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Informatica
informàtica s. f. [dal fr. informatique, comp. di informat(ion) e (automat)ique «informazione automatica», termine coniato da Ph. Dreyfus (1962)]. L’insieme dei vari aspetti scientifici e tecnici che sono specificamente applicati alla raccolta e al trattamento dell’informazione e in particolare all’elaborazione automatica dei dati, come sussidio e supporto alla documentazione, alla ricerca e allo studio nei vari settori della scienza, della tecnica, delle attività economiche, sociali, e anche pratiche: l’i. applicata alle scienze, al diritto (e alla documentazione giuridica), alla medicina, alla linguistica, alla gestione aziendale, ecc. Informatica : Infor(mation) (auto)matique elaborazione automatica dell'informazione Computer Science scienza degli elaboratori
Strumenti per l'informazione : per trattare l'informazione, crearla, conservarla,
modificarla, comunicarla.
Studio degli algoritmi che descrivono e trasformano l’informazione: un
computer, in italiano elaboratore o calcolatore, è una macchina automatizzata programmabile in grado di eseguire sia complessi calcoli matematici (calcolatore) sia altri tipi di elaborazioni dati (elaboratore). Input Elaboratore Output
L'Informatica NON è riducibile al calcolatore
Perché non dipende dalla tecnologia impiegata nella costruzione del calcolatore e nemmeno DALL'ESISTENZA di un effettivo calcolatore. SOGNO MILLENARIO DI UNA MACCHINA PER FARE I CALCOLI IN MODO AUTOMATICO
PROGETTO HILBERTIANO DI MECCANIZZAZIONE DELLA MATEMATICA CHE CONSENTISSE DI OTTENERE TUTTI I TEOREMI A PARTIRE DAGLI ASSIOMI E DALLE REGOLE DI INFERENZA = 1936 Anno di costruzione del primo calcolatore (Zuse) Anno di pubblicazione del primo modello di computazione (Turing)
Algoritmo
Sequenza di passi per risolvere un determinato problema; Calcolatore = Esecutore di algoritmi; Gli algoritmi sono descritti tramite programmi scritti in linguaggi ad alto livello e poi tradotti in linguaggio macchina
Utilizzo di un calcolatore
Può essere come utente : usando software applicativo esistente per creare documenti e interfacce grafiche, effettuare calcoli, navigare in rete Può essere come sviluppatore : creando nuovi programmi sullo strato del software esistente, nuovi programmi applicativi, nuovi programmi di sistema (cioè che fanno funzionare il calcolatore).
Cos’è un Dato?
Un dato è qualcosa di percepibile dai sensi ma che non ha alcun valore intrinseco fino a quando non viene posto in un contesto di riferimento.
Cos’è un’Informazione?
Un'informazione è la scelta di un individuo di porre alcuni dati in un contesto di riferimento, assurgendoli al ruolo di "premesse", e di effettuare su di essi una serie di inferenze, traendone delle "conclusioni". Tali conclusioni si chiamano "informazioni" ma non acquisiscono il valore di "conoscenza" fino a quando non vengono correlate alle conoscenze ed esperienze di un soggetto specifico.
Cos'è una Conoscenza?
Una conoscenza è l'impiego, da parte di uno specifico individuo, di un certo numero di informazioni per attuare certe "azioni" e vivere delle esperienze nel suo ambiente. L'esperienza fatta si trasformerà in conoscenza, sia che essa confermi le informazioni in suo possesso sia che le neghi. La conoscenza è sempre individuale e non si può trasmettere perchè è generata dalle precedenti esperienze e conoscenze dell'individuo; quel che si può trasmettere è solo il racconto della propria esperienza. Conoscere : prendere possesso intellettualmente o psicologicamente, specialmente con un’attività sistematica, di un qualunque aspetto di quella che è considerata realtà.
Esistono fonti di informazione estremamente diverse, e il loro trattamento automatico richiede una uniformazione nella modalità con cui vengono rappresentate Tutta l’informazione gestita dal calcolatore viene mantenuta in forma numerica, con il più semplice sistema di numerazione possibile, quello binario (con due soli simboli). I dati vengono memorizzati tramite numeri interi finiti (possibilmente con un’unità frazionaria) Rappresentazione di dati Dal punto di vista della rappresentazione, un dato può essere di vari tipi: Categorico : rosso, verde, blu Ordinale: orrendo, brutto, bello, fantastico Numerale Discreto : 10, 159, - Numerale continuo : 1e-13, 2 Tutti questi tipi possono essere rappresentati o approssimati tramite numeri interi (possibilmente con un’unità frazionaria) Dati Categorici come interi Si usa il metodo del dizionario: ad ogni possibile valore viene associato un numero intero, con cui viene rappresentato Esempio: rosso -> 0 verde -> 1 blu -> 2 L’unica operazione definita su questo tipo di dati è l’uguaglianza, e la codifica preserva tale operazione (rosso=rosso -> 0=0) Dati Ordinali come interi Si usa il metodo dell’enumerazione: i valori sono ordinati, ed ad ognuno viene associato un numero intero crescente Esempi: orrendo -> 0brutto -> 1 bello -> 2 fantastico -> gennaio -> 0 febbraio -> 1 marzo -> 2 aprile -> La codifica rispetta la relazione di ordine (orrendo < bello -> 0 < 2) Codifica analogica contro codifica digitale Una codifica si dice analogica se mantiene un’analogia tra la struttura dell’entità di informazione e la struttura della configurazione (possiamo parlare di codifica continua); Una codifica si dice digitale se impone un numero di configurazioni distinte ammissibili e converte un’entità di informazione in una di queste configurazioni mediante una regola di codifica (possiamo parlare di codifica discreta).
Come è meglio codificare l’informazione per la sua elaborazione automatica mediante un calcolatore? Qualsiasi sistema fisico (incluso il calcolatore) è sottoposto all’influenza dell’ambiente circostante che ne perturba la configurazione introducendo rumore. E’ necessario rendere il sistema fisico che elabora l’informazione il più immune possibile al rumore La codifica analogica è fortemente sensibile al rumore, poiché tutte le configurazioni sono lecite e non si può distinguere la componente di informazione dal contributo dovuto al rumore. Minore è il numero di configurazioni possibili maggiore è la possibilità di isolare l’informazione dal rumore. E’ questa la ragione principale del successo della codifica binaria nei calcolatori elettronici (la più estrema codifica discreta: due soli valori per ogni simbolo). Campionamento Permette di approssimare in maniera arbitrariamente accurata informazione continua (analogica). Consiste nel: misurare il segnale ad intervalli regolari (di tempo se evolve nel tempo, come un suono; di spazio se immagine; entrambi se video); approssimare ogni misura continua con un valore discreto; Un qualsiasi colore è ottenibile dalla combinazione dei tre colori fondamentali: Rosso, Verde, Blu. Ad esempio: Il colore giallo oro, è una sfumatura di giallo ed è composto di 80.39% rosso, 64.31% verde e 20.39% blu.
Perché il sistema binario per gli elaboratori?
Oltre alla minore sensibilità al rumore, i calcolatori funzionano con l’energia elettrica. L’energia elettrica viene gestita da transistor (”interruttori”) che hanno due posizioni: acceso (1) e spento (0) Il termine informazione nel linguaggio comune è spesso usato come sinonimo di messaggio Def.: MESSAGGIO è una combinazione di simboli; Def.: INFORMAZIONE è la misura dell’ampiezza della classe dei messaggi alla quale appartiene un dato messaggio Prendiamo un messaggio XXXX dove X è uno dei simboli dell’alfabeto standard (A,B,...,J,K,...,Z) – composto da 26 simboli
- L’informazione è data dalla cardinalità dell’insieme di messaggi formati da 4 simboli X
- XXXX -> (26) L’informazione viene misurata in bit : il numero di bit di informazione di ogni messaggio è dato per convenzione dal log2 della numerosità della classe di messaggi disponibili.
cifre; regole da applicare per costruire i numeri; Esistono due categorie di sistemi di numerazione: addizionali e posizionali. Sistemi di Numerazione Addizionali In un sistema di numerazione addizionale ogni simbolo ha un valore fisso indipendente dalla posizione che occupa. Il sistema più semplice è quello in cui si usa come simbolo un’unica barretta (|) || = 2 ||||| = 5 Il sistema addizionale più conosciuto è quello romano Simboli: I=1, V=5, X=10, L=50, C=100, D=500, M= Regola: il valore di ciascun simbolo viene sommato se alla sua destra compare un simbolo di valore inferiore o uguale (o se è l’ultimo), altrimenti viene sottratto DCXXII -> 500+100+10+10+1+1= 622 5=V 4=IV CMV -> -100+1000+5= Sistemi di Numerazione Posizionali In un sistema di numerazione posizionale il valore di ogni cifra dipende dalla sua posizione all’interno del numero: ad ogni posizione è associato un peso pi le posizioni si contano da destra a sinistra a partire da 0 Il valore della cifra viene moltiplicato per la base (b) elevata alla posizione N = Cn-1 Cn-2........ C 1 C 0 5=510. = 51= b= V(N) = (cn-1* bn-1) + (cn-2 * bn-2) + .. + (c1* b1) + (c0 * b0) (notazione espansa) c rappresenta la cifra n rappresenta il numero di cifre della parte intera cn–1 è la cifra più significativa
Forma polinomiale
Possiamo definire la seguente relazione detta forma polinomiale Analogamente possiamo scrivere numeri frazionari : O numeri con parte intera e parte frazionaria : Nota: Il sistema di numerazione in base 10, o sistema decimale, è il sistema comunemente usato, ed i numeri in base 10 sono rappresentati di norma senza l’indicazione della base Sistema Binario (base 2) E’ il sistema di numerazione con la base più piccola possibile e, in questo caso, le cifre sono {0, 1}. Si parla di cifra binaria (binary digit o bit). Il bit è l’unità minima di informazione. Vantaggio : minor numero di simboli fondamentali (0,1) => facilità di stabilire una corrispondenza biunivoca con due possibili stati di funzionamento dei circuiti elettronici; Svantaggio : maggior numero di cifre necessarie per rappresentare un numero ( cifre decimali => 7 cifre binarie). Nel sistema di numerazione decimale vengono usate 10 cifre. All’interno di un calcolatore le cifre vengono memorizzate in un circuito elettronico che può assumere solo 2 stati: assenza o presenza di corrente, o in altre parole “0” e “1”. Questo sistema di rappresentazione è detto sistema binario, poiché si basa su due sole cifre.
Addizione binaria Viene eseguita allo stesso modo di quella decimale, la tabella per l’addizione di due cifre binarie è la seguente:
- 0 + 0 = 0
- 0 + 1 = 1
- 1 + 0 = 1
- 1 + 1 = 0 con riporto di 1 Esempio 1 1 1 1
1 1 1 0 1 Sottrazione binaria Operazione inversa dell’addizione. Può essere eseguita come per il sistema decimale, prendendo in prestito una cifra della colonna di ordine superiore tutte le volte che la differenza scende sotto lo 0. La tabella che soddisfa la sottrazione binaria tra due bit è la seguente:
- 0 – 0 = 0
- 1 – 0 = 1
- 1 – 1 = 0
- 0 – 1 = 1 con riporto negativo di 1 Esempio sottrazione di (0001101)2 e (1000110)2: 1P 1P 1P 1P 1 0 0 0 1 1 0
- 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1
Rappresentazione binaria dei caratteri Il computer per rappresentare i caratteri usa la codifica ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Questa codifica associa a ogni carattere un numero (da 0 a 255). Questo significa che il computer utilizza 8 bit (1 byte) per rappresentare ogni carattere. Nella codifica ASCII possiamo trovare simboli speciali, numeri, segni di punteggiatura, lettere accentate. Unicode è un altro sistema di codifica utilizzato per i caratteri e prevede una codifica fino a 21 bit Concretamente, questo repertorio di codici numerici è serializzato mediante diversi schemi di ricodifica, che consentono l'uso di codici più compatti per i caratteri usati più di frequente. È previsto l'uso di codifiche con unità da 8 bit (byte), 16 bit (word) e 32 bit (double word), descritte rispettivamente come UTF-8, UTF-16 e UTF- Il sistema di numerazione ottale (base 8) utilizza una notazione posizionale basata su 8 cifre (da 0 a 7) e sulle potenze di 8: Il numero 1001 può essere rappresentato esplicitamente come 10018 =1× +0×82 +0×81 +1× 80= Per evitare ambiguità si può esplicitamente indicare la base a cui si sta facendo riferimento: 10012 , 1001 8 Il sistema di numerazione esadecimale (base 16) utilizza una notazione posizionale basata su 16 cifre (da 0 a 9 poi A,B,C,D,E,F) e sulle potenze di 16: Il numero B7FC può essere rappresentato esplicitamente come: (11)×16 3 +7×16 2 +(15)×16 1 +(12)× 16 0 = 47100 Nelle pagine Web i colori vengono codificati utilizzando il sistema esadecimale. Per convertire un numero da una qualunque base alla base 10 è sufficiente rappresentarlo esplicitamente e fare i calcoli:
- 10018 =1×8 3 +0×8 2 +0×8 1 +1× 80 =513 10
- B7FC 16 =(11)×16 3 +7×16 2 +(15)×16 1 +(12) × 160 =47100 10 Per convertire un numero decimale a una base n qualsiasi, occorre trovare tutti i resti delle successive divisioni del numero per la base n. Leggendo la sequenza dei resti dal basso verso l’alto si ottiene la codifica binaria.
è preciso nell'esecuzione delle operazioni assegnategli; è versatile E' importante fin da ora distinguere le due componenti implementative che costituiscono ciò che noi oggi chiamiamo semplicemente “computer”: a. HARDWARE (HW): è la parte fisica di un personal computer, ovvero tutte quelle parti magnetiche, ottiche, meccaniche ed elettroniche che gli consentono di funzionare. Generalmente è anche riferito a qualsiasi componente fisico di una periferica o di una apparecchiatura elettronica; b. SOFTWARE (SW): indica un programma o un insieme di programmi in grado di funzionare su un elaboratore. Tanto per intendersi, il software “non si tocca con mano”, l'hardware sì! Esaminiamo adesso alcune delle caratteristiche principali dei calcolatori. Vantaggi: I. Rapidità; II. Precisione; III. capacità di eseguire numerose operazioni ripetitive; IV. capacità di riuscire a gestire grandi moli di dati; V. capacità di riuscire ad integrare e memorizzare grandi moli di dati Svantaggi: I. mancanza di intelligenza e di creatività; II. difficoltà in situazioni nuove non previste; III. possibilità di guasti (sia a componenti HW sia a componenti SW)* Vedi ad esempio il “Millennium Bug”: errore software dovuto al cambio del tipo di data in alcuni programmi (Problema Y2K). Problema di alcuni software ormai risolto. E' possibile suddividere l'insieme dei calcolatori in varie categorie:
- Mainframe
- Minicomputer
- Network Computer
- Personal Computer
- Laptop Computer (o Notebook o Computer Portatili)
- Smart Device (Tablet, SmartPhone)
- Personal Digital Assistant (Amazon Echo, Google Home, Microsoft Cortana) Personal Computer dovrebbe essere, nel significato originale del termine, un qualsiasi computer che sia stato progettato per l'uso da parte di una singola persona (in opposizione per esempio ai mainframe a cui interi gruppi di persone accedono attraverso terminali remoti). Al giorno d'oggi il termine personal computer è invalso ad indicare una specifica fascia del mercato
dell'informatica, quella del computer ad uso privato, o casalingo, per uffici, o per la piccola azienda. Caratteristiche principali: basse prestazioni, ma adatte all'uso domestico; basso costo; impiegato per l'utilizzo individuale. Il computer portatile , conosciuto anche con i nomi inglesi laptop e notebook , è un computer caratterizzato principalmente dalla riduzione del peso e delle dimensioni, per essere trasportato con facilità. Stanno rapidamente sostituendo i tradizionali PC desktop, offrendo a parità di prestazioni una maggiore comodità. Caratteristiche principali: basse prestazioni, ma adatte all'uso domestico; basso costo (leggermente superiore a quello di un PC Desktop); impiegato come sistema di elaborazione portatile individuale; possiede una alimentazione autonoma a batteria.
Il Sistema Operativo è un software indispensabile su ogni calcolatore. Il S.O. gestisce le componenti hardware che sono presenti nel computer e permette il funzionamento del software applicativo. Riportiamo un elenco dei S.O. più famosi: MS-DOS (Microsoft); Windows (Microsoft); Unix; GNU/Linux; Mac OSX (Apple); Solaris (Sun); Android Cos'è il Sistema Operativo? Il S.O. è un insieme di processi che consentono all’utente di utilizzare le risorse del computer ed eseguire programmi. Un S.O. funziona da intermediario fra l'utente e l'hardware, con lo scopo di fornire un ambiente nel quale l'utente possa eseguire i programmi in maniera conveniente ed efficiente Cosa si intende con il termine “ processo ”? Per processo si intende un’istanza di un programma in esecuzione in modo sequenziale. Più precisamente è una attività controllata da un programma che si svolge su un processore. Elenchiamo di seguito le principali funzioni svolte dal S.O.: gestione dell'unità centrale di elaborazione (CPU); gestione della memoria centrale in uso dai vari programmi in esecuzione; gestione delle periferiche di I/O (input/output); gestione delle operazioni lettura/scrittura sulle memorie di massa (cioè lettura/scrittura dei file); gestione degli utenti; gestione delle comunicazioni con (eventuali) altri calcolatori presenti Gli insiemi di dati (o informazioni) memorizzati nelle memorie di massa di un elaboratore prendono il nome di file (o archivi). Con il termine “File System”, invece, si identifica l'architettura e le funzionalità messe a disposizione dal sistema operativo per poter gestire l'archiviazione dei dati sui dispositivi di memorizza secondaria (Hard Disk, CD/DVD, ecc.). Ogni sistema operativo ha un proprio File System, ma è comune a quasi tutti i File System l'architettura detta “a albero”. Ciascun file è identificato da un nome e da una estensione. Esempio : Il-mio-file.doc I file possono essere: file di sistema: sono quei file che costituiscono il sistema operativo o le applicazioni installate; file utente: sono i file prodotti dall'utente che utilizza il computer; I meccanismi messi a disposizione dal sistema operativo consentono di assegnare ogni tipo di file ad una applicazione; elencare i file presenti in una qualsiasi memoria secondaria del PC;
creare, spostare, modificare, copiare e cancellare file; applicare meccanismi di protezione ai file per proteggerli da scritture o modifiche indesiderate; creare copie di sicurezza (backup) compressi dei dati presenti estensione nome. Il software applicativo è costituito da quell'insieme di programmi che vengono direttamente utilizzati dall'utente che accede al computer. Il software applicativo può essere suddiviso a sua volta in 2 categorie: o software specifico , composto da programmi specializzati a risolvere determinati problemi o destinati a scopi ben determinati. Fanno parte di questa categoria ad esempio programmi di contabilità, programmi di gestione (gestione personale, gestione magazzino...), programmi per la fatturazione; o software general purpose , composto da programmi che possono essere utilizzati per varie mansioni e che possono essere adattati per essere utilizzati in diversi settori. Fanno parte di questa categoria di programmi gli elaboratori di testi (come Word), i fogli elettronici (come Excel e Lotus123), i database (come Access e FileMaker), i desktop publishing (come PowerPoint e QuarkXpress), i browser (come Internet Explorer), i mail manager (come Outlook e Eudora), i software di disegno tecnico (come AutoCAD).
Rete di Calcolatori
Una rete (Net in inglese) di calcolatori è un sistema che permette la condivisione di dati informativi e risorse (sia hardware sia software) tra diversi calcolatori. Due calcolatori per poter condividere informazioni o risorse hanno necessità di un avere un collegamento fisico. Questo può essere: o Wired, ovvero un cavo. o Wireless, ovvero attraverso “ onde radio ”. Il più noto e diffuso attualmente è il collegamento Ethernet, una famiglia di tecnologie standardizzate per reti locali, sviluppata a livello sperimentale da Robert Metcalfe e David Boggs (suo assistente) allo Xerox PARC. Il termine Wireless viene usato in informatica e telecomunicazioni per indicare una comunicazione tra dispositivi elettronici che non fa uso di cavi. Per estensione sono detti wireless i rispettivi sistemi o dispositivi di comunicazione che implementano tale modalità di comunicazione. LAN (Local Area Network): una local area network, in informatica e telecomunicazioni, indica una rete informatica di collegamento tra più computer, estendibile anche a dispositivi periferici condivisi, che copre un'area limitata, come un'abitazione, una scuola, un'azienda o un complesso di edifici adiacenti;
I. Il mezzo trasmissivo , ovvero la rete fisica che collega i computer. Si può affermare che il cavo rappresenti le "corde vocali" della comunicazione: rappresenta, infatti, la capacità fisica di scambiarsi le informazioni. Internet non specifica un particolare tipo di rete (può essere una LAN, una WAN, una connessione tramite modem,…); II. La " lingua ", ovvero una serie di regole da seguire. Provate infatti a far comunicare seriamente un Australiano (che non parla italiano) ed un Italiano (che non parla inglese), per vedere cosa succede... In gergo informatico, la "lingua" è chiamata "protocollo". III. Il protocollo di Internet è il TCP/IP. Il protocollo stabilisce il tipo di segnale da mandare sul cavo, il modo di interpretare i bit che transitano, i nomi dei computer (indirizzo IP), ...Una volta stabilito il protocollo (ovvero la lingua), non è finita: bisogna, infatti, decidere... l'argomento di cui parlare! Due elaboratori in rete potrebbero avere innumerevoli ragioni per comunicare: si potrebbero condividere i file del disco rigido, una stampante, permettere agli utenti di scambiarsi dei messaggi, ecc. (in fondo, anche tra due persone che parlano la stessa lingua, bisogna avere un argomento comune per conversare...). In Internet esistono diversi servizi: la posta elettronica, il WWW, … ognuno dei quali definisce dei protocolli di comunicazione (ad un livello superiore al TCP/IP).
Protocollo di comunicazione : Regole e formati per lo scambio di messaggi fra due entità
Comunicanti. Esempio : Chiedere una informazione a un passante Esistono, inoltre, due tipi di rete: Commutazione di circuito (circuit switching) -> es : la rete telefonica tradizionale Commutazione di pacchetto (packet switching) -> es :. Internet
Trasmissione dei messaggi su Internet: Ogni "data stream" viene spezzettato in pacchetti i ("datagram"), corredati di informazioni per la loro trasmissione, fra cui l'indirizzo di mittente e destinatario. Ogni pacchetto viene inviato singolarmente e può seguire strade diverse dagli altri. Ogni nodo della rete Internet è individuato da indirizzo IP (IP= Internet Protocol): Com’è fatto un indirizzo IP? IPv 32 bit -> 4 byte -> 4 interi fra 0 e 28-1 = 255 Es.: 192.128.0. Indirizza 4.294.967.296 (232) nodi: troppo pochi! IPv 128 bit -> 16 byte -> 8 interi fra 0 e 216- Es.: ab12:34cf:0000:0000:45ae:1234:def4: indirizza 2128 nodi La transizione è in corso
