Scienze dei beni Archeologici ed Antropologici – ind. Antropologico

COMPUTER GRAPHICInformatica di base

A.A. 2005/2006

40 ore – 6 crediti

Dr. Massimo Cimichella

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Testo consigliato:

Informatica Generale

Nuova Edizione 2003Alfredo Milani

Morlacchi Editore

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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: HardwareSoftware

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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-nessioneROM (EPROM)

CPU o microprocessore (CU+ALU+Registri)

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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)

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Come comunicare con il PCLa 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.

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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

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Cenni di numerazione binariaCome 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 28

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° .

Decimale Binario

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

10 1010

100 1100100

0 1 1 0 0 1 0 0

27 26 25 24 23 22 21 20

128 64 32 16 8 4 2 1

0 64 32 0 0 4 0 0

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La CPU o MicroprocessoreCPU (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;

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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

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Processori e Bus: il ClockIl 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.

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Schede video per Monitor/TVHercules (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)

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Monitor CRTSchermo 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

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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)

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Scheda audioDetta 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"

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Stampantitipologia sommaria: Aghi: desuete (tranne che per le procedure che devo-

no produrre copie conformi su moduli ecc.)

Ink-jet: ('getto d'inchiostro') normalmente a colorieconomiche (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 superioriminori costi di gestione

sublimazione termica (foto o stampa professionale)

risoluzione: è espressa in dpi (dot per inch: 'punti per pollice') o in pixel

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Memorie di massa: Floppy

Alta densità: 1.440 KBBassa den.: 720 KBAltissima d.: 2.880 KBUna volta scritti i dati sul dischetto è possibile proteggerlo da scrittura o accidentale cancellazione mediante la finestrella mobile di destraTenere lontano da fonti magnetiche, in quanto potrebbero cancellarne completamente il contenutoSupporto lento, poco affidabile e di esigua capacità, comodo per la memorizzazione di riserva e per il trasferimento dati da un PC ad un altro

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Disco fisso o Hard DiskHD = 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)

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Memorie di Massa: CDCD 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 MasterizzatoreDVD (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)

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Formattazione

Per 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.

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Storia dei Personal ComputerCPU Coprocessore Clock Mhz Ann

oBit Memoria

baseOS  

8088/8086 8087 4,77 1978 8 256/512 KB DOS 2.0 PC IBM / XT

80286 80287 6   16 640 KBmax

DOS 3.1 PC IBM AT

80386 80387 -16 20   32 1 MBmax 4GB

DOS 6.1 /Windows 3.0

 

80486 INTEGRATO 33 66 100 1989 32 2-4 MBmax 4GB

Win 3.11 /Win 95

 

Pentium , MMX/ Celeron

  90, 133, 166, 266

1993 32 8-16MBmax 4GB

Win 98  

Pentium II   300-600 1997 32 16-32 MBmax 64GB

Win 98 SE  

Pentium III /AMD

  600-900 1999 32 64 MBmax 64GB

Win 2000 /Win ME

 

Pentium IV/AMD Duron, Athlon

  900-16002000-2400

2001 32 Hyper-threading 

128-256MB Win XP  

ATHLON 64   3400 2004 64 256 MB Win Server 2003

 

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Software

Software di base Sistema operativo, software di rete, ecc.

Software applicativo Word processor, foglio elettronico, applicazioni

gestionali, ecc.

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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)

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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

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Sistema Operativo: FunzioniAvviamento del computer e dell’ambiente virtualeGestione del processore e dei processiGestione memoria principale e virtualeGestione delle Memorie di massaGestione dei file system (memoria secondaria)Gestione periferiche I/O esterne (tastiera, monitor,

stampanti, …) Interfaccia utente (interprete dei comandi)Esecuzione programmi

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Sistemi Operativi: tipologieMonoutente

DOS, WindowsMultiutente

UNIX

Monotasking DOS, Windows 3.x

Multitasking Unix, Windows 95/98, Me, NT, 2000/XP

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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.

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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

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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)

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La “famiglia”: pregi e difettiPregi: 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 operativiDifetti: 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

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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)

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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

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API (Application Program Interface)

Interfaccia tra applicazioni ed il sistema operativo

User32.dll, Kernel32.dll, Gdi32.dllWindows 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

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DLLsStruttura modulare del SOLe 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

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Windows DLLs

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AccountsProfilo 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

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Installare Windows e Linux in ambiente PC - 1

Vi sono distribuzioni di Linux che fanno tutto loro!

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Installare Windows e Linux in ambiente PC - 2

Primo problema: partizionare il/i disco/i

Partizioni primarie, estese, logicheMBR (Master Boot Record):

contiene la tabella delle partizioni

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Installare Windows e Linux in ambiente PC – 3

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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

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Installare Windows e Linux in ambiente PC - 5

Strumenti per partizionare: Fdisk, oppure direttamente dal programma di installazione, sia di Windows che di Linux

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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)

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LILOLILO è un boot loader. Ci permette di

scegliere quale sistema avviare

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Distribuzioni LinuxVi sono più distribuzioni di Linux: Red

Hat, Mandrake, Debian, ecc.Sono simili ma diverse, la scelta è

soggettiva e in base alle esigenzeSi ottengono scaricandole, allegate a

riviste o a pagamento (perchè pagare ciò che è gratis!?)

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Modi di Installazione

CDFloppyRete

Generalmente da CD (più comodo)

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Boot da CDConfigurare il BIOS in modo che la

macchina faccia il boot da CD