2_il_computer

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Il computer: l'hardware

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  • PATA: max 166 MB/s
    SATA: 1.5, 3.0, 6.0 Gbit
    SAS: 3, 6, 12 Gb (in fase di sviluppo)
  • EPUB -> abbreviazione di electronic publication.
    È lo standard dell’IDPF (International Digital Publishing Forum), un organismo internazionale no-profit al quale collaborano università, centri di ricerca e società che lavorano in ambito sia informatico che editoriale.
  • Secondo la società di ricerche IDC, le vendite di tablet supereranno quelle di pc desktop entro il 2013 e quelle di notebook nel 2014.
  • 2_il_computer

    1. 1. IL COMPUTER 1A cura di Jacques Bottel
    2. 2. Hardware: l’architettura - 1 Lo schema rappresenta l’architettura di base di un calcolatore. PROCESSORE MEMORIA BUS 2A cura di Jacques Bottel
    3. 3. Hardware: l’architettura - 2 Vediamo in dettaglio la funzione dei vari componenti:  il processore svolge i calcoli in binario (i numeri sono composti solamente da 0 e 1).  la memoria contiene i dati che devono essere elaborati  il bus (si legge “bas”) è un fascio di “fili” stampato sulla scheda madre che connette il processore con la memoria. 3A cura di Jacques Bottel
    4. 4. Verifica se hai capito… Argomento: introduzione all’informatica e architettura di base di un calcolatore. Domande di verifica:  Che cos’è l’informatica?  Perché oggi l’informatica è così importante?  Che cos’è un computer?  Che cos’è un sistema? Fai alcuni esempi.  Qual è l’architettura di base di un elaboratore? Fai lo schema e scrivi a che cosa servono i componenti. 4A cura di Jacques Bottel
    5. 5. La memoria RAM La memoria RAM si dice memoria centrale (o memoria primaria) perché è quella su cui opera il processore per elaborare i dati. 5A cura di Jacques Bottel
    6. 6. La memoria di massa La memoria centrale si distingue dalla memoria di massa (o memoria secondaria) che è quella utilizzata per conservare i dati quando il computer è spento. 6A cura di Jacques Bottel
    7. 7. Memoria casuale vs Memoria sequenziale La memoria RAM (Random Access Memory), come suggerisce il nome, è una memoria ad accesso casuale. Che cosa vuol dire? Il tempo per accedere a un dato qualsiasi non cambia. L’hard disk è una memoria ad accesso sequenziale. Che cosa vuol dire? Il tempo di accesso a un dato varia in base alla sua posizione nella memoria. 7A cura di Jacques Bottel
    8. 8. Lo sapevate che… …un libro (o un quaderno) è una memoria ad accesso sequenziale? Infatti, per trovare l’argomento spiegato dal professore dovete sfogliare le pagine (ossia accedere alla memoria in maniera sequenziale). Il libro è una memoria analogica, ma è pur sempre una memoria (sì, perché contiene dei dati al suo interno!). Invece, le memorie ad accesso casuale sono solamente elettroniche. 8A cura di Jacques Bottel
    9. 9. Gerarchia di memoria CACHE memoria centrale (RAM memoria secondaria (hard disk) V E L O C I T A C O S T O 9A cura di Jacques Bottel
    10. 10. La memoria: unità di misura 1 TB = 210 GB ≈ 1000 GB [Hard disk] 1 GB = 210 MB ≈ 1000 MB [Memoria RAM] 1 MB = 210 KB ≈ 1000 KB [Memoria cache] 1 KB = 210 Byte ≈ 1000 Byte 1 Byte = 8 bit 1 bit = 1 o 0 (stato dei transistor) 10 C A P A C I T A A cura di Jacques Bottel
    11. 11. Verifica se hai capito… Argomento: la memoria del calcolatore Domande di verifica:  Memoria centrale e memoria di massa. Spiega le differenze.  Memoria ad accesso casuale e memoria ad accesso sequenziale. Spiega le differenze.  Perché c’è la gerarchia di memoria?  450 MB a che cosa corrispondono? Fai le equivalenze tra le diverse unità di misura. 11A cura di Jacques Bottel
    12. 12. Il processore: com’è fatto? Il processore è un sistema composto da:  Il package (in italiano “confezione”) è il supporto su cui vengono fissati tutti i componenti del processore  Piedini per comunicare con la scheda madre  Uno o più die (si legge “dai”), ognuno dei quali ha all’interno uno o più core integrati. Curiosità: i processori più potenti integrano sei core (processori exacore) o addirittura otto core (processori optocore)  Nei moderni processori è stata integrata anche la memoria cache 12A cura di Jacques Bottel
    13. 13. Il processore: com’è fatto? Un processore visto da davanti e da dietro. piedini diecache L2 cache L2 13 package (di colore verde) A cura di Jacques Bottel
    14. 14. Il processore: come opera? Ma che cosa fa di preciso il processore? Il processore preleva i dati da elaborare dalla memoria, esegue l’elaborazione e spedisce indietro i risultati alla memoria. L’ALU (Arithmetic Logic Unit) è il componente del processore che svolge i calcoli. Nell’ALU sono implementati i seguenti operatori logici:  AND  OR  NOT 14A cura di Jacques Bottel
    15. 15. Operatore AND Se entrambi i bit sono 1 (acceso) il risultato è 1, altrimenti 0. 15 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 A B A AND B A cura di Jacques Bottel
    16. 16. Operatore OR Se ALMENO un bit è 1 (acceso) il risultato è 1, altrimenti 0. 16 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 A B A AND B A cura di Jacques Bottel
    17. 17. Operatore NOT Inverte lo stato del transistor: 1 (acceso) diventa 0 (spento) e viceversa . 17 1 0 0 1 A NOT B A cura di Jacques Bottel
    18. 18. I transistor Il processore (cache e ALU) è fatto di transistor (in italiano “transistore”, ma si usa quasi sempre solo la parola inglese). Ma che cos’è un transistor? L’interruttore, proprio come il transistor, ha due stati: ACCESO (1) e SPENTO (0). = 18A cura di Jacques Bottel
    19. 19. I transistor: quanto sono grossi? Quanto è grosso un transistor? 22 nm (nanometri), ossia 22 milionesimi di millimetro, circa 2.000- 3.000 volte più piccoli di un capello umano, invisibile persino a un potente microscopio! Ma perché sono così piccoli? Semplice: per integrarne in gran numero nel die. Solo così si possono avere più core nel processore! 19 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    20. 20. I transistor: quanti sono? Quanti sono i transistor integrati in un processore? Nella CPU Zambezi (8 core) sono 1.2 miliardi! Ad oggi, il processore con più transistor è Tukwila, prodotto da Intel per scopi scientifici. Prova a dire quanti ne ha… 20 OLTRE DUE MILIARDI!! SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    21. 21. La legge di Moore “Il numero di transistor di un processore raddoppia ogni 18 mesi”. Con il progressivo avvicinarsi dei limiti fisici del silicio, il periodo di raddop- pio, una volta di 12 mesi, è passato a 18 e ora a 24 mesi. 21A cura di Jacques Bottel
    22. 22. Il ciclo di clock I transistor non cambiano stato (1 o 0) tutti nello stesso momento: alcuni lo fanno un po’ prima, altri un po’ dopo. Dopo un certo tempo, quando si è sicuri che tutti i transistor hanno cambiato stato (altrimenti il risultato calcolato non sarebbe giusto!), può cominciare un’altra operazione. Dunque, un ciclo di clock è il tempo che impiega il processore per fare un’operazione. 22A cura di Jacques Bottel
    23. 23. La frequenza del processore E quanto è questo tempo? Ad esempio, un processore da 1 GHz esegue 1 miliardo di operazioni al secondo, quindi il tempo per fare un’operazione è 1 miliardesimo di secondo! La frequenza del processore è data dalla formula: La frequenza è misurata in Hz. 23A cura di Jacques Bottel
    24. 24. L’overclock Dal BIOS (il programma che ci permette di controllare la scheda madre) è possibile modificare la frequenza del processore:  Downclock → la frequenza viene ridotta; il processore è più lento perché svolge meno operazioni al secondo. Dunque, in pratica non ha senso fare un downclock.  Overclock → la frequenza viene aumentata; il processore è più veloce perché svolge più operazioni al secondo, ma dobbiamo tenere conto che… 24A cura di Jacques Bottel
    25. 25. L’overclock: le conseguenze Conseguenze dell’overclock:  Non si ha più la certezza che tutti i transistor abbiano cambiato di stato, quindi il processore potrebbe essere inaffidabile, cioè “sbagliare” i calcoli.  La CPU o GPU produce più calore. Bisogna quindi usare un dissipatore di grosse dimensioni, altrimenti fonde!  A lungo andare il processore potrebbe non essere più affidabile o addirittura fondersi. 25 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    26. 26. Curiosità: dissipatori normali Dissipatore passivo (senza ventola) Dissipatore attivo (con la ventola) 26 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    27. 27. Curiosità: dissipatori per overclocking Dissipatore ad acqua (pompa acqua) Dissipatore ad azoto liquido (overclocking estremo) 27 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    28. 28. Le prestazioni di un processore Senza fare dei test, è molto difficile capire tra due processori quale sia il più veloce: infatti, le prestazioni possono variare molto a seconda dei casi. Malgrado ciò, IN GENERALE è più veloce un processore:  Con un’alta frequenza (tanti GHz)  Con tanti core (dual core, quad core, exa core)  Con tanta cache (si evita di accedere alla memoria RAM che è più lenta!) 28A cura di Jacques Bottel
    29. 29. Come vengono prodotti i processori? I chip vengono “stampati” sul wafer (ovviamente non sono i biscotti!) grazie a un processo chiamato litografia, poi vengono tagliati e fissati sul package. Un wafer 29A cura di Jacques Bottel
    30. 30. Le sfide della tecnologia Ecco le sfide che gli ingegneri dovranno vincere nei prossimi decenni:  Difficoltà ad aumentare la frequenza del processore (i GHz): ridurre le correnti parassite e miniaturizzare i transistor è sempre più difficile!  Oltre i 16-32 core, l’aumento del numero dei core, anche se possibile a livello tecnologico, in pratica non darà più miglioramenti in termini di velocità. 30 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    31. 31. Verifica se hai capito… Argomento: il processore Domande di verifica:  Come è fatto un processore? Spiega i diversi componenti.  Come opera un processore?  Che cos’è un transistor? Che cosa dice la legge di Moore?  Che cos’è il ciclo di clock? Spiega anche che cos’è l’overclock.  In generale, da che cosa sono influenzate le prestazioni di un processore?  Che cos’è la litografia? 31A cura di Jacques Bottel
    32. 32. SATA La scheda madre - 1 32A cura di Jacques Bottel PROCESSORE MEMORIA NORTHBRIDGE SOUTHBRIDGE PCI-E bus FSB USB
    33. 33. La scheda madre - 2 33A cura di Jacques Bottel
    34. 34. Il BIOS ll BIOS (Basic I/O System) è il programma che controlla la scheda madre. Esso include informazioni di base molto importanti:  L’ora  La lingua  La frequenza del processore  L’ordine delle periferiche con cui fare l’avvio del sistema operativo. 34A cura di Jacques Bottel
    35. 35. La ROM Il BIOS è memorizzato nella ROM (Read-Only Memory), una particolare memoria che si trova sulla scheda madre. 35A cura di Jacques Bottel Semplice: perché l’hard disk è una periferica, non fa parte dell’architettura di base del computer e può essere sostituito in qualsiasi momento. Perché il BIOS non è memorizzato nell’hard disk?
    36. 36. Impostare la frequenza Dal BIOS è possibile modificare la frequenza del processore. 36A cura di Jacques Bottel Dato che la frequenza del bus FSB è prefissata, per modificare la frequenza del processore dobbiamo necessariamente agire sul moltiplicatore m. Downclock → decremento m, la frequenza viene ridotta Overclock → incremento m, la frequenza viene aumentata SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! Fprocessore = FSB x m
    37. 37. Esempio di overclock FSB = 200 Mhz m = 5 Fprocessore = 200x5 = 1.000 MHz 37A cura di Jacques Bottel Facciamo un overclock… FSB = 200 Mhz m = 6 [incremento il moltiplicatore di 1 unità] Fprocessore = 200x6 = 1.200 MHz [overclock di 200 MHz] NB. Dobbiamo però sostituire il dissipatore, altrimenti il processore fonde! SOLO LEGGERE, NON STUDIARE!
    38. 38. Verifica se hai capito… Argomento: la scheda madre Domande di verifica:  Che cos’è il BIOS? Perché è importante?  Descrivi l’architettura della scheda madre. 38A cura di Jacques Bottel
    39. 39. Hardware: le periferiche Tutti i componenti che non fanno parte dell’architettura di base del calcolatore vengono chiamati periferiche (appunto perché stanno in periferia). Le periferiche possono essere collegate alla scheda madre (periferiche interne) o a una porta esterna (di solito USB) 39A cura di Jacques Bottel
    40. 40. Esempi di periferiche Alcune periferiche interne ed esterne… tastiera pen drive stampante scheda video 40A cura di Jacques Bottel
    41. 41. Periferiche interne: l’hard disk L’hard disk è la memoria di massa del computer, cioè mantiene i dati quando il computer è spento. L’hard disk è l’unico componente meccanico rimasto nei computer moderni (tutti gli altri sono elettronici). Form factor:  3.5”  2.5”  1.8” 41A cura di Jacques Bottel Interfacce:  PATA (obsoleto)  SATA 1.5, 3, 6 Gbit  SAS 3, 6, 12 Gbit (server) Dimensione
    42. 42. Esploriamo l’hard disk… 42A cura di Jacques Bottel Testina Chip di controllo Piatto
    43. 43. L’hard disk del futuro: l’SSD È l’evoluzione degli hard disk:  memoria ad accesso casuale, quindi più veloce rispetto all’hard disk che è una memoria ad accesso sequenziale  più resistente agli urti (importante soprattutto nei computer portatili e dispositivi mobile). 43A cura di Jacques Bottel Possono avere prestazioni molto diverse, quindi, se dovrete comprarne uno, fate molta attenzione alla velocità di lettura/scrittura!
    44. 44. Esploriamo l’SSD… 44A cura di Jacques Bottel Chip di memoria Alimentazione elettrica Interfaccia SATA
    45. 45. Le porte Le porte esterne consentono di collegare al computer le periferiche esterne (TV, macchina fotografica digitale, scanner, stampante, ecc). Le principali porte sono:  Porta USB  Porta firewire (presente solo sui vecchi Mac)  VGA (analogica) e HDMI (digitale) per il monitor  Thunderbolt (presente sui nuovi Mac)  Porta Ethernet per collegare il cavo di rete 45A cura di Jacques Bottel
    46. 46. Le periferiche di input Le periferiche di input consentono di immettere dati nel computer. 46  Tastiera  Mouse A cura di Jacques Bottel
    47. 47. Le periferiche di input  Scanner  Webcam / microfono 47A cura di Jacques Bottel
    48. 48. Le periferiche di output Le periferiche di output consentono al computer di comunicare dati con l’esterno. 48  Monitor  Stampante A cura di Jacques Bottel
    49. 49. Memorie removibili Le memorie removibili sono tutte quelle memorie che sono “trasportabili”, consentono di portare con sé i dati.  pen drive (“chiavetta”)  Hard disk esterno 49A cura di Jacques Bottel
    50. 50. Memorie removibili  Schede di memoria Le schede di memoria vengono utilizzate soprattutto nelle macchine fotografiche digitali (schede SD) e negli smartphone (schede micro-SD). 50A cura di Jacques Bottel
    51. 51. Memorie removibili: CD e DVD A prima vista, CD (Compact Disk) e DVD (Digital Versatile Disk) sono uguali; cambia solo la capacità:  700 MB per i CD, di solito utilizzati per registrare musica  4.7 GB per i DVD single layer (8.5 double layer), di solito utilizzati per registrare film Ce ne sono di diversi tipi:  Registrabili: CD-R, DVD-R, DVD+R  Riscrivibili: CD-RW, DVD-RW e DVD+RW 51A cura di Jacques Bottel
    52. 52. Verifica se hai capito… Argomento: periferiche e memorie removibili Domande di verifica:  Che cos’è una periferica? Fai alcuni esempi.  L’hard disk e l’SSD: illustra le differenze  A cosa servono le porte? Elenca le principali porte.  Che cos’è una periferica di input e output? Spiega e fai alcuni esempi.  Memorie removibili. A che cosa servono? Fai alcuni esempi.  CD e DVD: illustra le differenze. 52A cura di Jacques Bottel
    53. 53. TIPI DI COMPUTER 53A cura di Jacques Bottel
    54. 54. La portabilità e la mobilità Con il termine portatile si intendono tutti quei computer che sono trasportabili, ma devono essere usati da una postazione fissa (es. un tavolo). Esempi: notebook, netbook Con il termine mobile (si legge “mobaile”) si intendono tutti quei computer che possono essere usati ovunque, senza bisogno di elementi ausiliari. Esempi: il tablet o lo smatphone può essere usato in piedi, senza bisogno di appoggiarlo a un tavolo. 54A cura di Jacques Bottel
    55. 55. Tipi di computer: i sistemi embedded I sistemi embedded (in italiano “sistemi integrati”), sono tutti quei sistemi che non hanno il sistema operativo,ma solo un programma molto semplice. 55A cura di Jacques Bottel
    56. 56. Tipi di computer: lo smartphone Gli smartphone sono cellulari di grandi dimensioni che sono computer a tutti gli effetti: hanno il sistema operativo, connessione a Internet e si possono installare applicazioni (giochi, programmi, ecc.). 56A cura di Jacques Bottel
    57. 57. Tipi di computer: l’e-book Gli e-book sono i libri digitali. È possibile sottolineare, fare a annotazioni proprio come se fosse un libro normale. Lo schermo di alcuni modelli è migliore della carta: non fa il riflesso! Grazie alla memoria interna è possibile avere con sé centinaia di libri in circa 500 g di peso. 57A cura di Jacques Bottel
    58. 58. E-book: attenzione ai formati! EPUB - Formato aperto molto diffuso, compatibile con la quasi totalità dei dispositivi. 58 A cura di Jacques Bottel AZW - Formato proprietario di Amazon, compatibile solo con i lettori Kindle.
    59. 59. Tipi di computer: il tablet I tablet sono computer mobile. Oggi sono in rapida diffusione. 59A cura di Jacques Bottel
    60. 60. Tipi di computer: il netbook I netbook sono piccoli computer portatili, utili soprat- tutto per navigare in Internet, controllare la posta elettronica e utilizzare programmi da ufficio. Oggi tendono a perdere terreno a favore dei tablet. 60A cura di Jacques Bottel
    61. 61. Tipi di computer: il notebook Notebook, comunemente chiamato “portatile”, è oggi il computer più diffuso. 61A cura di Jacques Bottel
    62. 62. Tipi di computer: il desktop replacement Il desktop replacement è un computer a metà strada tra un desktop e un notebook (si chiamano anche desknote), in pratica è un “desktop portatile”. 62A cura di Jacques Bottel
    63. 63. Apple: il desktop, un oggetto di design iMac Mac mini 63 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    64. 64. Tipi di computer: il desktop Desktop. Computer da scrivania ormai utilizzato quasi soltanto negli uffici e dai videogiocatori. Qualche anno fa questo era il computer più diffuso. 64A cura di Jacques Bottel
    65. 65. Tipi di computer: la workstation La workstation viene utilizzata in lavori che richiedono molta potenza. Esempi: progettazione CAD, grafica, montaggio foto e video. 65A cura di Jacques Bottel
    66. 66. Tipi di computer: il server Server. Sono computer progettati per rimanere accesi 24 ore al giorno. Di solito ospitano i dati di un ufficio o un’organizzazione che sono condivisi tra tutti gli impiegati. 66A cura di Jacques Bottel
    67. 67. Tipi di computer: il supercomputer Super computer, utilizzati a scopo scientifico (previsioni del tempo, simulazioni di uragani, ecc.) Occupano stanze enormi perché hanno migliaia di processori! Curiosità: sul sito http://www.top500.org/ puoi vedere la classifica dei 500 supercomputer più potenti al mondo. 67A cura di Jacques Bottel
    68. 68. Curiosità: uomo vs computer Anno 1997: Deep Blue, un supercomputer progettato da IBM, sfida Garry Kasparov, campione del mondo di scacchi 68 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    69. 69. Curiosità: uomo vs computer Kasparov perde 1-2 contro Deep Blue. 69 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    70. 70. Curiosità: uomo vs computer Alcune considerazioni:  Prima della sfida vera e propria, Kasparov non ha mai giocato partite di allenamento contro il suo avversario Deep Blue.  Il software di Deep Blue fu migliorato tra una partita e l’altra studiando le mosse di Kasparov, altrimenti molto probabilmente avrebbe vinto l’uomo.  Non si capisce che cosa sia successo all’ultima partita: Kasparov si è ritirato dopo aver fatto un erroraccio e, soprattutto, poteva vincere in poche mosse!  L’IBM non ha accettato la rivincita. Forse temeva di perdere? 70 SOLO LEGGERE, NON STUDIARE! A cura di Jacques Bottel
    71. 71. Verifica se hai capito… Argomento: tipi di computer Domande di verifica:  Elenca diversi tipi di computer e illustra brevemente le differenze.  Che cosa significa portabile e mobile? Spiega e fai alcuni esempi. 71A cura di Jacques Bottel
    72. 72. E ora che avete capito… memorizzate! 72A cura di Jacques Bottel

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