Il documento tratta vari aspetti dell'informatica, inclusi hardware, software e architettura dei computer, fornendo una panoramica sui componenti principali come CPU, RAM, memorie di massa e schede video. Viene presentato un confronto tra diverse tecnologie e dispositivi, spiegando il funzionamento delle periferiche di input e output e i principi di elaborazione dei dati. Infine, il documento esamina il software di base e applicativo, inclusi i sistemi operativi e le loro funzioni fondamentali.

1. Scienze dei beni Archeologici ed Antropologici – ind. Antropologico COMPUTER GRAPHIC Informatica di base A.A. 2005/2006 40 ore – 6 crediti Dr. Massimo Cimichella

2. Testo consigliato: Informatica Generale Nuova Edizione 2003 Alfredo Milani Morlacchi Editore

3. L’elaboratore elettronico L’elaboratore e’ un velocissimo esecutore di comandi : Può eseguire complesse e ripetitive sequenze di operazioni ad altissima velocità su dati in ingresso forniti dall’esterno per produrre risultati in uscita. L’elaborazione avviene grazie a: Hardware Software

4. HARDWARE DI UN PC Periferiche di Input Tastiera, Disp. di puntamento (mouse) Microfono, Scanner, Webcam, Touchscreen, … Periferiche di Output Monitor, Stampante, Speakers, … RAM I/O CACHE Periferiche di Input-Output, le Memorie di Massa : Floppy disk, Hard Disk, Masterizzatore CD/DVD, Penna USB, … NIC o MODEM Dispositivi di rete / Intercon-nessione ROM (EPROM) CPU o microprocessore (CU+ALU+Registri)

5. Porte di comunicazione porte di comunicazione saldate direttamente sulla MB 2 connettori PS/2 (tondi): tastiera e mouse porte seriali (COM1, COM2...) : mouse, modem... inviano e ricevono i dati 1 bit alla volta (velocità massima: 115.200 b/s) porta parallela (LPT1) : stampante, scanner, unità esterne di memoria scambia i dati parallelamente (8 bit alla volta) 2 porte USB stanno sostituendo le porte tradizionali: molto più veloci (12 Mb/s), si collega la periferica a PC acceso (il SO la riconosce subito, purché sia plug and play ), consentono di connettere fra loro le periferiche a cascata (fino a 127); da poco sono comparse le USB2 , ancora più veloci funzionano a partire da Windows 98SE (Windows 95 si può aggiornare) ma le novità superveloci sono le connessioni IrDA , FireWire e Bluetooth e Wi-Fi (senza cavo, grazie a un piccolo ponte radio)

6. Come comunicare con il PC La CPU ed in generale il computer, semplificando, sono un ammasso di circuiti elettrici che comprendono i dati solo sotto forma di informazioni binarie, di interruttori acceso-spento (1 o 0, On o Off) Attraverso le periferiche di Input gli mandiamo informazioni che vengono tradotte in codici (ASCII, o EBCDIC), elaborate e restituite alla periferica di Output. Esempio: Premiamo il tasto C, la tastiera lo traduce nel codice ASCII 66 decimale, 01000010 binario, e passato al processore, che lo passa alla scheda video per essere rappresentato graficamente sul monitor.

7. Unità di misura delle memorie Valore Nome Abbreviazione Potenza di 2 1 Byte (=8 bit) B (=8b) 0 1024 1 Kilobyte KB 10 1048576 1 Megabyte MB 20 1073741824 1 Gigabyte GB 30 109951162776 1 Terabyte TB 40

8. Cenni di numerazione binaria Come la numerazione decimale ha come base i 10 numeri (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9), la numerazione binaria ha come base i 2 numeri (0,1). 1 Byte, formato da 8 Bit, può rappresentare i numeri binari da 00000000 a 11111111, cioè 2 8 diverse combinazioni, per cui 256 diversi numeri. In questo esempio vediamo come convertire 01100100 binario nel numero 100 decimale, ottenuto sommando i valori del 4° rigo, che sono il prodotto dei valori del 2° per quelli del 3° . 1100100 100 1010 10 1001 9 1000 8 111 7 110 6 101 5 100 4 11 3 10 2 1 1 0 0 Binario Decimale 0 0 4 0 0 32 64 0 1 2 4 8 16 32 64 128 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 0 0 1 0 0 1 1 0

9. La CPU o Microprocessore CPU ( Central Processing Unit , unità centrale di elaborazione) è la parte più importante del computer: dirige e controlla ogni sua attività coordinando le attività di tutte le altre unità (memoria, periferiche) ed esegue le istruzioni di un programma in codice macchina (cioè le operazioni aritmetiche e logiche cui devono venire sottoposti i dati). E’ composta da: Unità di controllo (CU): dispositivo in grado di generare segnali sia per i circuiti esterni alla CPU (memorie) che per i circuiti interni (ALU); Unità Aritmetico-logica (ALU): riceve in ingresso operandi e, a seconda del tipo di segnale che riceve dalla CU esegue operazioni aritmetiche o logiche su di essi; Registri: dispositivi di memorizzazione interni alla CPU. Possono essere registri accumulatori , registri istruzione , contatori di programma o registro di stato ;

10. Tipologie Memorie RAM ROM RAM DRAM = Dynamic RAM SDRAM = Synchronous DRAM = evoluzione del modello DRAM, le cui operazioni sono sincronizzate con il segnale di clock DDR SDRAM = Double Data Rate SDRAM = RAM che compie due operazioni per ogni ciclo di clock (e quindi raddoppia la velocità della SDRAM) Direct Rambus moduli (PC): SIMM (72 piedini) DIMM (128 piedini) RIMM (184 piedini) CACHE = Memoria velocissima a connessione diretta con la CPU, ma molto più costosa ROM = Read Only Memory EPROM = Erasable Programmable Read Only Memory

11. Processori e Bus: il Clock Il processore (CPU) elabora i dati ad una certa velocità, la velocità di clock (= battito cardiaco o scatto di un metronomo) che segna il ritmo al quale si eseguono tutte le operazioni del PC. Viene impostata da un circuito oscillatore pilotato al quarzo: quanto più alta è la frequenza di clock (misurata in Hertz [Hz=cicli al secondo]) tanto più veloce è il PC ormai sono stati raggiunti i 3,5 Gigahertz la velocità con cui opera il processore produce una quantità notevole di calore ; perché non crei danni deve essere dispersa con speciali dispositivi (dissipatori e ventole) L’interconnessione tra processore e periferiche è assicurata dal BUS (canale parallelo per i dati): è stata velocizzata accorciando le distanze, ma si sono accentuati i problemi di surriscaldamento.

12. Schede video per Monitor/TV Hercules ( Scheda grafica monocromatica ) CGA ( Colour Graphic Adapter ) EGA ( Enhanced Graphic Adapter ) VGA ( Video Graphic Adapter ) in uno slot PCI AGP ( Accelerated Graphics Port ) in uno slot specifico studiato espressamente (4 volte più veloce) Sempre più complessa contiene: Processore , RAM , ROM (con BIOS), chip grafico (che si occupa dell'elaborazione delle immagini), dissipatori , ventole ecc., presa TV ecc. Nella scheda è di fondamentale importanza il DAC = chip che converte i dati digitali che vengono dal processore in un segnale analogico da inviare al monitor (elemento determinante per risoluzione e refresh ) per grafica 3D acceleratori 3D = schede 3Dfx, destinate principalmente ai videogiochi (possono generare grafica 3D solo a tutto schermo e non in una finestra di Windows)

13. Monitor CRT Schermo tradizionale = monitor CRT = tubo catodico come TV (ma risoluzione molto più alta): cannone elettronico che spara elettroni contro lo schermo Lo schermo è rivestito di fosfori che si illuminano quando vengono colpiti, generando un'immagine che non è fissa ma è determinata da una sequenza di flash. La frequenza (n./s) di questi flash = refresh rate. Quanto più alta è la frequenza tanto più stabile è l'immagine. Fra il cannone e lo schermo è interposta una griglia che determina combinazione di punti = pixel risoluzione = numero dei pixel (orizzontale × verticale, il rapporto è sempre di 4 a 3): 640 × 480, 800 × 600, 1024 × 768, 1280 × 1024, 1600 × 1200. Dimensione dello schermo = lunghezza della diagonale in pollici (14, 15, 17, 19, 21, 23) colore = sovrapposizione di tre componenti cromatiche fondamentali (rosso / verde / blu) ( standard RGB ). Modalità standard: true color : 16 milioni di colori: - 8 bit per ognuno dei 3 colori fondamentali - 256 toni per ciascuno dei colori - totale delle combinazioni possibili = 16.777.216

14. Monitor LCD Schermi LCD = a cristalli liquidi (Liquid Crystals Display) di gran lunga preferibili ai tubi catodici: Non necessita di schermi protettivi per salvaguardare la vista immagine stabile assenza di brillio (nessun bombardamento) ultrapiatto, meno ingombrante si perde qualcosa nella qualità grafica (e molto con le immagini in rapido movimento)

15. Scheda audio Detta comunemente Sound Blaster (da un modello di grande successo della Creative Labs, che per vari anni ha determinato una specie di standard) prima ISA , poi PCI , ora per lo più è integrata nella scheda madre converte i suoni in numeri (e viceversa) metodo del campionamento schede in commercio: 16 bit stereo e 44.100 campioni /s standard: MIDI (1983) (sintetizzatore FM: chip Yamaha OPL3) General MIDI (1991) (wave table [tavola di suoni precampionati]) Wave (standard di Windows) MP3 ( Mpeg Layer 3 Audio ) supercompresso uscite: 3 spinotti (casse  , cuffia  ,  microfono) "porta giochi"

16. Stampanti tipologia sommaria: Aghi: desuete (tranne che per le procedure che devo- no produrre copie conformi su moduli ecc.) Ink-jet: ('getto d'inchiostro') normalmente a colori economiche (ma la frequente sostituzione delle cartucce d'inchiostro determina alti costi di stampa) Laser: (di solito in bianco e nero) qualità e velocità di stampa superiori minori costi di gestione sublimazione termica (foto o stampa professionale) risoluzione : è espressa in dpi ( dot per inch : 'punti per pollice') o in pixel

17. Memorie di massa: Floppy Alta densità: 1.440 KB Bassa den.: 720 KB Altissima d.: 2.880 KB Una volta scritti i dati sul dischetto è possibile proteggerlo da scrittura o accidentale cancellazione mediante la finestrella mobile di destra Tenere lontano da fonti magnetiche, in quanto potrebbero cancellarne completamente il contenuto Supporto lento, poco affidabile e di esigua capacità, comodo per la memorizzazione di riserva e per il trasferimento dati da un PC ad un altro

18. Disco fisso o Hard Disk HD = serie di dischi paralleli impilati l'uno sull'altro che girano ad altissima velocità (7.200 giri al minuto) All’inizio erano da 10 o 20 MB, mentre oggi 80 GB Sulla faccia di ciascun piatto passa una serie di testine, come un pettine, spostate avanti e indietro da un motorino, chiamato attuatore, che leggono e scrivono i dati, galleggiando su un cuscino d'aria prodotto dalla rotazione stessa una brusca interruzione del funzionamento determina la caduta della testina sul disco e può provocare un crash (danno) è opportuno far uso frequente della utility scandisk per individuare i settori danneggiati ( bad sectors ) (per ripararli o per marcarli come inefficienti e non utilizzarli per la scrittura)

19. Memorie di Massa: CD CD ROM ( Compact Disk Read Only Memory ) supporto ottico (laser) / 640 Mb di memoria velocità (CVL = Constant Linear Velocity ): 1x: stessa velocità di trasferimento dati dei CD musicali Hi Fi (150 Kb al secondo) 2x: 300 Kb /sec. … 52x: 7.800 Kb /sec. CD non soggetto ad usura (ma non è eterno: 20 anni?) CD RW = CD riscrivibili (non all'infinito) con Masterizzatore DVD ( Digital Video Disk ) disco ottico ma di capienza di gran lunga superiore a quella dei CD: 8,5 Gb per faccia ( = 17 Gb) I lettori DVD leggono anche i CD ROM (ma non viceversa)

20. Formattazione P er poter utilizzare un disco bisogna prima formattarlo la formattazione consiste grosso modo nella creazione di un "reticolo" cioè nella determinazione di tracce e settori in cui vengono immagazzinati i dati. La File Allocation Table (FAT) si trova solitamente sulla traccia centrale.

21. Storia dei Personal Computer CPU Coprocessore Clock Mhz Anno Bit Memoria base OS 8088/8086 8087 4,77 1978 8 256/512 KB DOS 2.0 PC IBM / XT 80286 80287 6 16 640 KB max DOS 3.1 PC IBM AT 80386 80387 -16 20 32 1 MB max 4GB DOS 6.1 /Windows 3.0 80486 INTEGRATO 33 66 100 1989 32 2-4 MB max 4GB Win 3.11 /Win 95 Pentium , MMX/ Celeron 90, 133, 166, 266 1993 32 8-16MB max 4GB Win 98 Pentium II 300-600 1997 32 16-32 MB max 64GB Win 98 SE Pentium III /AMD 600-900 1999 32 64 MB max 64GB Win 2000 /Win ME Pentium IV/AMD Duron, Athlon 900-1600 2000-2400 2001 32 Hyper-threading 128-256MB Win XP ATHLON 64 3400 2004 64 256 MB Win Server 2003

22. Software Software di base Sistema operativo, software di rete, ecc. Software applicativo Word processor, foglio elettronico, applicazioni gestionali, ecc.

23. Il software di base I compiti che il software di base deve svolgere sono: Configurazione e gestione della macchina Gestire le risorse del sistema (CPU, memorie, etc.) Facilitare il loro uso ai programmatori di applicazioni Intermediario tra le applicazioni ed il PC Interfaccia tra l’utente ed il computer Comunicazioni tra gli utenti e tra i computer Esempi di sw di base Sistemi operativi (Windows, Unix, MacOS, Linux) Compilatori e interpreti DBMS (Data Base Management System)

24. Il software applicativo I compiti che il software applicativo deve svolgere sono: Soddisfare le varie esigenze degli utenti finali (utilizzatori) in merito all’uso del calcolatore nelle loro attività Esempi di sw applicativo Elaboratore di testi, foglio elettronico Contabilità, Fatturazione WWW, Posta elettronica, News

25. Sistema Operativo: Funzioni Avviamento del computer e dell’ ambiente virtuale Gestione del processore e dei processi Gestione memoria principale e virtuale Gestione delle Memorie di massa Gestione dei file system ( memoria secondaria ) Gestione periferiche I/O esterne (tastiera, monitor, stampanti, …) Interfaccia utente (interprete dei comandi) Esecuzione programmi

26. Sistemi Operativi: tipologie Monoutente DOS, Windows Multiutente UNIX Monotasking DOS, Windows 3.x Multitasking Unix, Windows 95/98, Me, NT, 2000/XP

27. Inquadramento storico Windows nasce nel 1985. Le prime due versioni sono poco più che prototipi con forti limitazioni. Girano in modalità reale 8086 (limite a 640k di memoria) o nella modalità protetta 80286. La prima versione “utilizzabile” - Windows 3.0 - esce nel 1991 e sfrutta le capacità dei processori di classe 386. Nascono le prime applicazioni commerciali di buon livello.

28. 1981 MSDOS 1.0 - 16 bit, command line, single user, Intel 8088 1985 Windows 1.0 - GUI su MSDOS; tutti i proc nello stesso address space 1993 Windows NT 3.1 (progetto inziato nel 1988) – 32 bit (puro), multipiattaforma (Intel, Alpha, MIPS), OS/2, POSIX 1995 Windows 95: trasferimento da MS-DOS a Win – 32 bit (quasi), virtual memory senza protezioni, multiprogramming, process management – Win98: kernel non rientrante: 1! mutex per protezione 1996 Windows NT 4.0 – progettato da Cutler (VMS); GUI compliant con Win95; aggiunta aspetti security e affidabilita’; scritto quasi interamente in C 2000 Windows 2000 (derivato da NT) – vero 32-bit; protezioni; multi-threading; demand paged; plug & play; non ha MS-DOS; rilasciato in 4 versioni 2001 Windows XP

29. La “famiglia” Windows versione 3.x (16 bit). In disuso. Primo approccio con GUI ed interfaccia User Friendly 95, 98, 98SE, Me. Computer Desktop e portatili, informatica individuale NT, 2000. Workstation e server gestionali e di rete XP: tentativo di riunire i precedenti in unico sistema Server 2003: può ospitare più server CE (32bit per palmari ed embedded)

30. La “famiglia”: pregi e difetti Pregi : impostato un ambiente di lavoro senza bisogno di configurare ciascun programma GUI più semplice da usare, User Friendly Sviluppatori di driver per periferiche li creano non più per i singoli programmi, ma per i sistemi operativi Difetti : differenze nell’uso per gli utenti difficolta’ per Microsoft ad aggiornare tutte le versioni difficolta’ per i sviluppatori a produrre ed aggiornare applicazioni funzionanti in tutti gli ambienti

31. HAL (Hardware Abstraction Layer): direttamente “a contatto” con hardware Kernel: Astrazione dell’architettura hardware ad un livello superiore rispetto ad HAL Executive: scritto in C, indipendente dall’architettura hardware. Esporta funzioni richiamabili da User mode (non tutte documentate) e funzioni ad uso interno ( kernel mode )

33. Executive object mngr: tiene traccia di tutti gli oggetti I/O mngr: gestisce I/O, fornisce servizi generici indipendenti da periferiche process mngr: gestisce processi e thread memory mngr: per demand paging e protezioni security mngr: mecc. per protezioni liv. C2 cache mngr: caching per multipli f.s. plug&play mngr (thread): riceve notifica di nuove periferiche e carica driver opportuno power mngr (thread): controlla consumo batterie configuration mngr: gestisce il registry local procedure call mngr: per IPC locale

34. API (Application Program Interface) Interfaccia tra applicazioni ed il sistema operativo User32.dll, Kernel32.dll, Gdi32.dll Windows fornisce una serie di servizi avanzati che spostano molte problematiche dall’area delle applicazioni a quella del sistema operativo. L’obiettivo è quello di fornire un ambiente applicativo il più possibile astratto dall’hardware sottostante

35. DLLs Struttura modulare del SO Le DLL sono librerie di funzioni che sono richiamate a runtime e non inglobate negli eseguibili durante la compilazione modularizzazione, condivisione di codice, sostituibilità ed estensibilita’ in Linux vi sono gli shared objects

36. Windows DLLs

37. Accounts Profilo utente. Ogni utente può settare un proprio ambiente operativo (desktop, menu avvio, aspetto finestre, aspetto cartelle, ecc.) Accesso alle risorse locali e di rete (files, stampanti, ecc.) Policy

38. Installare Windows e Linux in ambiente PC - 1 Vi sono distribuzioni di Linux che fanno tutto loro!

39. Installare Windows e Linux in ambiente PC - 2 Primo problema: partizionare il/i disco/i Partizioni primarie, estese, logiche MBR (Master Boot Record): contiene la tabella delle partizioni

40. Installare Windows e Linux in ambiente PC – 3

41. Installare Windows e Linux in ambiente PC - 4 Quante partizioni sono necessarie? Almeno una per windows e almeno due per Linux (root e swap) Dimensionamento: normalmente per Linux almeno 2/3Gb più lo swap (tradizionalmente 1 o 2 volte la RAM) Oggi il problema è meno sentito: hard disk più capienti

42. Installare Windows e Linux in ambiente PC - 5 Strumenti per partizionare: Fdisk, oppure direttamente dal programma di installazione, sia di Windows che di Linux

43. Installare Windows e Linux in ambiente PC - 6 Domanda ricorrente: installo prima Windows o Linux!? Non è tassativo, ma il consiglio è: installate prima Windows (l’importante è partizionare correttamente)

44. LILO LILO è un boot loader. Ci permette di scegliere quale sistema avviare

45. Distribuzioni Linux Vi sono più distribuzioni di Linux: Red Hat, Mandrake, Debian, ecc. Sono simili ma diverse, la scelta è soggettiva e in base alle esigenze Si ottengono scaricandole, allegate a riviste o a pagamento (perchè pagare ciò che è gratis!?)

46. Modi di Installazione CD Floppy Rete Generalmente da CD (più comodo)

47. Boot da CD Configurare il BIOS in modo che la macchina faccia il boot da CD