Com'è fatto un computer

1. Sindacato Pensionati
Corsi di Informatica per Anziane e Anziani
Cos’è un computer:
architettura e nozioni di base
V1.0, 09/11/2012
Bruno Boni Castagnetti, Nicoletta Giorda, Franco Marra
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2. Contenuto della lezione
• In questa lezione si spiega com’è fatto fisicamente
un computer seguendo la descrizione
architetturale di Von Neumann, come sono
archiviati i dati e cosa significa il loro tipo
• L’esercitazione riguarderà la navigazione sul
sistema di archiviazione (file system) a partire dal
menù di start (cartelle e programmi), l’apertura di
una o più cartelle e lo spegnimento del computer
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3. Due definizioni di base
• Hardware (ferraglia): i componenti fisici del computer
• Software (morbidume): l’insieme di programmi che
“girano” sull’hardware, e che gli dicono cosa deve fare,
comandandolo e guidandolo nei suoi compiti
• L’hardware è usualmente descritto dalla cosiddetta
“architettura di Von Nuemann”
• Il software è costituito da due grossi insiemi di programmi:
– Il sistema operativo (OS: Operating System) che gestisce
l’hardware
– Il software “applicativo”, progettato per rispondere a specifici
problemi del mondo reale
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4. John Von Neumann
• Uno dei più insigni matematici del XX secolo
• Insieme a Oskar Morgesten, padre della teoria dei giochi
• Autore dell’”Architettura di Von Neumann” e padre dell’EDVAC (Electronic Discrete
Variables Automatic Computer), prima macchina digitale programmabile secondo
un software, sul modello della Macchina di Turing (per i più curiosi guardare
questa presentazione)
• “Gli anni della guerra vedono von Neumann coinvolto nel progetto Manhattan per
la costruzione della bomba atomica; è un coinvolgimento alimentato da un
profondo odio verso i nazisti, i giapponesi e successivamente verso i sovietici. Già
nel 1937, dopo aver ottenuto la cittadinanza statunitense, gli viene proposto di
collaborare con le forze armate e da quel momento la sua escalation ai vertici delle
istituzioni politico-militari non conoscerà più soste. È lui a suggerire come deve
essere lanciata la bomba atomica per creare il maggior numero di danni e di morti,
è lui che interviene nella costruzione della bomba al plutonio realizzando la
cosiddetta "lente al plutonio", ed è ancora lui a incentivare la costruzione di
ordigni nucleari sempre più potenti. Ma si spinge oltre, proponendo alle autorità
militari di bombardare preventivamente l’Unione Sovietica per scongiurare il
pericolo rosso. La sua teoria dei giochi viene utilizzata in questo contesto per
studiare e ipotizzare tutti i possibili scenari bellici che si possono sviluppare in
seguito a certe decisioni. Il fervore con cui appoggia lo sviluppo degli ordigni
atomici lo spinge a seguire di persona alcuni test sulle armi nucleari nella seconda
metà degli anni quaranta, che raggiungeranno l'apice con l'esplosione della bomba
H nelle Isole Marshall nel1952. Probabilmente saranno proprio le radiazioni
sprigionate da questi test a condannarlo a morte, da lì a poco.”
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5. L’architettura di Von Neumann
RAM = Random
Disco Access Memory
Memoria Input / Output
BUS
CPU = Central
Processing Unit
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6. La memoria
• Composta da memoria a lungo periodo (memoria di massa,
tradizionalmente un disco magnetico) che contiene i programmi e i dati:
– Mantiene i dati anche a computer spento
– Relativamente lenta ma poco costosa e di grande capacità (alcune centinaia di
Gigabyte: per questa ed altre unità di misura vedere le definizioni in
appendice)
– Viene indirizzata a grossi blocchi (file)
• Da una memoria di lavoro (RAM: Random Access Memory – Memoria ad
Accesso Casuale), che contiene il programma in esecuzione e i suoi dati
– Perde tutti i dati quando si spegne il computer
– Molto veloce, costosa e dalle dimensioni relativamente modeste (qualche
Gigabyte)
– Il componente elementare è detto “cella” e ha una dimensione tipica di 64 bit
– Viene indirizzata a livello della singola cella
• Dalla memoria “rimovibile”: assai simile alla memoria di massa, si
presenta abitualmente sotto forma di “chiavette” USB, assai utili per
trasferire dati da un computer all’altro o per salvarli per cautelarsi contro
una rottura del disco (back up)
– Le chiavette si “montano” e “smontano” secondo una particolare procedura
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7. La CPU (Central Processing Unit: unità
centrale di elaborazione)
• Il vero “cervello” del computer
• Serve all’esecuzione dei programmi
• Un programma viene prima caricato dalla memoria di
massa alla memoria di lavoro
• Ogni istruzione del programma viene caricata dalla
memoria di lavoro nella CPU ed eseguita
• L’esecuzione dell’istruzione implica il trasferimento di
dati elementari dalla memoria nella CPU, la loro
elaborazione e il trasferimento dei dati risultato in
memoria, o il salto ad altri punti del programma,
assoluto o a fronte di condizioni
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8. Le unità di Input Output
• Le unità di Input / Output interfacciano il mondo
reale, dando significato concreto ai dati elaborati del
computer mediante la loro interpretazione
• Un programma è “corretto” quando produce risultati
verificabile nella realtà
Mondo reale,
Significato
?
Elaborazioni del computer
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9. File, fotografie e musica
• Ad esempio:
– Una sequenza di dati viene tradotta dall’altoparlante in musica, che ha
significato per l’uomo
– Un’altra sequenza di dati viene tradotta dallo schermo in una foto, che ha
significato per l’uomo
– Se si manda la sequenza di dati della musica sullo schermo si ottiene una
figura senza “significato”
– Se si manda la sequenza di dati della foto sull’altoparlante si ottengono suoni
sgradevoli (senza significato)
• Le sequenza di dati, opportunamente organizzate in un “file” (“archivio”:
pezzo di memoria di massa con un nome) hanno un tipo, che serve alla
loro corretta interpretazione. Ad esempio:
– Tipo foto: jpg (JPEG: Joint Photographic Expert Group)
– Tipo musica: mp3 (MP3: Moving Picture Expert Group audio layer 3)
– Tipo documento: doc (indica un file creato da Microsoft Word)
• Ogni tipo di dati viene elaborato da uno o più programmi specifici. Ad
esempio:
– Jpg: Photoshop
– Mp3: Windows Media Player
– Doc: Microsoft Office Word
• Che fanno parte del “software applicativo”
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10. BUS
• Una specie di autostrada che connette tutte le
altre componenti
• Consente il trasferimento “in parallelo” delle
celle di memoria verso e da gli altri
componenti dell’architettura
• Disco => RAM => CPU => RAM => Disco =>
RAM => Output
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11. Il Sistema Operativo
• Il trasferimento dei dati, la loro archiviazione, la
gestione delle unità di Input / Output
(periferiche) vengono effettuate da un
programma di base, che va automaticamente in
esecuzione quando il computer viene acceso
• Questo programma è chiamato Sistema
Operativo (OS, Operating System), ed è il gestore
dei componenti dell’Architettura di Von Neumann
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12. I sistemi operativi più diffusi
• Microsoft
– Windows XP
– Windows 7
– (Windows 8)
• Apple
– OSX
– IOS (IPhone e IPad)
• Google
– Android
• Software libero (Linux)
– Ubuntu
– Debian
• I principi generali sono gli stessi, purtroppo le loro interfacce cambiano
(pur nel rispetto dei comuni principi generali), per cui diventa impossibile
una descrizione di tutti. Durante questi corsi si fa genericamente
riferimento agli OS Microsoft perché più diffusi (XP e 7)
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13. Il sistema di archiviazione (File System)
• La memoria di massa contiene sia dati che i programmi
• Per eseguire un programma o elaborare i dati bisogna
prima trovarli
• Per salvare i dati, occorre sapere dove metterli
• L’unità di archiviazione in memoria di massa si chiama “file”
(archivio) ed è un pezzo di disco dotato di nome
• Il sistema di archiviazione dei file è noto come File System
• I file si trovano tramite un programma di base, chiamato
Esplora Risorse, che permette la navigazione sulle
“cartelle”
• Le cartelle contengono altre cartelle, o file di dati e
programmi, che vengono genericamente detti “oggetti”
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14. L’albero delle cartelle (Win 7)
OS (C:) – Il disco
Utenti – lo spazio Programmi - i programmi Windows – il Sistema
per gli utenti Applicativi, Word etc. Operativo
Pippo – lo spazio di Pippo Pluto – lo spazio di Pluto
Documenti – lo spazio Immagini – le Musica – la
dei documenti di Pippo foto di Pippo musica di Pippo
Casa – lo spazio Lavoro – lo spazio
dei documenti di Pippo dei documenti di Pippo
relativi a casa sua relativi al suo lavoro
Contratto.doc Affitto.xls Il Colosseo.jpg O sole mio.mp3
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15. Il desktop
• Il vostro desktop potrebbe avere un aspetto
simile a questo (windows XP):
Icone
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16. Il pulsante “start”
• Il pulsante “start” è una delle porte di ingresso
più importanti che l’utente ha a disposizione
per “entrare” nel computer (Windows XP)
• Su Windows 7 ha un aspetto leggermente
diverso ma è sempre allo stesso posto
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17. I punti di ingresso
OS (C:)
Utenti Programmi. Windows
Alessandra Pluto
Documenti Immagini Musica
Casa Lavoro
Contratto.doc Affitto.xls Il Colosseo.jpg O sole mio.mp3
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18. Apertura di una cartella
• Doppio click sinistro veloce sull’icona della
cartella (come per eseguire un programma)
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19. Spegnimento del computer
• Il computer va sempre spento usando il tasto
“start”, seguendo la modalità guidata tipica
del sistema operativo che si usa
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20. Appendice: glossario e unità di misura
della memoria
• Bit, il valore elementare, può essere o 0 o 1
• Byte, insieme di 8 bit. Storicamente utilizzata per la memorizzazione dei caratteri
(“A”, “B” etc.)
• Stringa: sequenza di byte (o caratteri). “Questa stringa è una stringa” è una stringa
– Domanda: quanti caratteri ha questa stringa? Risposta: 28. Domanda: perché 28 e non 24?
• File: pezzo di disco dotato di nome e associato al tipo di dati che contiene
• Word (parola o cella): esprime la larghezza del bus, del parallelismo cioè con cui i
dati vengono trasferiti ed elaborati. Nei moderni computer è di 64 bit
• Mbyte (Mega byte): 1 milione di byte, tipica unità di misura di un file sonoro o di
un breve filmato su Internet
• Gbyte (Giga byte): 1 miliardo di byte, tipica misura di un film su internet, e delle
memorie di massa e di lavoro di un computer
• Tbyte (Tera byte): 1000 miliardi di byte, tipica misura dei moderni dischi di
memoria
• Bps (bit per secondo): velocità di trasferimento su Internet, quelle tipiche sono
dell’ordine dei Mbps (milioni di bit per secondo)
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21. Esercitazione!
FINE
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