Corso di Architettura dei Sistemi Informatici

Modulo 1: l'Architettura dei Sistemi Informatici Definizione di Architettura dei Sistemi Informatici. Storia e evoluzione dei sistemi informatici. Panoramica dei principali componenti hardware e software di un sistema informatico. Relazione tra architettura hardware e software nei sistemi informatici. Modulo 2: Componenti Fondamentali di un Sistema Informatico Unità centrale di elaborazione (CPU): Funzioni e struttura. Memoria: RAM, cache, e memoria secondaria. Dispositivi di input/output (I/O). Bus di sistema e comunicazione tra i componenti. Modulo 3: Architettura della CPU Struttura interna della CPU: ALU, CU, registri, cache. Ciclo di esecuzione delle istruzioni (fetch-decode-execute). Tipi di processori (RISC vs CISC). Concetti di parallelismo e multi-core. Modulo 4: Memoria dei Sistemi Informatici Memoria principale (RAM) e memoria secondaria (HDD, SSD). Gerarchia della memoria (cache, memoria principale, memoria di massa). Tecniche di gestione della memoria (memoria virtuale, segmentazione, paging). Memoria condivisa e memoria distribuita. Modulo 5: Architettura delle Interfacce di I/O Tipologie di dispositivi di input/output. Interfacce di comunicazione tra la CPU e i dispositivi di I/O (bus, porte, DMA). Tecniche di gestione dell'I/O (interrupt, polling). Architettura e funzionamento delle periferiche di storage (dischi rigidi, SSD). Modulo 6: Architettura delle Reti di Calcolatori Modelli di rete: Client-Server, Peer-to-Peer. Protocolli di comunicazione e il modello OSI. Componenti hardware delle reti (router, switch, hub, firewall). Topologie di rete (star, bus, ring). Modulo 7: Architettura dei Sistemi Operativi Funzioni principali del sistema operativo. Gestione dei processi e della concorrenza. Gestione della memoria e dei dispositivi di I/O. File system e gestione dei file. Modulo 8: Sistemi Multiprocessore e Multicore Architettura dei sistemi multiprocessore (shared memory vs distributed memory). Concetti di parallelismo e computazione parallela. Modelli di programmazione parallela. Gestione della sincronizzazione e della comunicazione tra processi. Modulo 9: Sistemi Distribuiti Definizione e caratteristiche dei sistemi distribuiti. Architetture client-server e peer-to-peer. Comunicazione tra nodi e coordinamento. Affidabilità e tolleranza ai guasti nei sistemi distribuiti. Modulo 10: Virtualizzazione e Contenitori Concetti di virtualizzazione (virtualizzazione hardware, hypervisor, VM). Virtualizzazione delle risorse (memoria, CPU, storage). Differenze tra virtualizzazione e containerizzazione (Docker, Kubernetes). Gestione delle risorse in ambienti virtualizzati. Modulo 11: Architettura dei Sistemi di Elaborazione Massiva (Big Data) Architettura dei sistemi Big Data. Componenti principali (Hadoop, Spark, MapReduce). Sistemi di archiviazione distribuita (HDFS, Amazon S3). Gestione di grandi volumi di dati in tempo reale. Modulo 12: Sicurezza dei Sistemi Informatici Principi fondamentali della sicurezza informatica. Autenticazione, autorizzazione e criptografia. Protezione delle comunicazioni e dei dati sensibili. Attacchi informatici comuni e contromisure. Modulo 13: Architettura dei Sistemi di Comunicazione Architetture di comunicazione tra sistemi (message-passing, remote procedure call). Protocolli di rete (TCP/IP, HTTP, WebSockets). Sistemi di comunicazione e middleware (MQ, RabbitMQ, Kafka). QoS (Quality of Service) e gestione delle prestazioni. Modulo 14: Progettazione e Ottimizzazione delle Architetture dei Sistemi Principi di progettazione di un’architettura di sistema. Scalabilità e bilanciamento del carico. Ottimizzazione delle prestazioni (CPU, I/O, memoria). Monitoraggio e analisi delle prestazioni dei sistemi informatici. Modulo 15: Tendenze Future nell'Architettura dei Sistemi Informatici Architettura dei sistemi nel contesto dell'intelligenza artificiale e machine learning. L'evoluzione della computazione quantistica. Edge computing e Internet of Things (IoT). Tecnologie emergenti e il futuro dei sistemi informatici.