemi time sharing Anni 70 nascono le CPU da 1 MIPS sirealizzano i terminali telescriventi videoterminali possibilit di dividere il tempo di CPU tra vari utenti Time sharing schema Ipotesi 1 MIPS 4 utenti 0 25 s utente Conseguenze 0 25 MIPS utente 74x Toru Time sharing diagramma temporale A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 167 cap XI Fondamenti di Informatica cap XI Il time sharing oggi E il sistema predominante nei grandi sistemi per motivi economici multitask multiutente La memoria virtuale la dimensione dell A BUS limita superiormente la quantit di memoria indirizzabile direttamente ma non detto che questa sia tutta fisicamente presente esempio 80486 ha ABUS da 32 bit ossia 4 GB teorici ma solitamente solo qualche MB di memoria fisica mem virtuale reale disco
69. livello avanzato 64 bit 133 MHz max troughput tra CPU e periferici 1 06 GB s compatibile con schede PCI normali O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica PCI PCI X bus primario 64 bit g 9 S scheda 1 scheda 43 IN 5 s ISAHI 9 i dischi nastri 9 z gt a scheda 2 scheda 4 IN a rete USB ow Bus standard confronto Sistemi multiprocessori hanno un elevato numero di CPU bus DBus ABus velocit bit bit MB s ISA 8 16 20 24 5 3 EISA 8 16 32 20 24 32 33 MCA 8 16 32 20 32 20 PCI 32 64 32 133 532 PCI X 64 32 532 1060 Supercalcolatori e SIMD Single Instruction Multiple Data es Connection Machine max 65536 UO e MIMD Multiple Instruction Multiple Data es NCUBE max 2048 CPU Sistemi vettoriali hanno UO in grado di svolgere operazioni tra vettori es CRAY O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VI Fondamenti di Informatica cap VII Dispositivi di memoria di massa Categorie di dispositivi dischi Valutazione della prestazioni capacit massima quantit di dati memorizzabile tempo di accesso seek time tempo per il posizionamento dell elemento di le
70. magine 5 x 3 acquisita tramite uno scanner a 300 DPI 256 toni di grigio 300 DPI x 5 1500 D 300 DPI x 3 900 D 1500 x 900 1 350 000 pixel 256 toni 8 bit pixel 1 byte pixel 1 350 000 byte 1 3 MB La penna ottica variazioni della luce riflessa lettura di codici a barre EAN leggera facile uso superfici pulite stampe nitide Penna ottica funzionamento sensore ottico LED Light Emitting Diode A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 138 Fondamenti di Informatica Carte elettroniche Carte passive magnetiche memoria elettronica Carte attive smart card carte a chip microprocessore memoria Identificazione radio radio tag RFID esempi gestione spesa supermercato inventario automatico magazzino servizi location based tel cellulare tracciamento persone offerte speciali per chi si trova in una certa area O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 139 cap VIII Fondamenti di Informatica cap IX Il software Definizioni Software l insieme di dati e programmi che permettono ad un elaboratore di svolgere le sue funzioni Firmware un software essenziale per il funzionamento di uno strumento ed indissolubilmente legato ad esso solitamente memorizzato in ROM Classificazione del software software appli
71. malizzazione di una soluzione diagrammi di flusso pseudo linguaggio Diagrammi di flusso flow chart metodo per descrivere in modo formale un algoritmo blocchi base per descrivere azioni decisioni solo binarie ossia della logica Booleana archi orientati per descrivere la sequenza di svolgimento delle azioni Blocchi di inizio e fine START O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 154 Fondamenti di Informatica Blocco di azione Blocco di Input Output azione di I O Blocco di inizializzazione azione di inizializzazione A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 155 cap X Fondamenti di Informatica Blocco di decisione binaria condizione Booleana Connettore el Regole uno ed un solo blocco START uno ed un solo blocco STOP tutti gli archi devono avere origine e fine in un blocco O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap X Fondamenti di Informatica Diagrammi di flusso strutturati Un diagramma di flusso detto strutturato se contiene solo un insieme predefinito di strutture sequenze decisioni IF THEN ELSE IF THEN cicli WHILE REPEAT Teorema di B hm Jacopini Qualunque diagramma di flusso sempre trasformabile in un diagramma di flusso strutturato equivalente a quello dato
72. mpatibile con RS 232 segnali TD RD TD GND RD GND DTR DSR Linea parallela cavi in rame schermati trasmette una tensione elettrica necessita di una massa comune da 8 a 64 bit per dato tre standard per scopi diversi SCSI Centronics IEEE 488 HP IB usabile solo su distanze brevi 10m Lo standard Centronics linea parallela da 8 bit controlli sincrona unidirezionale collegamenti punto punto per collegare stampanti veloci oggi evoluto a IEEE 1284 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 181 cap XII Fondamenti di Informatica IEEE 1284 estensione dello standard Centronics bidirezionale max 30 ft channel addressing es fax printer modem ECP Enhanced Capability Port mode compressione dei dati code FIFO per stampanti e scanner 2 4 MB s EPP Enhanced Parallel Port mode per CD ROM hard disk 0 5 2 MB s Lo standard IEEE 488 HP IB linea parallela da 8 bit 16 fili 8 dati 3 handshake 5 bus management terra sincrona bidirezionale organizzazione a bus velocit max 8 Mb s soprattutto per strumentazione automatica un tempo anche per periferici Lo standard SCSI Small Computer System Interface standard ANSI bus bidirezionale 8 bit narrow SCSI 16 bit wide SCSI collegamento logico bus collegamento fisico cascata max 8 o 16 dispositivi pe
73. n HD contiene un file da 1 GB completamente frammentato Sapendo che il disco ha cluster da 512 byte tempo di accesso di 20 ms e velocit di trasferimento di 32 MB s si determini il tempo necessario a leggere l intero file Soluzione T 20 ms x 2 0 5 KB 1 GB 32 MB s 10485 76 s 32 s 10517 76 s 2 9 ore A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 116 cap VII Fondamenti di Informatica Memorie SD Secure Digital www sdcard org alta capacit 4 GB in crescita no parti mobili basso consumo energia dimensioni ridotte 24x32 mm o miniSD 20x21 5 mm veloce 100 Mbps 4 bit mode 25 Mbps 1 bit SPI mode dispositivo attivo protezione E del copyright Secure Digital Music Initiative SDMI Actual size O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 117 cap VII Fondamenti di Informatica Dispositivi di I O T O Input Output T U Ingresso Uscita dispositivi standard basso costo video stampante tastiera dispositivi non standard alto costo sensori di temperatura Dispositivi di visualizzazione i Schema funzionale di una VDU Video Display Unit memoria video video memory processore grafico grahic processing unit scheda grafica schermo graphics board adapter screen A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 118 cap VII Fondamenti
74. ne a direttori folder cartelle nomi e protezioni dei file dipende dal sistema operativo FAT 16 FAT 32 NTFS UFS Allocazione file su disco file registrati in cluster 1 cluster 2N settori dimensione su disco gt quantit dati se dim file gt dim cluster allora si occupano altri cluster settori S1 52 53 s4 55 se s7 58 59 510 cluster file a txt 1 b txt free a txt 2 free dati 0101 0011 1l Settori e cluster NTFS 50 334 416 settori da 512 B ciascuno dim disco 25 GB 8settoripercluster 4kB i occupazione minima su disco O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 115 Fondamenti di Informatica Frammentazione frammentazione se cluster non contigui alta frammentazione comporta alti tempi di lettura scrittura programmi di deframmentazione percentuale di frammentazione F n frammenti 1 n cluster es file con 3 cluster in 2 frammenti F 2 1 3 33 ossia in media un accesso 5 tre richiede seek Esercizio Un HD contiene un file da 1 GB memorizzato su cluster contigui senza frammentazione Sapendo che il disco ha tempo di accesso di 20 ms e velocit di trasferimento di 32 MB s si determini il tempo necessario a leggere l intero file Soluzione T 20 ms 1 GB 32 MB s 20 ms 32 s 32 02 s Esercizio U
75. ne delle operazioni ordine degli operatori base 1 NOT 2 AND 3 OR l ordine delle operazioni pu essere alterato mediante l uso di parentesi solitamente si usano solo parentesi tonde Dimostrazioni in algebra Booleana Siccome l algebra Booleana contempla solo due valori possibile effettuare le dimostrazioni di propriet o teoremi considerando esaustivamente tutti i casi possibili 2 variabili 4 combinazioni 3 variabili 2 8 combinazioni 4 variabili 16 combinazioni ecc O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap IV Fondamenti di Informatica cap IV Dimostrazioni un esempio A B C A B A C ABC A B C 000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 0 0 1 0 0 0 0 1 0 010 0 1 0 0 0 1 0 0 0 011 0 1 1 1 0 1 0 1 1 100 1 0 0 1 1 0 1 0 1 101 140 121 1 0 1 1 21 110 1 1 0 1 1 1 1 0 1 111 141 121 1 1 1 1 1 Teoremi base A falso A A B A A vero A A B A A A B zA B Teorema di De Morgan Teorema f a b z eT a b zin ovvero negando entrambi i membri f a b zi 2 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 57 Fondamenti di Informatica Applicare il teorema di De Morgan utile
76. no Dhry MIPS transistor 8086 giu 78 0 3 0 7 29 000 80286 feb 82 1 3 134 000 80386 ott 85 5 10 275 000 80486 ago 89 20 50 1 200 000 Pentium mar 93 100 150 3 100 000 P PRO ott 95 250 5 500 000 CPU Pentium Pentium II PentiumPRO MMX e 16 16K di L1 cache 57 nuove istruzioni multimediali istruzioni SIMD Pentium III Pentium II 70 nuove istruzioni per grafica 3D e streaming audio video Pentium 4 nuova architettura CPU Intel modelli particolari 80386 SX DBus 16 bit ABus 24 bit 80486 SX priva di FPU 80386 486 SL SX Low power 80486 DX2 DXA clock esterno pari a met un quarto di quello interno P II Celeron senza L2 cache P III Celeron 128 KB L2 cache O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 102 cap VI Fondamenti di Informatica Bus standard di I O Bus per Personal Computer ISA Industry Standard Architecture EISA Extended ISA MCA MicroChannel Architecture Bus per workstation industria VME Futurebus Unificazione PCI Peripheral Connect Interface PCI gerarchia di bus a due livelli livello base 32 bit 66 MHz oppure 64 bit 33 MHz livello avanzato 64 bit 66 MHz max troughput tra CPU e periferici 532 MB s PCI X PCI eXtended o PCI eXpress gerarchia di bus a due livelli livello base 64 bit 66 MHz
77. no fisicamente il sistema di elaborazione O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap I Fondamenti di Informatica Software Definizione l insieme dei programmi e dei dati che permettono lo svolgimento delle funzioni di elaborazione Istruzioni e programmi Un istruzione la specifica di una operazione che pu essere svolta da un elaboratore Un programma un insieme ordinato di istruzioni non necessariamente una sequenza Cenni storici Problema effettuare in modo rapido e preciso calcoli matematici complessi Soluzioni primitive abaco 2000 A C tavole dei logaritmi 1600 olio di gomito tj O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap I Fondamenti di Informatica cap I Il calcolo meccanico 1642 1670 Pascal Leibniz 1833 Babbage Analytical Engine L era elettromeccanica 1890 censimento USA con lettura elettrica di schede perforate 1896 Hollerith fonda la Tabulating Machine Corporation che nel 1924 diventa IBM International Business Machines 1944 Aiken costruisce il Mark I L era elettronica 1944 Colossus Bletchley Park UK tubi a vuoto decifrazione codici segreti nazisti 10 esemplari distrutti alla fine della guerra 1946 ENIAC Eckert e Mauchly Univ di Pennsylvania 18000 tu
78. nti di Informatica cap VI Un esempio di codice macchina dati in memoria interpretazione 1010 0000 00000101 R0 lt perif 5 1010 0001 00000101 lt perif 5 0001 0010 0000 0001 R2 lt RO R1 1011 0010 00000110 perif 6 lt R2 Unit di controllo schema funzionale logica di stato controllo comandi Componenti dell PC Program Counter registro che indica sempre l indirizzo della cella di memoria che contiene la prossima istruzione da eseguire IR Instruction Register registro che memorizza temporaneamente l operazione corrente da eseguire logica di controllo interpreta il codice macchina in IR per decidere ed emette gli ordini che le varie unit devono eseguire O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 93 Fondamenti di Informatica Esecuzione di un istruzione Tre fasi distinte fetch IR M PC PC 1 decode ordini decode IR execute ready go Inizializzazione Cosa succede all accensione di un calcolatore nel PC viene forzato l indirizzo della cella di memoria ove inizia il primo programma da eseguire programma di bootstrap questo programma iniziale risiedein ROM Istruzioni di salto Non tutti i programmi sono una sequenza lineare di istruzioni Ad esempio radice quadrata di N N 2 0 allora altrimenti O A Lioy Politecnico di Torino 199
79. o Regole base 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 carry 1 Somma in binario Si effettuano le somme parziali tra i bit dello stesso peso propagando gli eventuali riporti 11 0110 0111 1101 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 15 cap II Fondamenti di Informatica Overflow Si usa il termine overflow per indicare l errore che si verifica in un sistema di calcolo automatico quando il risultato di un operazione non rappresentabile con la medesima codifica e numero di bit degli operandi Overflow Nella somma in binario puro si ha overflow quando si lavora con numero fisso di bit si ha carry sul MSB Overflow esempio Ipotesi operazioni su numeri da 4 bit codificati in binario puro 0101 1110 overflow 10011 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Sottrazione in binario Regole base 0 0 0 0 1 1 borrow 1 1 0 1 1 1 0 Sottrazione in binario Si effettuano le differenze parziali tra i bit dello stesso peso propagando gli eventuali prestiti 02 012 1001 0111 0010 Overflow Nella sottrazione in binario puro si ha overflow quando si lavora con numero fisso di bit si ha borrow sul MSB O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Overflow esempio Ipotesi o
80. o graduale delle prestazioni ridondanza hw e o sw hot fix O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 170 Fondamenti di Informatica Interfaccia utente Interfaccia testuale interprete dei comandi shell Interfaccia grafica a finestre finestra output di un processo finestra attiva focus input paradigma WIMP Window Icon Mouse Pointer Cosa succede all accensione di un elaboratore Il processo di bootstrap programma in ROM per l auto test dell hardware programma in ROM per caricare da disco o da rete il boot program il programma di boot carica il sistema operativo il S O assume il controllo dell elaboratore MS DOS CPU Intel 8086 16 bit e successive monotask monoutente file system gerarchico nomi 8 3 memoria limitata 1 MB 640 KB nessuna protezione PC IBM DR DOS O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap XI Fondamenti di Informatica 2 multitask monoutente HPFS High Performance FS PM Presentation Manager pensato per 80286 16 MB RAM ma arrivato tardi la versione per 80386 non ha avuto maggior successo Windows NT 2000 XP 2003 Vista CPU Intel 80386 486 Pentium multitask multiutente NTFS NT File System microkernel thread sistema a 32 bit 64 bit da XP UNIX nato negli anni 60 AT amp T Bell Labs rimasto all avanguar
81. olitecnico di Torino 1992 2008 86 cap VI Fondamenti di Informatica Lo spazio cartesiano seh delle memorie int cas seq RO id CD ROM nastri ROM RAM Memoria schema funzionale indirizzo MEM ready read write dato La memoria cache caricamento Cella 24 Ri C R2 R3 A R4 registri cache RAM O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 87 cap VI Fondamenti di Informatica La memoria cache uso Cella 25 ix RI C 24 R2 I I 25 A A 27 registri cache RAM Caratteristiche della cache copia in un colpo solo un intero blocco di memoria dalla RAM ha un tempo di accesso pi vicino a quello dei registri che a quello della RAM indirizzabile in base al contenuto CAM Content Addressable Memory ad esempio voglio la cella 25 altrimenti non potrebbe funzionare perch il programma non sa in quale cella della cache si trovi il dato desiderato Prestazioni della cache Tempo medio di accesso in memoria Ty H Tocne 1 H Tram ove H hit ratio percentuale di celle trovate nella cache rispetto al totale degli accessi in memoria H gt 90 gt Ty T cache A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 88 cap VI Fondamenti di Informatica cap VI Prestazioni della cache T 20 ns
82. oy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VIII Fondamenti di Informatica cap VII Le famiglie di caratteri font Helvetica Times New Roman Lucida Handwriting Courier Lo stile dei caratteri Testo normale Testo in grassetto bold Testo in italico Testo in italico grassetto Dimensione dei caratteri Font fissi solo alcune dimensioni Font scalabili qualunque dimensione Punto tipografico 1 72 di inch A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 127 Fondamenti di Informatica cap VII Colori Stampa bianco e nero bianco e nero puro toni di grigio Stampa a colori tricromia CMY Cyan Magenta Yellow quadricromia CMYK CMY nero Colori RGB o CMY K notazioni teoricamente equivalenti RGB metodo additivo per video nero assenza di luce schermo spento colori Red Green Blue emissione di luce CMY K metodo sottrativo per stampa bianco sfondo di stampa foglio vuoto che riflette tutta la luce colori Cyan Magenta Yellow inchiostro che riflette solo alcune frequenze black per pi qualit e meno consumo Tecnologia delle stampanti stampanti a impatto stampanti termiche stampanti a getto d inchiostro stampanti laser stampanti a sublimazione O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 128 Fondamenti di
83. perazioni su numeri da 4 bit codificati in binario puro overflow gt 10101 1100 Moltiplicazione e divisione in binario In linea teorica possibile operare come nel sistema decimale Nella pratica spesso si usano accorgimenti particolari basati sull operazione di shift L operazione di shift consiste nel far scorrere i bit a sinistra o a destra inserendo opportuni valori nei posti lasciati liberi equivale ad una moltiplicazione o divisione per una potenza di due errori overflow e troncamento A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Shift a sinistra si inserisce come LSB un bit a zero equivale ad una moltiplicazione per due esempi binario puro su 4 bit 0011 1 2 0110 3x226 0011 2 2 1100 3x4 12 0011 3 1000 overflow Moltiplicazione shift E possibile eseguire un qualunque prodotto usando solo operazioni di shift e somma 34x7 34x 4 2 1 34x4 34x2 34x1 34 2 34 1 34 Shift a destra equivale ad una divisione per due shift logico inserisce come MSB un bit a zero shift aritmetico inserisce un bit uguale al MSB esempi binario puro su 4 bit 0110 1 0011 6 223 0110 2 0001 6 421 troncamento O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica cap II Esercizi Trasformare g
84. pplication Programming Interface Interfaccia standard di una libreria F1 F2 F3 F4 i funzioni chiamate di funzioni LIBRERIA formato dei parametri Se c compatibilit di API allora per portare un programma basta trasportare il codice sorgente e ricompilarlo nel nuovo ambiente operativo ABI Application Binary Interface Specifica per garantire la portabilit a livello binario file eseguibile formato del file eseguibile e organizzazione delP I O chiamata alle funzioni di sistema stesso linguaggio macchina Se c compatibilit a livello ABI allora un file eseguibile pu essere trasportato e direttamente eseguito nel nuovo ambiente operativo Il linguaggio FORTRAN e FORmula TRANSslation 1956 calcoli tecnico scientifici grande disponibilit di librerie es NAG IMSL Fortran II Fortran IV Fortran 77 prog strutturata Fortran 90 parallelo vettoriale O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 147 cap IX Fondamenti di Informatica Il linguaggio COBOL COmmerce and Business Oriented Language 1960 elaborazione di archivi gestione di maschere video e tabulati Il linguaggio BASIC Beginner s All purpose Symbolic Instruction Code 1962 molto semplice o semplicistico capacit grafiche fornito assieme al S O su PC evoluto a VisualBasic linguaggio proprietario di Microsoft
85. r catena per dischi dispositivi di memoria o periferici veloci O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 182 cap XII Fondamenti di Informatica cap XII SCSI trasferimento dati trasferimento asincrono o sincrono 3x es SCSI 1 asinc 1 5 MB s sinc 5 0 MB s SCSI 2 asinc 3 0 MB s sinc 10 0 MB s attenzione sincronismo sul periferico pi lento SCSI normale single ended 1 filo segnale SCSI differenziale 2 fili segnale e si prende la differenza meno sensibile ai disturbi cavi pi lunghi max 25 m carico singolo 12 m carico multiplo Catene ed identificatori SCSI disco disco SCSI ID 1 SCSI ID 2 pr S E m E cale catena SCSI n 2 dispositivi lenti lettore N unit nastro SCSI ID 1 S SCSI ID 2 Ultra SCSI versione pi moderna solo differenziale Ultra 3 solo wide O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 183 Fondamenti di Informatica Evoluzione SCSI distanza velocit dispos m MB s n 8 SCSI 1 6 5 SCSI 2 6 5 10 8 16 SCSI 2 fast 3 10 20 8 SCSI 2 wide 3 20 16 SCSI 2 fast wide 3 20 16 Ultra SCSI 3 1 5 20 8 Ultra SCSI 3 wide 1 5 40 16 Ultra 2 SCSI 12 40 8 Ultra 2 SCSI wide 12 80 16 Ultra 3 Ultra160 SCSI 12 160 16 Ultra 3 Ultra320 SCSI 12 320 16
86. raphics Port collegamento diretto tra chip grafico e memoria di sistema non intasa il bus dei periferici alta velocit 100 MB s evoluzione di PCI 66 MHz per la grafica AGP 66 MHz 264 MB s AGP 2x 133 MHz 528 MB s AGP 4 266 MHz 1056 MB s oggi quasi completamente sostituito da PCI X Pentium 1 processor Dimensioni dello schermo E la misura della diagonale 10 15 computer portatili 15 17 computer da scrivania 17 21 computer professionali O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 121 Fondamenti di Informatica Tecnologia degli schermi fosfori CRT Cathode Ray Tube a cristalli liquidi LCD Liquid Crystal Display amatrice attiva TFT Thin Film Transistor Schermi a fosfori tecnologia uguale agli schermi TV grandi dimensioni ottima risoluzione ottima resa colorimetrica elevato consumo elettrico pesanti ed ingombranti emettono radiazioni Schermi a cristalli liquidi amatrice passiva DSTN Double Scan Twisted Nematic leggeri e sottili basso consumo elettrico dimensioni limitate bassa risoluzione resa colorimetrica mediocre alta persistenza O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 122 cap VIII Fondamenti di Informatica Schermi TFT a matrice attiva Thin Film Transistor
87. rezionale voce per backup nel caso si guasti quello dati su cui normalmente viene fatta passare anche la voce potrebbe essere ISDN Ethernet e WiFi Ethernet standard per reti locali cablate IEEE 802 3 10 Mbps originale 100 Mbps 1000 Mbps anche detta Gigabit Ethernet WiFi Wireless Fidelity standard per reti locali radio IEEE 802 11 velocit freq compat 802 11b 11 Mbps 2 4 GHz b 802 11a 54 Mbps 5 0 GHz a 802 11g 54 Mbps 2 4 GHz b g 802 11n 100 Mbps 2 4 GHz b g n La rete Internet una rete di reti i nodi della rete router si scambiano i dati fino a farli arrivare a destinazione un canale o link tra due router pu trasmettere simultaneamente i dati di pi utenti sino a saturare la capacit del canale se pi utenti usano simultaneamente un canale la sua capacit viene divisa equalmente tra tutti gli utenti NOTA modello molto semplificato O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 191 cap XIII Fondamenti di Informatica Accesso ad Internet via ADSL abitazione gestore telefonico D linea PEN Ethernet ADSL telefonica ADSL i modem 4 modem EM router router D M D Internet router router ISP Esercizio Due utenti sono collegati via ADSL 2 Mbps alla stessa centrale telefonica a sua volta collegata ad Internet tramite una l
88. richiedono che tutte le sue componenti siano equilibrate il cammino dei dati da verso la CPU non deve incontrare colli di bottiglia esempio inutile comprare disco SCSI Ultra160 con CPU lenta o bus PCI piccolo lento o affollato O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 187 Fondamenti di Informatica cap XIII Trasmissione dati Problematiche di trasmissione dati per distanze superiori a qualche decina di metri occorrono apparati di telecomunicazione collegamento fisico poich i sistemi coinvolti possono essere di tipo diverso occorre definire degli standard per lo scambio e l interpretazione dei dati collegamento logico protocolli reti Collegamenti fisici linea punto punto dedicata CDN O 10 Mbps canone annuale O 50 K linea punto punto commutata linea telefonica da 9 600 56 Kbps a O 1 Mbps tariffazione a tempo commutazione di circuito modem analogico ISDN O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 188 Fondamenti di Informatica Reti locali geografiche LAN Local Area Network MAN Metropolitan Area Network WAN Wide Area Network Tecnologie Ethernet Frame Relay ATM Sonet SDH Modem modulatore demodulatore Modem apparato di telecomunicazione at
89. tica Debugger Sostituisce il loader per l esecuzione controllata di un programma per cercarne i bug single step breakpoint tracepoint visualizza cambia il valore delle variabili 10 for Iz1 to 5 20 print I 1 30 next I RUN file sorgente interprete Y 7 Alcuni interpreti interprete di un linguaggio di programmazione Basic Java interprete dei comandi di un sistema operativo command com in MS DOS cmd exe in Win32 le shell UNIX i fogli elettronici Lotus 1 2 3 Excel QuattroPro A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 143 cap IX Fondamenti di Informatica Interprete o compilatore Interprete controlla e traduce le istruzioni ad ogni esecuzione del programma correzione degli errori e debug veloce caricamento ed esecuzione lenta codice sorgente leggibile Interprete o compilatore Compilatore linker loader controlla e traduce le istruzioni una sola volta caricamento ed esecuzione veloce codice sorgente non leggibile correzione degli errori e debug lenti Sistemi integrati di programmazione IDE Integrated Development Environment uniscono editor compilatore linker e debugger hanno rimpiazzato gli interpreti Borland TurboC C Builder Delphi Microsoft VisualC VisualBasic
90. tical Tab NUL 0 Null BEL 7 Bell EOT 4 End Of Transmission O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap III Fondamenti di Informatica Codice ASCII esempio Rappresentazione di un testo in formato ASCII caratteri in codice ASCII ogni riga terminata dal terminatore di riga in MS DOS e Windows CR LF in UNIX LF in MacOS CR pagine talvolta separate da FF Codice ASCII problema A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap Fondamenti di Informatica Caratteri estesi caratteri con codice ASCII maggiore di 127 non sono standard perch non presenti nel codice ASCII originale che era su soli 7 bit In pratica i caratteri con MSB 1 sono usati per codici di controllo alfabeti locali es e caratteri grafici es v4 c v Codifiche ASCII estese Telecomunicazioni MSB bit di parit Personal Computer code page CP nazionali es MS DOS CP 850 138 232 b es MS Windows CP 1252 138 232 Alfabeti con pi di 256 simboli DBCS Double Byte Character Set Unicode codice a 16 bit UTF 8 UTF 7 Alfabeti ISO ISO 8859 1 Latin 1 europa occidentale ISO 8859 2 Latin 2 europa centrale ISO 8859 3 Latin 3 ISO 8859 4 Latin 4 paesi baltici ISO 8859 5 Latin Cyrillic ISO 8859 6 Latin Arabic ISO 8859 7
91. to a scambiare dati digitali modem in banda fonica o traslata opera su linea telefonica commutata 300 3400 Hz modem in banda base opera solo su circuiti diretti O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 189 cap XIII Fondamenti di Informatica Standard ITU per modem in banda traslata standard bps linea V 21 300 commutata V 22 1 200 comm dedic V 22bis 2 400 comm dedic V 26 2 400 dedicata V 26bis 2 400 commutata W 27 4 800 dedicata V 27ter 4 800 commutata V 29 9 600 dedicata V 32 9 600 comm dedic V 33 14 400 dedicata Standard ITU per modem in banda traslata standard bps linea V 34 38 400 commutata V 90 57 600 comm dedic velocit diversa in trasmissione e ricezione se la linea analogica ISDN Integrated Services Digital Network canale digitale linea ISDN non necessario modem necessario telefono scheda ISDN 203 canali digitali canale dati n 1 64 Kbps canale dati n 2 64 Kbps canale ausiliario 16 Kbps solitamente dedicato alla fonia o alle segnalazioni ausiliarie O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 190 cap XIII Fondamenti di Informatica ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line trasmissione digitale sul normale doppino telefonico tramite modem router speciale 3 canali download dati tra 2 e 6 Mbps bidirezionale dati max 640 Kbps bidi
92. to se a un passo resa cromatica inferiore a quelle a getto d inchiostro e 10 PPM capacit grafiche 600 2400 DPI costo 500 Euro ottima qualit e buona velocit Stampanti a sublimazione deposito di cere fuse acolori altissima resa cromatica costo esorbitante 5000 Euro O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 131 Fondamenti di Informatica Plotter emulazione del disegno manuale tramite una testina mobile dotata di penne o a getto di inchiostro molto usato per disegni di grande formato es ingegneria civile per disegni di piccolo formato A4 A3 soppiantato dalle stampanti laser o a getto Plotter funzionamento foglio fisso testina mobile X Y foglio mobile X testina mobile Y Il linguaggio Postscript trademark Adobe Inc descrive il contenuto di una pagina di output standard de facto per le stampanti di qualit molto potente testo e grafica lento un vero e proprio linguaggio complesso richiede CPU e memoria RAM O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VIII Fondamenti di Informatica cap VII Un esempio in linguaggio Postscript 100 100 moveto 100 300 lineto 200 100 lineto closepath stroke Courier findfont 18 scalefont set font 200 200 moveto Triangolo show Triangolo L interpret
93. ttura scrittura su un blocco di dati velocit di trasferimento throughput massima quantit di dati trasferibile nell unit di tempo O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 105 Fondamenti di Informatica dischi accesso casuale tempo di accesso O 10 ms e magnetici ottici magneto ottici dischi fissi o rimovibili Organizzazione dei dischi traccia cilindro Nei settore Dischi magnetici tecnologia supporto rigido ricoperto di materiale ferromagnetico testina di lettura registrazione elettrocalamita la testina poggia sul disco se rimovibile oppure lo sfiora a circa 1um A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap VII Fondamenti di Informatica cap VII Dischi magnetici tecnologia piatto testina braccio Floppy disk Dischi flessibili FD dischetti capacit lt 5 MB rimovibili racchiusi in un involucro protettivo Hard disk Dischi rigidi HD Winchester capacit 1 GB 1 TB velocit di trasferimento O 10 MB s fissi racchiusi in un contenitore in cui fatto il vuoto velocit di rotazione 10 000 RPM dischi veloci per server 5 000 RPM per PC e WS 3 000 RPM per computer portatili O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 107 Fondamenti di Informatica Dischi RAID Invece di costruire dis
94. usa 32 bit con l esponente in codice eccesso 127 segno esponente mantissa 1 bit 8 bit 23 bit O A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 35 cap II Fondamenti di Informatica Doppia precisione DP IEEE 754 usa 64 bit con l esponente in codice eccesso 1023 segno esponente mantissa 1 bit 11 bit 52 bit IEEE 754 codifiche speciali E M valore 0 0 0 0 0 non normalizzato max 0 0 NaN Not a Number IEEE 754 SP M nin 1 M max lt 2 E nin 120 E nax 127 Valori rappresentabili zero e 2705 2127 10 38 108 e 2127 2 126 1055 10 38 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica cap II IEEE 754 SP intervallo di valori underflow 0 1038 10 38 0 10 38 1038 overflow NaN IEEE 754 cifre significative Singola precisione e IMI 24 bit 7 cifre decimali Doppia precisione IMI 53 bit 16 cifre decimali Conversione da decimale a IEEE 754 SP Convertire 23 625 in IEEE 754 SP S 1 23 625 10111 101 1 0111101 24 01111010 0 4 127 131 10000011 110000011 01111010000000000000000 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 37 Fondamenti di Informatica cap II Conversione da IEEE 754 SP a decimale
95. zione di qualunque numero sia intero sia razionale variabile e dipende sia dal valore che dal numero di cifre usato per la rappresentazione es 100 z 1 n 1 e es 200 1 n 0 5 Approssimazione dei numeri frazionari L errore assoluto inferiore al peso del LSB 0 01 lt 1 4 Verifica e limite inferiore best case 0 010000 limite superiore worst case 0 011111 1 4 1 8 41 16 1 4 1 1 2 1 4 lt 0 25 x 2 e intervallo 0 25 0 5 lt 1 4 0 25 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica Approssimazione dei numeri frazionari Dato l errore decimale desiderato si deve includere nella rappresentazione almeno la cifra binaria di peso immediatamente inferiore 0 4 cone lt 0 1 0 0110 1 16 lt 0 14 Verifica 0 0110 0 375 10 4 0 3751 0 025 lt 0 1 Esercizi Trasformare i seguenti numeri decimali in binario puro con errore assoluto inferiore a 1 100 0306 0 70 0 50 Trasformare i seguenti numeri binari in decimale indicando la loro precisione assoluta 0 0011 0 1010000 0 101 Codice BCD Binary Coded Decimal Si codificano in binario su quattro bit le singole cifre decimali 2 5 4 A 0010 0101 0100 25 4 0010 0101 0100 A Lioy Politecnico di Torino 1992 2008 cap II Fondamenti di Informatica

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