Nozioni di base sui computer - Guida rapida

Essendo un bambino moderno, devi aver usato, visto o letto di computer. Questo perché sono parte integrante della nostra esistenza quotidiana. Che si tratti di scuola, banche, negozi, stazioni ferroviarie, ospedale o casa tua, i computer sono presenti ovunque, rendendo il nostro lavoro più facile e veloce per noi. Poiché sono parte integrante della nostra vita, dobbiamo sapere cosa sono e come funzionano. Cominciamo con la definizione formale del termine computer.

Il significato letterale di computer è un dispositivo che può calcolare. Tuttavia, i computer moderni possono fare molto di più che calcolare.Computer è un dispositivo elettronico che riceve l'input, memorizza o elabora l'input secondo le istruzioni dell'utente e fornisce l'output nel formato desiderato.

Modello input-processo-output

Viene chiamato l'input del computer data e viene chiamato l'output ottenuto dopo averlo elaborato, in base alle istruzioni dell'utente information. Vengono chiamati fatti e cifre grezzi che possono essere elaborati utilizzando operazioni aritmetiche e logiche per ottenere informazionidata.

I processi che possono essere applicati ai dati sono di due tipi:

• Arithmetic operations - Gli esempi includono calcoli come addizione, sottrazione, differenziali, radice quadrata, ecc.

• Logical operations - Gli esempi includono operazioni di confronto come maggiore di, minore di, uguale a, opposto, ecc.

La cifra corrispondente per un computer reale è simile a questa:

Le parti di base di un computer sono le seguenti:

• Input Unit - I dispositivi come la tastiera e il mouse utilizzati per inserire dati e istruzioni nel computer sono chiamati unità di input.

• Output Unit - I dispositivi come la stampante e l'unità di visualizzazione visiva che vengono utilizzati per fornire informazioni all'utente nel formato desiderato sono chiamati unità di output.

• Control Unit- Come suggerisce il nome, questa unità controlla tutte le funzioni del computer. Tutti i dispositivi o parti del computer interagiscono attraverso l'unità di controllo.

• Arithmetic Logic Unit - Questo è il cervello del computer in cui si svolgono tutte le operazioni aritmetiche e logiche.

• Memory- Tutti i dati di input, le istruzioni e i dati intermedi per i processi vengono memorizzati nella memoria. La memoria è di due tipi:primary memory e secondary memory. La memoria primaria risiede all'interno della CPU mentre la memoria secondaria è esterna ad essa.

L'unità di controllo, l'unità logica aritmetica e la memoria sono chiamate insieme central processing unit o CPU. I dispositivi informatici come tastiera, mouse, stampante, ecc. Che possiamo vedere e toccare sono i filehardwarecomponenti di un computer. Viene chiamato l'insieme di istruzioni o programmi che fanno funzionare il computer utilizzando queste parti hardwaresoftware. Non possiamo vedere o toccare il software. Sia l'hardware che il software sono necessari per il funzionamento di un computer.

Caratteristiche del computer

Per capire perché i computer sono una parte così importante della nostra vita, esaminiamo alcune delle sue caratteristiche:

• Speed - In genere, un computer può eseguire 3-4 milioni di istruzioni al secondo.

• Accuracy- I computer mostrano un grado di precisione molto elevato. Gli errori che possono verificarsi sono generalmente dovuti a dati imprecisi, istruzioni errate o bug nei chip: tutti errori umani.

• Reliability - I computer possono svolgere ripetutamente lo stesso tipo di lavoro senza generare errori dovuti alla stanchezza o alla noia, molto comuni tra gli esseri umani.

• Versatility- I computer possono svolgere un'ampia gamma di lavori, dall'immissione dei dati e la prenotazione dei biglietti a complessi calcoli matematici e osservazioni astronomiche continue. Se puoi inserire i dati necessari con le istruzioni corrette, il computer farà l'elaborazione.

• Storage Capacity- I computer possono archiviare una grande quantità di dati a una frazione del costo dell'archiviazione tradizionale dei file. Inoltre, i dati sono al sicuro dalla normale usura associata alla carta.

Vantaggi dell'utilizzo del computer

Ora che conosciamo le caratteristiche dei computer, possiamo vedere i vantaggi che offrono i computer

• I computer possono eseguire ripetutamente la stessa attività con la stessa precisione.

• I computer non si stancano né si annoiano.

• I computer possono svolgere attività di routine mentre liberano risorse umane per funzioni più intelligenti.

Svantaggi dell'utilizzo del computer

Nonostante i tanti vantaggi, i computer presentano alcuni svantaggi:

• I computer non hanno intelligenza; seguono le istruzioni alla cieca senza considerare il risultato.

• È necessaria una fornitura elettrica regolare per far funzionare i computer, il che potrebbe rivelarsi difficile ovunque, specialmente nei paesi in via di sviluppo.

Avvio

Viene chiamato l'avvio di un computer o di un dispositivo incorporato nel computer booting. L'avvio avviene in due fasi:

• Accensione dell'alimentazione
• Caricamento del sistema operativo nella memoria principale del computer
• Mantenere tutte le applicazioni in uno stato di prontezza in caso di necessità dell'utente

Viene chiamato il primo programma o insieme di istruzioni che vengono eseguiti all'accensione del computer BIOS o Basic Input Output System. Il BIOS è un filefirmware, cioè un pezzo di software programmato permanentemente nell'hardware.

Se un sistema è già in esecuzione ma deve essere riavviato, viene chiamato rebooting. Potrebbe essere necessario riavviare se è stato installato un software o hardware o se il sistema è insolitamente lento.

Esistono due tipi di avvio:

• Cold Booting- Quando il sistema viene avviato accendendo l'alimentazione si chiama avvio a freddo. Il passaggio successivo nell'avvio a freddo è il caricamento del BIOS.

• Warm Booting- Quando il sistema è già in esecuzione e deve essere riavviato o riavviato, si parla di avvio a caldo. L'avvio a caldo è più veloce dell'avvio a freddo perché il BIOS non viene ricaricato.

Storicamente i computer sono stati classificati in base ai tipi di processore perché lo sviluppo del processore e le velocità di elaborazione erano i parametri di riferimento dello sviluppo. I primi computer utilizzavano tubi a vuoto per l'elaborazione, erano enormi e si rompevano frequentemente. Tuttavia, poiché i tubi a vuoto sono stati sostituiti da transistor e quindi chip, le loro dimensioni sono diminuite e le velocità di elaborazione sono aumentate.

Tutti i computer e i dispositivi informatici moderni utilizzano microprocessori le cui velocità e capacità di archiviazione aumentano di giorno in giorno. Il punto di riferimento dello sviluppo per i computer è ora la loro dimensione. I computer sono ora classificati in base al loro utilizzo o alle dimensioni -

• Desktop
• Laptop
• Tablet
• Server
• Mainframe
• Supercomputer

Esaminiamo in dettaglio tutti questi tipi di computer.

Desktop

Desktop i computer lo sono personal computers (PCs)progettato per essere utilizzato da una persona in una posizione fissa. IBM è stato il primo computer a introdurre e diffondere l'uso dei desktop. Un'unità desktop ha tipicamente una CPU (Central Processing Unit), monitor, tastiera e mouse. L'introduzione dei desktop rese popolare l'uso dei computer tra la gente comune in quanto era compatto e conveniente.

Sulla scia della popolarità del desktop, molti dispositivi software e hardware sono stati sviluppati appositamente per gli utenti domestici o d'ufficio. La considerazione principale del design qui era la facilità d'uso.

Il computer portatile

Nonostante la sua enorme popolarità, i desktop hanno lasciato il posto a un personal computer più compatto e portatile chiamato laptop negli anni 2000. Vengono anche chiamati i laptopnotebook computers o semplicemente notebooks. I laptop funzionano utilizzando batterie e si connettono alle reti utilizzando chip Wi-Fi (Wireless Fidelity). Hanno anche chip per l'efficienza energetica in modo che possano risparmiare energia quando possibile e avere una vita più lunga.

I laptop moderni hanno potenza di elaborazione e capacità di archiviazione sufficienti per essere utilizzati per tutto il lavoro d'ufficio, la progettazione di siti Web, lo sviluppo di software e persino l'editing audio / video.

Tavoletta

Dopo i laptop, i computer sono stati ulteriormente miniaturizzati per sviluppare macchine che hanno la potenza di elaborazione di un desktop ma sono abbastanza piccole da essere tenute nel palmo della mano. I tablet hanno uno schermo sensibile al tocco di solito da 5 a 10 pollici in cui un dito viene utilizzato per toccare le icone e richiamare le applicazioni.

La tastiera viene anche visualizzata virtualmente quando richiesto e utilizzata con i colpi di tocco. Vengono chiamate le applicazioni che vengono eseguite su tabletapps. Utilizzano sistemi operativi di Microsoft (Windows 8 e versioni successive) o Google (Android). I computer Apple hanno sviluppato il proprio tablet chiamatoiPad che utilizza un sistema operativo proprietario chiamato iOS.

server

I server sono computer con velocità di elaborazione elevate che forniscono uno o più servizi ad altri sistemi su network. Possono o non possono avere schermi allegati. Un gruppo di computer o dispositivi digitali collegati insieme per condividere risorse è chiamato anetwork.

I server hanno elevate capacità di elaborazione e possono gestire più richieste contemporaneamente. I server più comunemente trovati sulle reti includono:

• File o server di archiviazione
• Server di gioco
• Server delle applicazioni
• Server di database
• Server email
• Server di stampa

Mainframe

Mainframessono computer utilizzati da organizzazioni come banche, compagnie aeree e ferrovie per gestire milioni e trilioni di transazioni online al secondo. Le caratteristiche importanti dei mainframe sono:

• Di grandi dimensioni
• Centinaia di volte più veloce dei server, in genere centinaia di megabyte al secondo
• Molto costoso
• Utilizzare un sistema operativo proprietario fornito dai produttori
• Funzionalità di protezione hardware, software e firmware integrate

Supercomputer

Supercomputerssono i computer più veloci della Terra. Sono utilizzati per eseguire calcoli complessi, veloci e dispendiosi in termini di tempo per applicazioni scientifiche e ingegneristiche. La velocità o le prestazioni del supercomputer sono misurate in teraflop, ovvero 1012 operazioni in virgola mobile al secondo.

Supercomputer cinese Sunway TaihuLight è il supercomputer più veloce del mondo con una valutazione di 93 petaflop al secondo, ovvero 93 quadrilioni di operazioni in virgola mobile al secondo.

Gli usi più comuni dei supercomputer includono:

• Mappatura e ricerca molecolare
• Previsioni del tempo
• Ricerca ambientale
• Esplorazione di petrolio e gas

Come sapete, i dispositivi hardware necessitano di istruzioni per l'utente per funzionare. Un insieme di istruzioni che ottengono un singolo risultato sono chiamate programma o procedura. Molti programmi che funzionano insieme per svolgere un'attività creano un filesoftware.

Ad esempio, un software di elaborazione testi consente all'utente di creare, modificare e salvare documenti. Un browser web consente all'utente di visualizzare e condividere pagine web e file multimediali. Esistono due categorie di software:

• Software di sistema
• Software applicativo
• Software di utilità

Cerchiamo di discuterli in dettaglio.

Software di sistema

Vengono chiamati il ​​software necessario per eseguire le parti hardware del computer e altri software applicativi system software. Il software di sistema funge dainterfacetra hardware e applicazioni utente. È necessaria un'interfaccia perché i dispositivi hardware o le macchine e gli esseri umani parlano in lingue diverse.

Le macchine capiscono solo il linguaggio binario cioè 0 (assenza di segnale elettrico) e 1 (presenza di segnale elettrico) mentre gli esseri umani parlano in inglese, francese, tedesco, tamil, hindi e molte altre lingue. L'inglese è la lingua predominante per l'interazione con i computer. Il software è necessario per convertire tutte le istruzioni umane in istruzioni comprensibili dalla macchina. E questo è esattamente ciò che fa il software di sistema.

In base alla sua funzione, il software di sistema è di quattro tipi:

• Sistema operativo
• Processore di linguaggio
• I driver di periferica

Sistema operativo

Viene chiamato il software di sistema responsabile del funzionamento di tutte le parti hardware e della loro interoperabilità per eseguire correttamente le attività operating system (OS). OS è il primo software che viene caricato nella memoria del computer quando il computer viene acceso e questo viene chiamatobooting. Il sistema operativo gestisce le funzioni di base di un computer come l'archiviazione dei dati in memoria, il recupero di file dai dispositivi di archiviazione, la pianificazione delle attività in base alla priorità, ecc.

Processore di linguaggio

Come discusso in precedenza, un'importante funzione del software di sistema è convertire tutte le istruzioni per l'utente in un linguaggio comprensibile dalla macchina. Quando parliamo di interazioni uomo macchina, le lingue sono di tre tipi:

• Machine-level language- Questa lingua non è altro che una stringa di 0 e 1 che le macchine possono capire. È completamente dipendente dalla macchina.

• Assembly-level language - Questa lingua introduce uno strato di astrazione definendo mnemonics. Mnemonicssono parole inglesi o simboli usati per denotare una lunga stringa di 0 e 1. Ad esempio, la parola "READ" può essere definita per indicare che il computer deve recuperare i dati dalla memoria. Il completoinstructiondirà anche l'indirizzo della memoria. La lingua a livello di assembly èmachine dependent.

• High level language- Questa lingua utilizza dichiarazioni simili all'inglese ed è completamente indipendente dalle macchine. I programmi scritti utilizzando linguaggi di alto livello sono facili da creare, leggere e comprendere.

Viene chiamato un programma scritto in linguaggi di programmazione di alto livello come Java, C ++, ecc source code. Viene chiamato un insieme di istruzioni in formato leggibile dalla macchinaobject code o machine code. System software che converte il codice sorgente in codice oggetto viene chiamato language processor. Esistono tre tipi di interpreti linguistici:

• Assembler - Converte un programma a livello di assieme in un programma a livello di macchina.

• Interpreter - Converte i programmi di alto livello in programmi a livello di macchina riga per riga.

• Compiler - Converte i programmi di alto livello in programmi a livello di macchina in una volta sola piuttosto che riga per riga.

I driver di periferica

Viene chiamato il software di sistema che controlla e monitora il funzionamento di un dispositivo specifico sul computer device driver. Ogni dispositivo come stampante, scanner, microfono, altoparlante, ecc. Che deve essere collegato esternamente al sistema ha un driver specifico associato ad esso. Quando si collega un nuovo dispositivo, è necessario installarne il driver in modo che il sistema operativo sappia come deve essere gestito.

Software applicativo

Un software che esegue una singola operazione e nient'altro viene chiamato application software. I software applicativi sono molto specializzati nella loro funzione e approccio alla risoluzione di un problema. Quindi un software per fogli di calcolo può eseguire solo operazioni con numeri e nient'altro. Un software di gestione ospedaliera gestirà le attività ospedaliere e nient'altro. Ecco alcuni software applicativi di uso comune:

• Elaborazione di testi
• Spreadsheet
• Presentation
• Gestione del database
• Strumenti multimediali

Software di utilità

Viene chiamato il software applicativo che assiste il software di sistema nello svolgimento del proprio lavoro utility software. Pertanto, il software di utilità è in realtà un incrocio tra software di sistema e software applicativo. Esempi di software di utilità includono:

• Programma antivirus
• Strumenti di gestione del disco
• Strumenti di gestione dei file
• Strumenti di compressione
• Strumenti di backup

Come sapete, il software di sistema funge da interfaccia per il sistema hardware sottostante. Qui discuteremo in dettaglio alcuni importanti software di sistema.

Sistema operativo

Operating system (OS)è l'ancora di salvezza del computer. Colleghi tutti i dispositivi di base come CPU, monitor, tastiera e mouse; collegare l'alimentatore e accenderlo pensando di avere tutto a posto. Ma il computer non si avvia o prende vita a meno che non abbia un sistema operativo installato perché OS -

• Mantiene tutte le parti hardware pronte a seguire le istruzioni dell'utente
• Coordinate tra diversi dispositivi
• Pianifica più attività in base alla priorità
• Assegna risorse a ciascuna attività
• Consente al computer di accedere alla rete
• Consente agli utenti di accedere e utilizzare il software applicativo

Oltre all'avvio iniziale, queste sono alcune delle funzioni di un sistema operativo:

• Gestire le risorse del computer come hardware, software, risorse condivise, ecc.
• Allocazione delle risorse
• Prevenire errori durante l'utilizzo del software
• Controllare l'uso improprio del computer

Uno dei primi sistemi operativi era MS-DOS,sviluppato da Microsoft per IBM PC. Era unCommand Line Interface (CLI)OS che ha rivoluzionato il mercato dei PC. DOS era difficile da usare a causa della sua interfaccia. Gli utenti dovevano ricordare le istruzioni per svolgere i loro compiti. Per rendere i computer più accessibili e facili da usare, Microsoft ha sviluppatoGraphical User Interface (GUI) OS basato chiamato Windows, che ha trasformato il modo in cui le persone utilizzavano i computer.

Assemblatore

Assembler è un software di sistema che converte i programmi a livello di assembly in codice a livello di macchina.

Questi sono i vantaggi forniti dalla programmazione a livello di assembly:

• Aumenta l'efficienza del programmatore poiché è più facile ricordare i mnemonici
• La produttività aumenta al diminuire del numero di errori e quindi il tempo di debug
• Il programmatore ha accesso alle risorse hardware e quindi ha flessibilità nella scrittura di programmi personalizzati per il computer specifico

Interprete

Il vantaggio principale del linguaggio a livello di assembly era la sua capacità di ottimizzare l'utilizzo della memoria e l'utilizzo dell'hardware. Tuttavia, con i progressi tecnologici, i computer avevano più memoria e componenti hardware migliori. Quindi la facilità di scrittura dei programmi è diventata più importante dell'ottimizzazione della memoria e di altre risorse hardware.

Inoltre, si è sentita la necessità di eliminare la programmazione da una manciata di scienziati e programmatori di computer qualificati, in modo che i computer potessero essere utilizzati in più aree. Ciò ha portato allo sviluppo di linguaggi di alto livello che erano facili da capire a causa della somiglianza dei comandi con la lingua inglese.

Il software di sistema utilizzato per tradurre il codice sorgente del linguaggio di alto livello in codice oggetto del linguaggio a livello macchina riga per riga è chiamato un file interpreter. Un interprete prende ogni riga di codice e la converte in codice macchina e la memorizza nel file oggetto.

Il advantagedi usare un interprete è che sono molto facili da scrivere e non richiedono un grande spazio di memoria. Tuttavia, vi è un grosso svantaggio nell'utilizzo di interpreti, ovvero, l'esecuzione dei programmi interpretati richiede molto tempo. Per superare questodisadvantage, soprattutto per programmi di grandi dimensioni, compilers erano sviluppati.

Compilatore

Il software di sistema che memorizza il programma completo, lo scansiona, traduce il programma completo in codice oggetto e quindi crea un codice eseguibile è chiamato compilatore. A prima vista i compilatori si confrontano sfavorevolmente con gli interpreti perché:

• sono più complessi degli interpreti
• necessita di più spazio di memoria
• impiegare più tempo nella compilazione del codice sorgente

Tuttavia, i programmi compilati vengono eseguiti molto velocemente sui computer. L'immagine seguente mostra il processo dettagliato di come un codice sorgente viene trasformato in un codice eseguibile:

Questi sono i passaggi per la compilazione del codice sorgente in codice eseguibile:

• Pre-processing - In questa fase le istruzioni del pre-processore, tipicamente utilizzate da linguaggi come C e C ++, vengono interpretate, cioè convertite in linguaggio a livello di assembly.

• Lexical analysis - Qui tutte le istruzioni vengono convertite in lexical units come costanti, variabili, simboli aritmetici, ecc.

• Parsing - Qui vengono controllate tutte le istruzioni per vedere se sono conformi grammar rulesdella lingua. Se ci sono errori, il compilatore ti chiederà di correggerli prima di poter procedere.

• Compiling - In questa fase il codice sorgente viene convertito in object code.

• Linking- Se sono presenti collegamenti a file o librerie esterni, gli indirizzi del loro eseguibile verranno aggiunti al programma. Inoltre, se il codice deve essere riorganizzato per l'esecuzione effettiva, verranno riorganizzati. L'output finale è il fileexecutable code che è pronto per essere eseguito.

Come sapete, il sistema operativo è responsabile del funzionamento del sistema informatico. Per farlo svolge queste tre grandi categorie di attività:

• Essential functions - Garantisce un utilizzo ottimale ed efficace delle risorse

• Monitoring functions - Monitora e raccoglie le informazioni relative alle prestazioni del sistema

• Service functions - Fornisce servizi agli utenti

Esaminiamo alcune delle funzioni più importanti associate a queste attività.

Gestione del processore

Viene chiamata la gestione della CPU di un computer per garantire il suo utilizzo ottimale processor management. La gestione del processore implica fondamentalmente l'allocazione del tempo del processore alle attività che devono essere completate. Questo è chiamatojob scheduling. I lavori devono essere programmati in modo tale che:

• C'è il massimo utilizzo della CPU
• Il tempo di consegna, ovvero il tempo necessario per completare ogni lavoro, è minimo
• Il tempo di attesa è minimo
• Ogni lavoro ottiene il tempo di risposta più veloce possibile
• Si ottiene la velocità effettiva massima, dove la velocità effettiva è il tempo medio impiegato per completare ciascuna attività

Esistono due metodi di pianificazione del lavoro eseguiti dai sistemi operativi:

• Pianificazione preventiva
• Pianificazione non preventiva

Pianificazione preventiva

In questo tipo di pianificazione, il lavoro successivo che deve essere eseguito dal processore può essere pianificato prima del completamento del lavoro corrente. Se si presenta un lavoro con priorità più alta, il processore può essere costretto a rilasciare il lavoro corrente e riprendere il lavoro successivo. Esistono due tecniche di pianificazione che utilizzano la pianificazione preventiva:

• Round robin scheduling - Una piccola unità di tempo chiamata time sliceè definito e ogni programma riceve solo una porzione di tempo alla volta. Se non viene completato durante quel periodo, deve unirsi alla coda dei lavori alla fine e attendere che tutti i programmi abbiano una porzione di tempo. Il vantaggio qui è che tutti i programmi hanno pari opportunità. Lo svantaggio è che se un programma completa l'esecuzione prima che l'intervallo di tempo sia terminato, la CPU è inattiva per il resto della durata.

• Response ratio scheduling - Il rapporto di risposta è definito come

  $$\frac{Elapsed \: Time}{Execution \: time \: received}$$

  Un lavoro con tempi di risposta più brevi ottiene una priorità maggiore. Quindi un programma più grande potrebbe dover attendere anche se è stato richiesto prima del programma più breve. Ciò migliora il throughput della CPU.

Pianificazione non preventiva

In questo tipo di pianificazione, le decisioni sulla pianificazione del lavoro vengono prese solo dopo il completamento del lavoro corrente. Un lavoro non viene mai interrotto per dare la precedenza ai lavori con priorità più alta. Le tecniche di pianificazione che utilizzano la pianificazione non preventiva sono:

• First come first serve scheduling - Questa è la tecnica più semplice in cui il primo programma che lancia una richiesta viene completato per primo.

• Shortest job next scheduling - Qui viene programmato il lavoro che richiede meno tempo per l'esecuzione.

• Deadline scheduling - Il lavoro con la prima scadenza è programmato per l'esecuzione successiva.

Gestione della memoria

Viene chiamato processo di regolazione della memoria del computer e utilizzo di tecniche di ottimizzazione per migliorare le prestazioni complessive del sistema memory management. Lo spazio di memoria è molto importante nell'ambiente informatico moderno, quindi la gestione della memoria è un ruolo importante dei sistemi operativi.

Come sai, i computer hanno due tipi di memoria: primary e secondary. La memoria primaria èfast but expensive e la memoria secondaria lo è cheap but slower. Il sistema operativo deve trovare un equilibrio tra i due per garantire che le prestazioni del sistema non siano danneggiate a causa di una memoria primaria molto inferiore o che i costi di sistema non aumentino a causa della troppa memoria primaria.

I dati di input e output, le istruzioni per l'utente ei dati intermedi per l'esecuzione del programma devono essere archiviati, accessibili e recuperati in modo efficiente per ottenere prestazioni di sistema elevate. Una volta accettata una richiesta di programma, il sistema operativo le assegna le aree di archiviazione primaria e secondaria secondo i requisiti. Una volta completata l'esecuzione, lo spazio di memoria ad essa allocato viene liberato. Il sistema operativo utilizza molte tecniche di gestione dell'archiviazione per tenere traccia di tutti gli spazi di archiviazione allocati o liberi.

Allocazione di archiviazione contigua

Questa è la tecnica di allocazione dello spazio di archiviazione più semplice in cui vengono assegnate posizioni di memoria contigue a ciascun programma. Il sistema operativo deve stimare la quantità di memoria richiesta per il processo completo prima dell'allocazione.

Allocazione dello spazio di archiviazione non contiguo

Come suggerisce il nome, il programma ei dati associati non devono essere memorizzati in posizioni contigue. Il programma è suddiviso in componenti più piccoli e ogni componente è memorizzato in una posizione separata. Una tabella tiene traccia della posizione in cui è memorizzato ogni componente del programma. Quando il processore deve accedere a qualsiasi componente, il sistema operativo fornisce l'accesso utilizzando questa tabella di allocazione.

In uno scenario di vita reale, lo spazio di memoria principale potrebbe non essere sufficiente per memorizzare l'intero programma. In tal caso, il sistema operativo richiede l'aiuto diVirtual Storagetecnica, in cui il programma è fisicamente archiviato nella memoria secondaria ma sembra essere archiviato nella memoria primaria. Ciò introduce un minuscolo ritardo nell'accesso ai componenti del programma. Esistono due approcci agli archivi virtuali:

• Program paging - Un programma è suddiviso in dimensioni fisse pagee archiviati nella memoria secondaria. Le pagine sono datelogical address or virtual addressda 0 a n. UNpage table mappa gli indirizzi logici sugli indirizzi fisici, che viene utilizzato per recuperare le pagine quando richiesto.

• Program segmentation - Un programma è suddiviso in unità logiche chiamate segments, assegnato indirizzo logico da 0 an e archiviato nella memoria secondaria. UNsegment table viene utilizzato per caricare segmenti dalla memoria secondaria alla memoria primaria.

I sistemi operativi in ​​genere utilizzano una combinazione di segmentazione di pagine e programmi per ottimizzare l'utilizzo della memoria. Un segmento di programma di grandi dimensioni può essere suddiviso in pagine o più piccoli segmenti possono essere memorizzati come una singola pagina.

Gestione dei file

I dati e le informazioni vengono archiviati sui computer sotto forma di file. La gestione del file system per consentire agli utenti di conservare i propri dati in modo sicuro e corretto è una funzione importante dei sistemi operativi. Viene chiamata la gestione dei file system in base al sistema operativofile management. La gestione dei file è necessaria per fornire strumenti per queste attività relative ai file:

• Creazione di nuovi file per la memorizzazione dei dati
• Updating
• Sharing
• Protezione dei dati tramite password e crittografia
• Ripristino in caso di guasto del sistema

Gestione dei dispositivi

Viene chiamato il processo di implementazione, funzionamento e manutenzione di un dispositivo in base al sistema operativo device management. Il sistema operativo utilizza un software di utilità chiamatodevice driver come interfaccia al dispositivo.

Quando molti processi accedono ai dispositivi o richiedono l'accesso ai dispositivi, il sistema operativo gestisce i dispositivi in ​​modo da condividere in modo efficiente i dispositivi tra tutti i processi. Elabora i dispositivi di accesso tramitesystem call interface, un'interfaccia di programmazione fornita dal sistema operativo.

Poiché i computer e le tecnologie informatiche si sono evoluti nel corso degli anni, anche il loro utilizzo è stato sviluppato in molti campi. Per soddisfare le crescenti esigenze software sempre più personalizzati hanno invaso il mercato. Poiché ogni software necessita del sistema operativo per funzionare, anche i sistemi operativi si sono evoluti nel corso degli anni per soddisfare la crescente domanda di tecniche e capacità. Qui discutiamo alcuni tipi comuni di sistemi operativi basati sulle loro tecniche di lavoro e anche su alcuni sistemi operativi comunemente usati.

OS GUI

GUI è l'acronimo di Graphical User Interface. Un sistema operativo che presenta un'interfaccia che comprende grafici e icone è chiamato aGUI OS. Il sistema operativo GUI è molto facile da navigare e utilizzare poiché gli utenti non hanno bisogno di ricordare i comandi da dare per eseguire ogni attività. Esempi di OS GUI includono Windows, macOS, Ubuntu, ecc.

Sistema operativo per la condivisione del tempo

Vengono chiamati i sistemi operativi che programmano le attività per un uso efficiente del processore time sharing OS. Condivisione del tempo, omultitasking, viene utilizzato dai sistemi operativi quando più utenti situati su terminali diversi necessitano del tempo del processore per completare le loro attività. Molte tecniche di pianificazione come la pianificazione round robin e la pianificazione successiva del lavoro più breve vengono utilizzate dal sistema operativo di condivisione del tempo.

Sistema operativo in tempo reale

Un sistema operativo che garantisce di elaborare eventi o dati in tempo reale e fornire i risultati entro un periodo di tempo stabilito è chiamato a real time OS. Può essere single task o multitasking.

Sistema operativo distribuito

Viene chiamato un sistema operativo che gestisce molti computer ma presenta un'interfaccia di un solo computer all'utente distributed OS. Questo tipo di sistema operativo è richiesto quando i requisiti computazionali non possono essere soddisfatti da un singolo computer e devono essere utilizzati più sistemi. L'interazione dell'utente è limitata a un singolo sistema; è il sistema operativo che distribuisce il lavoro a più sistemi e quindi presenta l'output consolidato come se un computer avesse risolto il problema in questione.

Sistemi operativi popolari

Inizialmente i computer non avevano sistemi operativi. Ogni programma necessitava di specifiche hardware complete per funzionare correttamente poiché la gestione del processore, della memoria e del dispositivo doveva essere eseguita dai programmi stessi. Tuttavia, con lo sviluppo di hardware sofisticato e programmi applicativi più complessi, i sistemi operativi sono diventati essenziali. Man mano che i personal computer divennero popolari tra gli individui e le piccole imprese, la domanda di sistemi operativi standard crebbe. Diamo un'occhiata ad alcuni dei sistemi operativi attualmente popolari:

• Windows - Windows è un sistema operativo GUI sviluppato per la prima volta da Microsoft nel 1985. L'ultima versione di Windows è Windows 10. Windows è utilizzato da quasi l'88% dei PC e dei laptop a livello globale.

• Linux- Linux è un sistema operativo open source utilizzato principalmente da mainframe e supercomputer. Essere open source significa che il suo codice è disponibile gratuitamente e chiunque può sviluppare un nuovo sistema operativo basato su di esso.

• BOSS- Bharat Operating System Solutions è una distribuzione indiana di Linux basata su Debian, un sistema operativo. È localizzato per consentire l'uso delle lingue indiane locali. BOSS è composto da:

• Kernel Linux
• Suite di applicazioni per ufficio BharteeyaOO
• programma di navigazione in rete
• Servizio di posta elettronica Thunderbird
• Applicazione di chat Pidgim
• Applicazioni per la condivisione di file
• Applicazioni multimediali

Sistema operativo mobile

Viene chiamato un sistema operativo per smartphone, tablet e altri dispositivi mobili mobile OS. Alcuni dei più popolari sistemi operativi per dispositivi mobili includono:

• Android- Questo sistema operativo basato su Linux di Google è attualmente il sistema operativo mobile più popolare. Quasi l'85% dei dispositivi mobili lo utilizza.

• Windows Phone 7 - È l'ultimo sistema operativo mobile sviluppato da Microsoft.

• Apple iOS - Questo sistema operativo mobile è un sistema operativo sviluppato da Apple esclusivamente per i propri dispositivi mobili come iPhone, iPad, ecc.

• Blackberry OS - Questo è il sistema operativo utilizzato da tutti i dispositivi mobili blackberry come smartphone e playbook.

I software applicativi che assistono il sistema operativo nell'esecuzione di determinate attività specializzate sono chiamati software di utilità. Diamo un'occhiata ad alcuni dei software di utilità più popolari.

Antivirus

Un virus può essere definito come un programma dannoso che si attacca a un programma host e crea più copie di se stesso, rallentando, corrompendo o distruggendo il sistema. Viene chiamato un software che assiste il sistema operativo nel fornire un ambiente privo di virus agli utentiantivirus. Un antivirus esegue la scansione del sistema alla ricerca di virus e, se rilevato, lo elimina eliminandolo o isolandolo. Può rilevare molti tipi di virus comeboot virus, Trojan, worm, spyware, eccetera.

Quando un dispositivo di archiviazione esterno come un'unità USB è collegato al sistema, il software antivirus lo scansiona e fornisce un avviso se viene rilevato un virus. Puoi configurare il tuo sistema per scansioni periodiche o scansioni ogni volta che ne senti la necessità. Una combinazione di entrambe le tecniche è consigliabile per mantenere il tuo sistema privo di virus.

Strumenti di gestione dei file

Come sapete, la gestione dei file è una funzione importante dei sistemi operativi poiché tutti i dati e le istruzioni sono memorizzati nel computer sotto forma di file. I software di utilità che forniscono attività regolari di gestione dei file come sfogliare, cercare, aggiornare, visualizzare in anteprima, ecc. Sono chiamati strumenti di gestione dei file.Windows Explorer nel sistema operativo Windows, Google desktop, Directory Opus, Double Commander, ecc. sono esempi di tali strumenti.

Strumenti di compressione

Lo spazio di archiviazione è sempre prezioso nei sistemi informatici. Quindi i sistemi operativi sono sempre alla ricerca di modi per ridurre al minimo la quantità di spazio di archiviazione occupata dai file.Compression tools sono utilità che aiutano i sistemi operativi ad accorciare i file in modo che occupino meno spazio. Dopo la compressione, i file vengono memorizzati in un formato diverso e non possono essere letti o modificati direttamente. Deve essere decompresso prima di potervi accedere per un ulteriore utilizzo. Alcuni degli strumenti di compressione più diffusi sonoWinRAR, PeaZip, The Unarchiver, eccetera.

Pulizia disco

Gli strumenti di pulizia del disco aiutano gli utenti a liberare spazio su disco. Il software esegue la scansione dei dischi rigidi per trovare i file che non vengono più utilizzati e libera spazio eliminandoli.

Deframmentazione del disco

L'utilità di deframmentazione del disco è un file disk management utility che aumenta la velocità di accesso ai file riorganizzando fragmented files sopra contiguous locations. I file di grandi dimensioni vengono suddivisi in frammenti e possono essere archiviati innon-contiguousposizioni se quelle contigue non sono disponibili. Quando l'utente accede a tali file, la velocità di accesso è lenta a causa della frammentazione. L'utilità di deframmentazione del disco esegue la scansione del disco rigido e tenta di assemblare frammenti di file in modo che possano essere archiviati in posizioni contigue.

Backup

L'utilità di backup consente il backup di file, cartelle, database o dischi completi. I backup vengono eseguiti in modo che i dati possano essere ripristinati in caso di perdita di dati. Il backup è un servizio fornito da tutti i sistemi operativi. Nei sistemi autonomi il backup può essere eseguito nella stessa unità o in un'altra unità. In caso di sistemi in rete, il backup può essere eseguito sui server di backup.

Un software il cui source code è distribuito gratuitamente con licenza di studio, modifica e ulteriormente distribuito a chiunque per qualsiasi scopo sia chiamato open source software. Il software open source è generalmente un lavoro di squadra in cui programmatori dedicati migliorano il codice sorgente e condividono i cambiamenti all'interno della comunità. Il software open source offre questi vantaggi agli utenti grazie alle sue fiorenti comunità:

• Security
• Affordability
• Transparent
• Interoperabile su più piattaforme
• Flessibile grazie alle personalizzazioni
• La localizzazione è possibile

Gratuito

Viene chiamato un software disponibile gratuitamente per l'uso e la distribuzione ma che non può essere modificato poiché il suo codice sorgente non è disponibile freeware. Esempi di freeware sono Google Chrome, Adobe Acrobat PDF Reader, Skype, ecc.

Shareware

Un software che inizialmente è gratuito e può essere distribuito anche ad altri, ma deve essere pagato dopo un periodo di tempo stabilito shareware. Anche il suo codice sorgente non è disponibile e quindi non può essere modificato.

Software proprietario

Viene chiamato il software che può essere utilizzato solo ottenendo la licenza dal suo sviluppatore dopo averlo pagato proprietary software. Un individuo o un'azienda può possedere tale software proprietario. Il suo codice sorgente è spesso segreto gelosamente custodito e può avere restrizioni importanti come:

• Nessuna ulteriore distribuzione
• Numero di utenti che possono utilizzarlo
• Tipo di computer su cui può essere installato, esempio multitasking o singolo utente, ecc.

Per esempio, Microsoft Windows è un software operativo proprietario disponibile in molte edizioni per diversi tipi di client come singolo utente, multiutente, professionale, ecc.

I software applicativi che assistono gli utenti nei normali lavori d'ufficio come la creazione, l'aggiornamento e la manutenzione di documenti, la gestione di grandi quantità di dati, la creazione di presentazioni, la pianificazione, ecc. Sono chiamati strumenti per ufficio. L'utilizzo di strumenti per ufficio consente di risparmiare tempo e fatica e molte attività ripetitive possono essere eseguite facilmente. Alcuni dei software che fanno questo sono:

• Elaboratori di testi
• Spreadsheets
• Sistemi di database
• Software di presentazione
• Strumenti di posta elettronica

Vediamo alcuni di questi in dettaglio.

Elaboratore di testi

Un software per la creazione, l'archiviazione e la manipolazione di documenti di testo è chiamato word processor. Alcuni elaboratori di testi comuni sono MS-Word, WordPad, WordPerfect, Google docs, ecc.

Un word processor ti consente di:

• Crea, salva e modifica documenti
• Formatta le proprietà del testo come carattere, allineamento, colore del carattere, colore di sfondo, ecc.
• Controlla l'ortografia e la grammatica
• Aggiungi immagini
• Aggiungi intestazione e piè di pagina, imposta i margini della pagina e inserisci filigrane

Foglio di calcolo

Spreadsheet è un software che assiste gli utenti nell'elaborazione e nell'analisi dei dati tabulari. È uno strumento di contabilità computerizzato. I dati vengono sempre inseriti in un filecell (intersezione di a row e a column) e le formule e le funzioni per elaborare un gruppo di celle sono facilmente disponibili. Alcuni dei popolari software per fogli di calcolo includono MS-Excel, Gnumeric, Fogli Google, ecc. Di seguito è riportato un elenco di attività che possono essere eseguite all'interno di un software per fogli di calcolo:

• Calcoli semplici come addizione, media, conteggio, ecc.
• Preparazione di tabelle e grafici su un gruppo di dati correlati
• Inserimento dati
• Formattazione dei dati
• Formattazione delle celle
• Calcoli basati su confronti logici

Strumento di presentazione

Presentation tool consente all'utente di dimostrare le informazioni suddivise in piccoli blocchi e disposte su pagine chiamate slides. Una serie di diapositive che presentano un'idea coerente a un pubblico è chiamata apresentation. Le diapositive possono contenere testo, immagini, tabelle, audio, video o altre informazioni multimediali disposte su di esse. MS-PowerPoint, OpenOffice Impress, Lotus Freelance, ecc. Sono alcuni strumenti di presentazione popolari.

Sistema di gestione del database

Software che gestisce storage, updating e retrieval di dati creando database viene chiamato database management system. Alcuni popolari strumenti di gestione del database sono MS-Access, MySQL, Oracle, FoxPro, ecc.

A seconda del suo utilizzo, il software potrebbe essere generic o specific. Generic softwareè un software che può eseguire più attività in diversi scenari senza essere modificato. Ad esempio, un software di elaborazione testi può essere utilizzato da chiunque per creare diversi tipi di documenti come report, white paper, materiale di formazione, ecc.Specific il software è un software per una particolare applicazione, come il sistema di prenotazione ferroviaria, le previsioni del tempo, ecc. Vediamo alcuni esempi di strumenti specifici del dominio.

Sistema di gestione scolastica

Il sistema di gestione scolastica gestisce le diverse attività di una scuola come esami, frequenza, ammissione, tasse degli studenti, orari, formazione degli insegnanti, ecc.

Gestione delle scorte

La gestione di più attività come acquisto, vendita, ordine, consegna, manutenzione delle scorte, ecc. Associate a merci grezze o lavorate in qualsiasi azienda è chiamata gestione dell'inventario. Il software di gestione dell'inventario garantisce che le scorte non siano mai al di sotto dei limiti specificati e che gli acquisti / le consegne vengano effettuati in tempo.

Software per salari

Il software per il libro paga gestisce i calcoli salariali completi dei dipendenti, prendendosi cura di ferie, bonus, prestiti, ecc. Il software per il libro paga è di solito un componente del software di gestione delle risorse umane (risorse umane) nelle organizzazioni di medie e grandi dimensioni.

Contabilità finanziaria

Il software di gestione finanziaria conserva una registrazione elettronica di tutte le transazioni finanziarie dell'organizzazione. Ha molte teste funzionali come crediti verso clienti, conti fornitori, prestiti, buste paga, ecc.

Gestione del ristorante

Il software di gestione del ristorante aiuta i gestori del ristorante a tenere traccia dei livelli di inventario, ordini giornalieri, gestione dei clienti, pianificazione dei dipendenti, prenotazioni dei tavoli, ecc.

Sistema di prenotazione ferroviaria

Il sistema di prenotazione ferroviaria è un software che gestisce più moduli come percorsi dei treni, gestione dei treni, prenotazione dei posti, prenotazione di cibo, manutenzione dei treni, stato dei treni, pacchetti di viaggio, ecc.

Sistema di previsioni del tempo

Il sistema di previsione meteorologica è un software in tempo reale che predice il tempo di un luogo raccogliendo una grande quantità di dati in tempo reale su temperatura atmosferica, umidità, livello del vento, ecc. Viene utilizzato per prevedere gravi disastri come terremoti, uragani, tsunami, ecc.

Viene chiamata la tecnica per rappresentare e lavorare con i numeri number system. Decimal number systemè il sistema numerico più comune. Altri sistemi numerici popolari includono binary number system, octal number system, hexadecimal number system, eccetera.

Sistema numerico decimale

Il sistema di numeri decimali è un base 10sistema numerico con 10 cifre da 0 a 9. Ciò significa che qualsiasi quantità numerica può essere rappresentata utilizzando queste 10 cifre. Anche il sistema di numeri decimali è unpositional value system. Ciò significa che il valore delle cifre dipenderà dalla sua posizione. Facciamo un esempio per capirlo.

Supponiamo di avere tre numeri: 734, 971 e 207. Il valore di 7 in tutti e tre i numeri è diverso

• In 734, il valore di 7 è 7 centinaia o 700 o 7 × 100 o 7 × 10 ²
• In 971, il valore di 7 è 7 decine o 70 o 7 × 10 o 7 × 10 ¹
• In 207, il valore 0f 7 è 7 unità o 7 o 7 × 1 o 7 × 10 ⁰

Il peso di ciascuna posizione può essere rappresentato come segue:

Nei sistemi digitali le istruzioni vengono impartite tramite segnali elettrici; la variazione avviene variando la tensione del segnale. Avere 10 tensioni diverse per implementare il sistema di numeri decimali nelle apparecchiature digitali è difficile. Pertanto, sono stati sviluppati molti sistemi numerici più facili da implementare digitalmente. Vediamoli in dettaglio.

Sistema di numeri binari

Il modo più semplice per variare le istruzioni tramite segnali elettrici è il sistema a due stati: acceso e spento. On è rappresentato come 1 e off come 0, sebbene 0 non sia effettivamente un segnale ma un segnale a una tensione inferiore. Viene chiamato il sistema numerico che ha solo queste due cifre - 0 e 1binary number system.

Ogni cifra binaria è anche chiamata a bit. Il sistema di numeri binari è anche un sistema di valori posizionali, in cui ogni cifra ha un valore espresso in potenze di 2, come mostrato qui.

In qualsiasi numero binario, viene chiamata la cifra più a destra least significant bit (LSB) e viene chiamata la cifra più a sinistra most significant bit (MSB).

E l'equivalente decimale di questo numero è la somma del prodotto di ciascuna cifra con il suo valore posizionale.

11010 ₂ = 1 × 2 ⁴ + 1 × 2 ³ + 0 × 2 ² + 1 × 2 ¹ + 0 × 2 ⁰

= 16 + 8 + 0 + 2 + 0

= 26 ₁₀

La memoria del computer viene misurata in termini di quanti bit può memorizzare. Ecco un grafico per la conversione della capacità di memoria.

• 1 byte (B) = 8 bit
• 1 Kilobyte (KB) = 1024 byte
• 1 Megabyte (MB) = 1024 KB
• 1 Gigabyte (GB) = 1024 MB
• 1 Terabyte (TB) = 1024 GB
• 1 Exabyte (EB) = 1024 PB
• 1 Zettabyte = 1024 EB
• 1 Yottabyte (YB) = 1024 ZB

Sistema numerico ottale

Octal number system ha otto cifre: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. Il sistema di numeri ottali è anche un sistema di valori posizionali in cui ogni cifra ha il suo valore espresso in potenze di 8, come mostrato qui -

L'equivalente decimale di qualsiasi numero ottale è la somma del prodotto di ciascuna cifra con il suo valore posizionale.

726 ₈ = 7 × 8 ² + 2 × 8 ¹ + 6 × 8 ⁰

= 448 + 16 + 6

= 470 ₁₀

Sistema numerico esadecimale

Octal number system ha 16 simboli - da 0 a 9 e da A a F dove A è uguale a 10, B è uguale a 11 e così via fino a F.Il sistema numerico esadecimale è anche un sistema di valori posizionali in cui ogni cifra ha il suo valore espresso in potenze di 16 , come mostrato qui -

L'equivalente decimale di qualsiasi numero esadecimale è la somma del prodotto di ciascuna cifra con il suo valore di posizione.

27FB ₁₆ = 2 × 16 ³ + 7 × 16 ² + 15 × 16 ¹ + 10 × 16 ⁰

= 8192 + 1792 + 240 +10

= 10234 ₁₀

Rapporto sistema numerico

La tabella seguente illustra la relazione tra sistemi numerici decimali, binari, ottali ed esadecimali.

ESADECIMALE	DECIMALE	OTTALE	BINARIO
0	0	0	0000
1	1	1	0001
2	2	2	0010
3	3	3	0011
4	4	4	0100
5	5	5	0101
6	6	6	0110
7	7	7	0111
8	8	10	1000
9	9	11	1001
UN	10	12	1010
B	11	13	1011
C	12	14	1100
D	13	15	1101
E	14	16	1110
F	15	17	1111

ASCII

Oltre ai dati numerici, il computer deve essere in grado di gestire alfabeti, segni di punteggiatura, operatori matematici, simboli speciali, ecc. Che formano il set completo di caratteri della lingua inglese. Il set completo di caratteri o simboli è chiamato codici alfanumerici. Il codice alfanumerico completo in genere include:

• 26 lettere maiuscole
• 26 lettere minuscole
• 10 cifre
• 7 segni di punteggiatura
• Da 20 a 40 caratteri speciali

Ora un computer comprende solo valori numerici, qualunque sia il sistema numerico utilizzato. Quindi tutti i caratteri devono avere un equivalente numerico chiamato codice alfanumerico. Il codice alfanumerico più utilizzato è l'American Standard Code for Information Interchange (ASCII). ASCII è un codice a 7 bit con 128 (27) possibili codici.

ISCII

ISCII sta per Indian Script Code for Information Interchange. IISCII è stato sviluppato per supportare le lingue indiane su computer. Le lingue supportate da IISCI includono Devanagari, Tamil, Bangla, Gujarati, Gurmukhi, Tamil, Telugu, ecc. L'IISCI è utilizzato principalmente dai dipartimenti governativi e prima che potesse prendere piede, un nuovo standard di codifica universale chiamatoUnicode è stato presentato.

Unicode

Unicode è un sistema di codifica internazionale progettato per essere utilizzato con diversi script di lingua. A ogni carattere o simbolo viene assegnato un valore numerico univoco, in gran parte nell'ambito di ASCII. In precedenza, ogni script aveva il proprio sistema di codifica, che poteva entrare in conflitto tra loro.

Al contrario, questo è ciò che Unicode mira ufficialmente a fare: Unicode fornisce un numero univoco per ogni carattere, indipendentemente dalla piattaforma, dal programma, dalla lingua .

Come sapete, i sistemi numerici decimali, binari, ottali ed esadecimali sono sistemi numerici di valori posizionali. Per convertire un numero binario, ottale ed esadecimale in numero decimale, è sufficiente aggiungere il prodotto di ciascuna cifra con il suo valore di posizione. Qui impareremo altre conversioni tra questi sistemi numerici.

Da decimale a binario

I numeri decimali possono essere convertiti in binari dividendo ripetutamente il numero per 2 mentre si registra il resto. Facciamo un esempio per vedere come questo accade.

I resti devono essere letti dal basso verso l'alto per ottenere l'equivalente binario.

43 ₁₀ = 101011 ₂

Da decimale a ottale

I numeri decimali possono essere convertiti in ottale mediante la divisione ripetuta del numero per 8 mentre si registra il resto. Facciamo un esempio per vedere come questo accade.

Leggendo i resti dal basso verso l'alto,

473 ₁₀ = 731 ₈

Da decimale a esadecimale

I numeri decimali possono essere convertiti in ottale mediante divisione ripetuta del numero per 16 mentre si registra il resto. Facciamo un esempio per vedere come questo accade.

Leggendo i resti dal basso verso l'alto otteniamo,

423 ₁₀ = 1A7 ₁₆

Da binario a ottale e viceversa

Per convertire un numero binario in un numero ottale, seguire questi passaggi:

• Partendo dal bit meno significativo, crea gruppi di tre bit.

• Se ci sono uno o due bit in meno nella creazione dei gruppi, è possibile aggiungere degli 0 dopo il bit più significativo

• Converti ogni gruppo nel suo numero ottale equivalente

Facciamo un esempio per capirlo.

1011001010 ₁₂ = 2625 ₈

Per convertire un numero ottale in binario, ogni cifra ottale viene convertita nel suo equivalente binario a 3 bit secondo questa tabella.

Cifra ottale	0	1	2	3	4	5	6	7
Equivalente binario	000	001	010	011	100	101	110	111

54673 ₈ = 101100110111011 ₂

Da binario a esadecimale

Per convertire un numero binario in un numero esadecimale, seguire questi passaggi:

• Partendo dal bit meno significativo, crea gruppi di quattro bit.

• Se ci sono uno o due bit in meno nella creazione dei gruppi, è possibile aggiungere degli 0 dopo il bit più significativo.

• Converti ogni gruppo nel suo numero ottale equivalente.

Facciamo un esempio per capirlo.

10110110101 ₂ = DB5 ₁₆

Per convertire un numero ottale in binario, ogni cifra ottale viene convertita nel suo equivalente binario a 3 bit.

Microprocessorè il cervello del computer, che fa tutto il lavoro. Si tratta di un processore per computer che incorpora tutte le funzioni della CPU (Central Processing Unit) su un unico IC (Integrated Circuit) o ​​al massimo su pochi IC. I microprocessori furono introdotti per la prima volta all'inizio degli anni '70. 4004 è stato il primo microprocessore generico utilizzato da Intel nella costruzione di personal computer. L'arrivo di microprocessori generici a basso costo è stato determinante nello sviluppo della società moderna così come è stato.

Studieremo in dettaglio le caratteristiche e i componenti di un microprocessore.

Caratteristiche dei microprocessori

I microprocessori sono dispositivi multiuso che possono essere progettati per funzioni generiche o specializzate. I microprocessori di laptop e smartphone sono generici mentre quelli progettati per l'elaborazione grafica o la visione artificiale sono quelli specializzati. Ci sono alcune caratteristiche comuni a tutti i microprocessori.

Queste sono le caratteristiche di definizione più importanti di un microprocessore:

• Velocità dell'orologio
• Set di istruzioni
• Dimensione della parola

Velocità di clock

Ogni microprocessore ha un file internal clockche regola la velocità con cui esegue le istruzioni e le sincronizza anche con altri componenti. Viene chiamata la velocità alla quale il microprocessore esegue le istruzioniclock speed. Le velocità di clock sono misurate in MHz o GHz dove 1 MHz significa 1 milione di cicli al secondo mentre 1 GHz equivale a 1 miliardo di cicli al secondo. Qui il ciclo si riferisce al singolo ciclo del segnale elettrico.

Attualmente i microprocessori hanno una velocità di clock nella gamma di 3 GHz, che è il massimo che la tecnologia attuale può raggiungere. Velocità superiori a questa generano calore sufficiente per danneggiare il chip stesso. Per ovviare a questo problema, i produttori utilizzano più processori che lavorano in parallelo su un chip.

Dimensione parola

Il numero di bit che possono essere elaborati da un processore in una singola istruzione è chiamato proprio word size. La dimensione della parola determina la quantità di RAM a cui è possibile accedere in una volta sola e il numero totale di pin sul microprocessore. Il numero totale di pin di input e output determina a sua volta l'architettura del microprocessore.

Il primo microprocessore commerciale Intel 4004 era un processore a 4 bit. Aveva 4 pin di ingresso e 4 pin di uscita. Il numero di pin di uscita è sempre uguale al numero di pin di ingresso. Attualmente la maggior parte dei microprocessori utilizza un'architettura a 32 o 64 bit.

Set di istruzioni

Un comando dato a una macchina digitale per eseguire un'operazione su un dato è chiamato un file instruction. Il set di base di istruzioni a livello di macchina che un microprocessore è progettato per eseguire è chiamato proprioinstruction set. Queste istruzioni eseguono questi tipi di operazioni:

• Trasferimento dati
• Operazioni aritmetiche
• Operazioni logiche
• Flusso di controllo
• Input / output e controllo macchina

Componenti del microprocessore

Rispetto ai primi microprocessori, i processori odierni sono molto piccoli ma hanno ancora queste parti di base fin dal primo modello:

• CPU
• Bus
• Memory

processore

La CPU è fabbricata come un circuito integrato su larga scala (VLSI) e ha queste parti:

• Instruction register - Contiene l'istruzione da eseguire.

• Decoder - Decodifica (converte in linguaggio a livello macchina) l'istruzione e la invia all'ALU (Arithmetic Logic Unit).

• ALU - Dispone di circuiti necessari per eseguire operazioni aritmetiche, logiche, di memoria, di registro e di programmazione.

• Register- Contiene i risultati intermedi ottenuti durante l'elaborazione del programma. I registri vengono utilizzati per contenere tali risultati piuttosto che la RAM perché l'accesso ai registri è quasi 10 volte più veloce dell'accesso alla RAM.

Autobus

Le linee di collegamento utilizzate per collegare le parti interne del chip del microprocessore sono chiamate bus. Esistono tre tipi di bus in un microprocessore:

• Data Bus- Le linee che trasportano dati da e verso la memoria sono chiamate bus dati. È un bus bidirezionale con larghezza pari alla lunghezza della parola del microprocessore.

• Address Bus - È unidirezionale responsabile del trasporto dell'indirizzo di una posizione di memoria o di una porta I / O dalla CPU alla memoria o alla porta I / O.

• Control Bus - Linee che trasportano segnali di controllo come clock signals, interrupt signal o ready signalsono chiamati bus di controllo. Sono bidirezionali. Viene chiamato il segnale che indica che un dispositivo è pronto per l'elaborazioneready signal. Il segnale che indica a un dispositivo di interrompere il suo processo è chiamato uninterrupt signal.

Memoria

Il microprocessore ha due tipi di memoria

• RAM- La memoria ad accesso casuale è una memoria volatile che viene cancellata allo spegnimento. Tutti i dati e le istruzioni vengono memorizzati nella RAM.

• ROM- La memoria di sola lettura è una memoria non volatile i cui dati rimangono intatti anche dopo lo spegnimento. Il microprocessore può leggere da esso ogni volta che vuole ma non può scrivere su di esso. È preprogrammato con i dati più essenziali come la sequenza di avvio dal produttore.

Il primo microprocessore introdotto nel 1971 era un microprocessore a 4 bit con 4m5KB di memoria e aveva un set di 45 istruzioni. Negli ultimi 5 decenni la velocità del microprocessore è raddoppiata ogni due anni, come previsto da Gordon Moore, co-fondatore di Intel. Gli attuali microprocessori possono accedere a 64 GB di memoria. A seconda dell'ampiezza dei dati che i microprocessori possono elaborare, appartengono a queste categorie

• 8-bit
• 16-bit
• 32-bit
• 64-bit

La dimensione del set di istruzioni è un'altra considerazione importante durante la categorizzazione dei microprocessori. Inizialmente, i microprocessori avevano set di istruzioni molto piccoli perché l'hardware complesso era costoso e difficile da costruire.

Con lo sviluppo della tecnologia per superare questi problemi, sono state aggiunte istruzioni sempre più complesse per aumentare la funzionalità del microprocessore. Tuttavia, presto ci si rese conto che disporre di set di istruzioni di grandi dimensioni era controproducente poiché molte istruzioni che venivano utilizzate raramente rimanevano inattive su uno spazio di memoria prezioso. Così la vecchia scuola di pensiero che supportava set di istruzioni più piccoli ha guadagnato popolarità.

Impariamo di più sui due tipi di microprocessori in base al loro set di istruzioni.

RISC

RISC sta per Reduced Instruction Set Computers. Ha una piccola serie di istruzioni altamente ottimizzate. Anche le istruzioni complesse vengono implementate utilizzando istruzioni più semplici, riducendo le dimensioni del set di istruzioni. La filosofia di progettazione per RISC incorpora questi punti salienti:

• Il numero di istruzioni dovrebbe essere minimo.
• Le istruzioni dovrebbero essere della stessa lunghezza.
• Dovrebbero essere utilizzate modalità di indirizzamento semplici
• Riduci i riferimenti alla memoria per recuperare gli operandi aggiungendo registri

Alcune delle tecniche utilizzate dall'architettura RISC includono:

• Pipelining- Una sequenza di istruzioni viene recuperata anche se significa la sovrapposizione di istruzioni durante il recupero e l'esecuzione.

• Single cycle execution - La maggior parte delle istruzioni RISC richiede un ciclo della CPU per essere eseguita.

Esempi di processori RISC sono Intel P6, Pentium4, AMD K6 e K7, ecc.

CISC

CISC sta per Complex Instruction Set Computers. Supporta centinaia di istruzioni. I computer che supportano CISC possono svolgere un'ampia varietà di attività, rendendoli ideali per i personal computer. Queste sono alcune caratteristiche dell'architettura CISC:

• Set di istruzioni più ampio
• Le istruzioni sono di lunghezza variabile
• Modalità di indirizzamento complesse
• Le istruzioni richiedono più di un ciclo di clock
• Funziona bene con compilatori più semplici

Esempi di processori CISC sono Intel 386 e 486, Pentium, Pentium II e III, Motorola 68000, ecc.

EPICO

EPIC sta per Explicitly Parallel Instruction Computing. È un'architettura di computer che è un incrocio tra RISC e CISC, cercando di fornire il meglio di entrambi. Le sue caratteristiche importanti includono:

• Istruzioni parallele anziché larghezza fissa
• Meccanismo per comunicare il piano di esecuzione del compilatore all'hardware
• I programmi devono avere una semantica sequenziale

Alcuni processori EPIC sono Intel IA-64, Itanium, ecc.

La memoria è necessaria nei computer per memorizzare dati e istruzioni. La memoria è organizzata fisicamente come un gran numero di celle che sono in grado di memorizzare un bit ciascuna. Logicamente sono organizzati come gruppi di bit chiamatiwordsa cui viene assegnato un indirizzo. I dati e le istruzioni sono accessibili tramite questimemory address. La velocità con cui è possibile accedere a questi indirizzi di memoria determina il costo della memoria. Più veloce è la velocità della memoria, più alto è il prezzo.

Si può dire che la memoria del computer sia organizzata in modo gerarchico in cui la memoria con le velocità di accesso più elevate e i costi più elevati si trova in cima mentre quella con le velocità più basse e quindi i costi più bassi si trova in fondo. In base a questo criterio la memoria è di due tipi:primary e secondary. Qui esamineremo in dettaglio la memoria primaria.

Le caratteristiche principali della memoria primaria, che la distinguono dalla memoria secondaria sono:

• Vi si accede direttamente dal processore
• È la memoria più veloce disponibile
• Ogni parola viene memorizzata così come
• È volatile, cioè il suo contenuto viene perso una volta che l'alimentazione viene spenta

Poiché la memoria primaria è costosa, vengono sviluppate tecnologie per ottimizzarne l'utilizzo. Questi sono ampi tipi di memoria primaria disponibili.

RAM

RAM sta per Random Access Memory. Il processore accede direttamente a tutti gli indirizzi di memoria, indipendentemente dalla lunghezza della parola, velocizzando la memorizzazione e il recupero. La RAM è la memoria più veloce disponibile e quindi la più costosa. Questi due fattori implicano che la RAM sia disponibile in quantità molto piccole fino a 1 GB. La RAM è volatile ma la mia è di uno di questi due tipi

DRAM (RAM dinamica)

Ogni cella di memoria in una DRAM è composta da un transistor e un condensatore, che memorizzano un bit di dati. Tuttavia, questa cella inizia a perdere la sua carica e quindi i dati vengono memorizzati in meno di millesimo di secondo. Quindi deve essere aggiornato migliaia di volte al secondo, il che richiede tempo al processore. Tuttavia, a causa delle dimensioni ridotte di ciascuna cella, una DRAM può avere un numero elevato di celle. La memoria primaria della maggior parte dei personal computer è costituita da DRAM.

SRAM (SRAM)

Ogni cella in SRAM è composta da un flip flop che memorizza un bit. Mantiene la sua parte fino a quando l'alimentazione è accesa e non ha bisogno di essere aggiornata come la DRAM. Ha anche cicli di lettura / scrittura più brevi rispetto alla DRAM. SRAM è utilizzato in applicazioni specializzate.

rom

ROM sta per Read Only Memory. Come suggerisce il nome, la ROM può essere letta solo dal processore. Non è possibile scrivere nuovi dati nella ROM. I dati da memorizzare nella ROM vengono scritti durante la fase di produzione stessa. Contengono dati che non devono essere modificati, come la sequenza di avvio di un computer o tabelle algoritmiche per applicazioni matematiche. La ROM è più lenta e quindi più economica della RAM. Conserva i suoi dati anche quando l'alimentazione è spenta, cioè non è volatile. La ROM non può essere modificata come può essere la RAM, ma sono disponibili tecnologie per programmare questi tipi di ROM -

PROM (ROM programmabile)

La PROM può essere programmata utilizzando uno speciale dispositivo hardware chiamato programmatore PROM o masterizzatore PROM.

EPROM (ROM programmabile cancellabile)

La EPROM può essere cancellata e quindi programmata utilizzando speciali segnali elettrici o raggi UV. Le EPROM che possono essere cancellate usando i raggi UV sono chiamate UVEPROM e quelle che possono essere cancellate usando segnali elettrici sono chiamate EEPROM. Tuttavia, la gestione dei segnali elettrici è più facile e sicura dei raggi UV.

Memoria cache

Viene chiamato un piccolo pezzo di memoria volatile ad alta velocità disponibile per il processore per l'elaborazione veloce cache memory. La cache può essere una porzione riservata della memoria principale, un altro chip sulla CPU o un dispositivo di archiviazione indipendente ad alta velocità. La memoria cache è costituita da SRAM ad alta velocità. Viene chiamato il processo di conservazione di alcuni dati e istruzioni nella memoria cache per un accesso più rapidocaching. La memorizzazione nella cache viene eseguita quando si accede ripetutamente a un insieme di dati o istruzioni.

Ogni volta che il processore necessita di dati o istruzioni, controlla prima la cache. Se non è disponibile lì, si accede alla memoria principale e infine alla memoria secondaria. Poiché la cache ha una velocità molto elevata, il tempo impiegato per accedervi ogni volta è trascurabile rispetto al tempo risparmiato se i dati sono effettivamente nella cache. Viene chiamata la ricerca di dati o istruzioni nella cachecache hit.

Sai che la memoria del processore, nota anche come memoria primaria, è costosa oltre che limitata. Le memorie primarie più veloci sono anche volatili. Se abbiamo bisogno di memorizzare una grande quantità di dati o programmi in modo permanente, abbiamo bisogno di una memoria più economica e permanente. Tale memoria è chiamatasecondary memory. Qui discuteremo i dispositivi di memoria secondaria che possono essere utilizzati per memorizzare grandi quantità di dati, file audio, video e multimediali.

Caratteristiche della memoria secondaria

Queste sono alcune caratteristiche della memoria secondaria, che la distinguono dalla memoria primaria:

• Non è volatile, cioè conserva i dati quando l'alimentazione è spenta
• È grande capacità per la sintonia di terabyte
• È più economico rispetto alla memoria primaria

A seconda che il dispositivo di memoria secondaria faccia parte o meno della CPU, esistono due tipi di memoria secondaria: fissa e rimovibile.

Diamo un'occhiata ad alcuni dei dispositivi di memoria secondaria disponibili.

Disco rigido

Il disco rigido è costituito da una serie di dischi circolari denominati platters disposti uno sull'altro a quasi ½ pollici di distanza intorno a spindle. I dischi sono realizzati in materiale non magnetico come la lega di alluminio e rivestiti con 10-20 nm di materiale magnetico.

Il diametro standard di questi dischi è di 14 pollici e ruotano con velocità che variano da 4200 rpm (rotazioni al minuto) per i personal computer a 15000 rpm per i server. I dati vengono memorizzati magnetizzando o smagnetizzando il rivestimento magnetico. Un braccio lettore magnetico viene utilizzato per leggere e scrivere dati sui dischi. Un tipico HDD moderno ha una capacità in terabyte (TB).

Unità CD

CD sta per Compact Disk. I CD sono dischi circolari che utilizzano raggi ottici, solitamente laser, per leggere e scrivere dati. Sono molto economici in quanto puoi ottenere 700 MB di spazio di archiviazione per meno di un dollaro. I CD vengono inseriti nelle unità CD integrate nel cabinet della CPU. Sono portatili in quanto puoi espellere l'unità, rimuovere il CD e portarlo con te. Esistono tre tipi di CD:

• CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory)- I dati su questi CD sono registrati dal produttore. Software proprietario, audio o video vengono rilasciati su CD-ROM.

• CD-R (Compact Disk – Recordable)- I dati possono essere scritti dall'utente una volta sul CD-R. Non può essere cancellato o modificato in seguito.

• CD-RW (Compact Disk – Rewritable) - I dati possono essere scritti e cancellati ripetutamente su questi dischi ottici.

Unità DVD

DVD sta per Digital Video Display. I DVD sono dispositivi ottici in grado di memorizzare 15 volte i dati contenuti nei CD. Di solito vengono utilizzati per archiviare file multimediali ricchi che richiedono un'elevata capacità di archiviazione. I DVD sono inoltre disponibili in tre varietà: di sola lettura, registrabili e riscrivibili.

Chiavetta USB

La pen drive è un dispositivo di memoria portatile che utilizza una memoria a stato solido invece di campi magnetici o laser per registrare i dati. Utilizza una tecnologia simile alla RAM, tranne per il fatto che non è volatile. È anche chiamato unità USB, unità chiave o memoria flash.

Disco Blu Ray

Blu Ray Disk (BD) è un supporto di memorizzazione ottico utilizzato per memorizzare video ad alta definizione (HD) e altri archivi multimediali. BD utilizza laser a lunghezza d'onda inferiore rispetto a CD / DVD. Ciò consente al braccio di scrittura di concentrarsi più strettamente sul disco e quindi di impacchettare più dati. I BD possono memorizzare fino a 128 GB di dati.

Viene chiamato un punto di connessione che funge da interfaccia tra il computer e dispositivi esterni come mouse, stampante, modem, ecc port. Le porte sono di due tipi:

• Internal port - Collega la scheda madre a dispositivi interni come unità disco rigido, unità CD, modem interno, ecc.

• External port - Collega la scheda madre a dispositivi esterni come modem, mouse, stampante, unità flash, ecc.

Diamo un'occhiata ad alcune delle porte più comunemente utilizzate.

Porta seriale

Le porte seriali trasmettono i dati in sequenza un bit alla volta. Quindi hanno bisogno di un solo filo per trasmettere 8 bit. Tuttavia li rende anche più lenti. Le porte seriali sono generalmente connettori maschi a 9 o 25 pin. Sono anche conosciute come porte COM (comunicazione) o porte RS323C.

Porta parallela

Le porte parallele possono inviare o ricevere 8 bit o 1 byte alla volta. Le porte parallele sono disponibili sotto forma di pin femmina a 25 pin e vengono utilizzate per collegare stampante, scanner, unità disco rigido esterna, ecc.

Porta USB

USB sta per Universal Serial Bus. È lo standard industriale per la connessione dati digitale a breve distanza. La porta USB è una porta standardizzata per collegare una varietà di dispositivi come stampante, fotocamera, tastiera, altoparlante, ecc.

Porta PS-2

PS / 2 sta per Personal System/2. Si tratta di una porta standard femmina a 6 pin che si collega al cavo mini-DIN maschio. PS / 2 è stato introdotto da IBM per collegare mouse e tastiera ai personal computer. Questa porta è ora per lo più obsoleta, sebbene alcuni sistemi compatibili con IBM possano avere questa porta.

Porta a infrarossi

Infrared portè una porta che consente lo scambio wireless di dati entro un raggio di 10 m. Due dispositivi dotati di porte a infrarossi sono posti uno di fronte all'altro in modo che i raggi di luci a infrarossi possano essere utilizzati per condividere i dati.

Porta Bluetooth

Bluetoothè una specifica di telecomunicazione che facilita la connessione wireless tra telefoni, computer e altri dispositivi digitali su una connessione wireless a corto raggio. La porta Bluetooth consente la sincronizzazione tra dispositivi abilitati Bluetooth. Esistono due tipi di porte Bluetooth:

• Incoming - Viene utilizzato per ricevere la connessione da dispositivi Bluetooth.

• Outgoing - Viene utilizzato per richiedere la connessione ad altri dispositivi Bluetooth.

Porta FireWire

FireWire è lo standard di interfaccia di Apple Computer per abilitare la comunicazione ad alta velocità utilizzando il bus seriale. È anche chiamato IEEE 1394 e utilizzato principalmente per dispositivi audio e video come videocamere digitali.