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1 - Storia del calcolo automatico. Dalle origini all' 800 L’informatica è la scienza che studia l’elaborazione automatica dei dati mediante apparati realizzati con tecnologia elettronica. Il termine è stato formulato per la prima volta nel 1962 dall'ingegnere francese Philippe Dreyfus , contraendo le parole "information" e "automatique", mentre l’equivalente in lingua inglese è “Computer Science”. L’idea di realizzare macchine che sgravassero l’uomo dal perdere tempo ad effettuare calcoli invece che dedicare il suo tempo ad attività più a lui congeniali, è iniziata nel 500 A.C. con i Babilonesi, fino ad arrivare al 1946 quando apparve il primo calcolatore programmabile chiamato ENIAC (Mezzalama and Piccolo, 2010). L’abaco (500 a.C.) è un antico strumento di calcolo, utilizzato per effettuare operazioni matematiche; è il primo strumento usato per i calcoli. I primi esemplari sono apparsi in Mesopotamia e in Cina tra il 1000 a.C. e il 500 a.C. Quasi sicuramente il primo abaco era basato su una pietra piatta ricoperta di sabbia, una soluzione facilmente e velocemente realizzabile in particolare all'aperto. I Romani svilupparono invece una copia leggermente modificata dell'abaco babilonese: maneggevole, ma dalle ridotte capacità di calcolo. Questo era il primo strumento di calcolo portatile e riduceva notevolmente il tempo necessario a fare operazioni di base utilizzando i numeri romani. Precursori delle calcolatrici, erano spesso costruiti con una struttura di legno che sosteneva dei fili su cui scorrevano delle palline. La Pascalina ( 1642 ) > Blaise Pascal , filosofo, matematico e fisico francese, a 20 anni realizza una celebre macchina per eseguire addizioni e sottrazioni automaticamente, la 'pascalina'. Esegue riporto automatico fino ad 8 cifre. Purtroppo la macchina di Pascal non ebbe mai una significativa diffusione sia per la necessità di interventi manuali sia per la scarsa affidabilità. Le numerose ruote dentate si inceppavano o si rompevano con troppa frequenza. La sua notorietà fu notevolmente amplificata dall'accurata descrizione che di essa diedero Diderot e d’Alembert nella Encyclopédie e che la rese punto di riferimento per la realizzazione di molte calcolatrici successive. E’ interessante però scoprire che 20 anni prima, nel 1623, il prof. Wilhelm Schickard , inventò un orologio calcolante , anticipando di circa vent'anni Blaise Pascal, che a lungo fu ritenuto l'inventore della prima macchina meccanica in grado di eseguire operazioni aritmetiche. Pur precedendola di oltre vent'anni, era per molti versi superiore alla celebre Pascalina di Pascal. In particolare, era molto più agevole nell'eseguire sottrazioni. La macchina di Leibniz (1674) > Nel 1672, venendo a conoscenza della macchina di Pascal, decise di estendere il progetto della Pascalina creando un nuovo calcolatore capace di eseguire, oltre alle operazioni di somma e differenza già presenti nella macchina di Pascal, anche le operazioni di moltiplicazione e divisione, operando su numeri a sedici cifre. Egli presentò un modello di legno della suddetta macchina alla Royal Society di Londra il 1º febbraio 1673 e fu incoraggiato ad ultimare il suo progetto. Leibniz concentrò il suo sforzo nella realizzazione di un congegno che potesse eseguire velocemente moltiplicazioni e divisioni; per raggiungere il suo scopo inventò uno speciale tipo di meccanismo, detto tamburo differenziato : un meccanismo che contiene nove denti di lunghezza crescente (oggi più semplicemente chiamato Ruota di Leibniz ). Combinando insieme alcuni di questi tamburi era possibile moltiplicare e dividere sfruttando la ripetizione automatica di somme e sottrazioni. Il telaio di Jacquard (1801-1805) > sviluppò una macchina per intrecciare reti già nel 1801. Il telaio automatico costituisce la prima applicazione pratica delle schede perforate. Le schede comandano la tessitura di disegni e trame sui tessuti. La creazione di Jacquard produce un vero boom nell'industria tessile
e Napoleone I conferisce a Jacquard una pensione onoraria per aver brevettato la macchina. La macchina incontra l'opposizione dei lavoratori del settore, ma nonostante ciò si diffonde rapidamente. Prima della realizzazione della Jacquard, infatti, i tessuti operati venivano eseguiti con un telaio azionato da un tessitore e da uno o due aiutanti che, stando sopra il telaio, azionavano il dispositivo per la formazione del passo, leggendo da un disegno o messa in carta. L'aritmometro (1820) > Thomas de Colmar creò un perfezionamento della macchina di Leibniz, capace di eseguire le quattro operazioni in maniera quasi automatica. In pratica era una cassetta di legno con meccanismo ad ingranaggi metallici per i calcoli aritmetici. L'apparecchio consta di una parte fissa per l'impostazione della cifra e dell'operazione da eseguire e di una carrello mobile per il risultato dell'operazione. Sulla piattina fissa d'impostazione si può indicare un numero a 6 cifre agendo sul cursore d'impostazione e seguendo la scala di numeri da 0 a 9 a sinistra di ciascuna fessura. L'operazione di impostazione di ciascuna cifra è realizzata usando i cilindri a gradini ideati da Leibniz. La leva a sinistra definisce l'operazione aritmetica da effettuare. C’era un contagiri sull'asse delle unità che registrava il numero di addizioni (per poter eseguire la moltiplicazione) e vi era un sistema a cremagliera che permetteva di azzerare i contatori alla fine delle operazioni. Le divisioni necessitavano di un intervento ragionato dell’utente. Fu il primo calcolatore ad avere una certa diffusione, macchine simili a questa furono commercializzate per circa 90 anni. Ne furono costruiti modelli più compatti in maniera indipendente da Frank S. Baldwin in USA e da T. Odhner. Rappresenta comunque la prima calcolatrice prodotta su scala industriale. In 30 anni ne vengono prodotti 1500 esemplari e la produzione si protrae fino al 1930 circa. Una macchina è conservata attualmente al Museo degli Strumenti Astronomici di Capodimonte. La macchina analitica di Babbage (1834-35) > è stato il primo prototipo di un computer meccanico sviluppato per eseguire compiti generici. Il progetto fu sviluppato dal matematico, filosofo e scienziato inglese Charles Babbage (1791–1871), che cercò anche di realizzarlo praticamente. La macchina analitica rappresenta un importante passo nella storia dell'informatica. La prima descrizione del progetto fu pubblicata il 26 dicembre del 1837, nella nota On the Mathematical Power of the Calculating Engine. In esso Babbage chiariva l'organizzazione di una macchina capace di effettuare calcoli generali sotto il pieno controllo automatico. Babbage lavorò incessantemente al progetto, fino alla morte avvenuta nel 1871. Per motivi politici e finanziari, la macchina non fu però mai realizzata. I moderni personal computer, pur essendo stati sviluppati quasi cento anni dopo, abbiano notevoli analogie con la macchina analitica. Alcuni storici ritengono che con le competenze tecniche dell'epoca la macchina non avrebbe potuto affatto funzionare, mentre altri storici ribattono che un maggiore supporto politico e finanziario avrebbe permesso di superare i problemi tecnici e quindi avrebbe reso possibile la costruzione della macchina. La Macchina analitica (parzialmente realizzata e mai completata), prevedeva la programmazione tramite codifica di istruzioni/dati su schede perforate. Lo schema teorico di questa macchina è universalmente riconosciuto come il primo prototipo di calcolatore generico complesso. È infatti basato su un sistema di input, un sistema per l'elaborazione dei dati con un dispositivo chiamato "Mill" (mulino), e un sistema di output, lo stesso schema che verrà usato più di un secolo dopo nei laboratori americani per creare il primo computer. La macchina tabulatrice di Hollerith (1884) > Alla fine del XVIII secolo, al fine di automatizzare il primo censimento USA, l’ingegnere americano realizzò un elaboratore in grado di elaborare dati codificati su
I portatili di fascia media o bassa, tendenzialmente sono meno performanti di un computer desktop, tempi di attesa molto lunghi, con il rischio di crash del sistema e la conseguente perdita del lavoro non salvato svolto fino a quel momento. Ottimi per la mobilità. Negli smartphone , nei tablet, nelle smart TV abbiamo sempre una scheda madre che, di solito, rappresenta l’ingombro maggiore. Su di essa sono saldati la RAM, la memoria allo stato solido SSD, il jack audio e gli altoparlanti ed altri componenti. Il display touch è un dispositivo I/O, collegato alla scheda madre, composto da un monitor miniaturizzato e da un vetro ricoperto di un sottile strato capace di rilevare la posizione del nostro dito sulla superficie. Gli smartphone rappresentano lo stato dell’arte della tecnologia di largo consumo e del livello di miniaturizzazione raggiunta. La nuova frontiera della miniaturizzazione è rappresentata dalla classe di dispositivi che va sotto il nome di indossabile ( wearable ), computer indossabili come gli smart watch, smart band o fitness tracker, smart glass , ecc. La scheda madre > è il componente fondamentale di un qualsiasi dispositivo elettronico. Essa si occupa di alimentare e gestire la comunicazione di tutti i componenti. Sulla scheda madre si trovano i circuiti integrati, i bus per la comunicazione tra le componenti, gli slot di espansione per collegare altre schede (video, audio, rete, ecc.), le porte USB per connettere altri dispositivi. Tutti i moderni dispositivi elettronici hanno al loro interno una scheda madre, in caso di guasto della scheda madre il dispositivo risulterà inutilizzabile, per ripristinarne la funzionalità occorrerà sostituirla con un nuova. Sulla scheda madre sono presenti le porte di connessione per i dispositivi di input e output (I/O) hanno forme specifiche in base alla loro funzione, versione e tipologia (type). Le porte rappresentano le interfacce hardware (fisiche) di connessione degli I/O sul bus, ciò permette alla CPU di poter elaborare i dati in ingresso e uscita degli accessori. Le porte di tipo USB servono principalmente a connettere accessori e per permettere al computer di acquisire e inviare dati. Nel tempo si sono susseguite diverse versioni (USB 3.1) incrementando la velocità nel trasferimento dei dati rispetto alla versioni precedenti. Esistono diverse tipologie, la più diffusa è di tipo A (type-A) , molto diffusa sui cellulari di ultima generazione è la tipologia type-C , che ha quasi del tutto rimpiazzato le precedenti porte type micro-B precedentemente usate per i cellulari. Un seconda categoria fondamentale sono le porte video. Ad esempio la porta HDMI consente di inviare un segnale audio e video ad un monitor/proiettore. Si distinguono per la loro: funzione , ad es. VGA, HDMI, DVI versione , ad es. HDMI versione 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 2.0, 2. tipologia (type), ad es. HDMI tipo A, B, C, D ed E
Le porte Mini DisplayPort sono diffuse nei computer della Apple, soprattutto nei portatili. Le porte VGA , benché largamente diffuse nei vecchi dispositivi, sono pressoché in disuso. Per le porte video all’aumentare del numero di versione possono migliorare vari aspetti: supporto per nuove risoluzioni (Full HD, 2k, 4k, 5k, 8k, 10k); supporto per diverse frequenze di riproduzione dei fotogrammi (24, 25, 30, 50, 100, 120) espresse in fps supporto a più monitor , visione di contenuti 3D, ecc. Ogni trasmissione dati prevede la presenza di almeno tre componenti per potersi realizzare:
- computer e la relativa interfaccia hardware (porta);
- un cavo o canale di connessione ;
- la periferica e la relativa interfaccia hardware (porta). Una trasmissione dati sarà veloce quanto la sua parte meno veloce. ll sistema si regolerà allineando le sue performance a quelle della componente meno performante. Ad esempio se si desidera riprodurre un filmato in 4k sarà necessario: un computer, o un dispositivo, capace di riprodurre il 4k; un cavo che supporta la risoluzione 4k; un monitor, o un proiettore, che supporta la riproduzione 4k. CPU > l 'unità di elaborazione centrale o processore o microprocessore, in inglese Central Processing Unit è il cervello del computer, senza di esso un computer sarebbe inutile. La CPU si occupa di effettuare i calcoli ed elaborare i dati ricevuti per ogni componente fisica, per tutti i programmi installati e per il sistemo operativo. La velocità di elaborazione della CPU viene misurata in Giga Hertz (GHz), più il valore è alto più la CPU sarà in grado di effettuare le operazioni rapidamente. Ad un certo punto dello sviluppo tecnologico ci si è resi conto che aumentare ulteriormente la velocità avrebbe comportato dei problemi di consumo energetico e surriscaldamento delle componenti. L’ostacolo è stato aggirato costruendo CPU con più unità di elaborazione (core). L’introduzione di CPU multi core (dual core, quad core, octa core, ecc.) ha moltiplicato la potenza di calcolo e ha migliorato notevolmente la gestione multitasking , ovvero la possibilità di lavorare su più programmi contemporaneamente. A parità di frequenza sono più performanti le CPU con più core. RAM >La memoria ad accesso casuale, in inglese Random Access Memory (RAM), è un tipo di memoria primaria, volatile, dove vengono conservati i dati in corso di elaborazione e le istruzioni del programma in esecuzione. Un altro tipo di memoria primaria è la memoria cache è una memoria veloce e di spazio ridotto. La funzione della memoria cache è velocizzare l'esecuzione dei programmi. La memoria RAM fa da ponte tra il disco rigido e la memoria cache del processore e compensa la differenza di velocità tra disco rigido, più bassa, e processore, più alta. La RAM si misura in GigaByte (GB), maggiore è il valore maggiore sarà la velocità del sistema soprattutto nelle attività di multitasking, ovvero nell’esecuzione di più programmi in contemporanea. La RAM è una memoria temporanea , quando si chiude un programma o si spegne il computer, la RAM viene svuotata. CPU e RAM sono responsabili di buona parte della velocità totale del computer o del dispositivo digitale. SCHEDA VIDEO > è una delle componenti di un computer particolarmente importanti per chi si occupa di progettazione e produzione di contenuti multimediali quali elaborati grafici, animazioni in motion graphics, montaggio video, ecc. La scheda video contiene un’unità di elaborazione grafica, in inglese graphics processing unit (GPU).
meno velocemente, precisamente o accuratamente. Più è alto il valore numerico, maggiore è il numero di operazioni che riesce a gestire al secondo la scheda, migliori sono le sue perfomance rispetto alle altre comparate. MATRICE, PIXEL E RGB > un’immagine è rappresentata mediante una struttura tabellare detta matrice. Una matrice ha n. righe e n. colonne, ogni elemento della matrice rappresenta un pixel, ogni pixel ha un colore proprio, il pixel è l’unità minima di un’immagine. Un metodo molto comune di rappresentazione digitale dei colori è lo spazio colore RGB (Red, Green, Blue). In questa modalità i colori sono indicati attraverso un nomenclatura composta da tre sequenze di numeri e un valore per canale (Rosso, Verde, Blu). Nello spazio RGB è possibile definire un massimo di 16.777.216 colori diversi (256 × 256 × 256). Più righe e colonne ha la matrice più aumenta la complessità dell’immagine, più tempo occorrerà per salvarla, maggiore sarà il peso finale del file. 4 – I SISTEMI OPERARITIVI, WINDOWS E MAC Il sistema operativo (SO, in inglese Operating System OS) è un programma informatico progettato per semplificare l’interazione dell’utente con il computer. Tra i compiti del sistema operativo rientrano la gestione delle periferiche di I/O, della memoria e dei servizi di base per i software applicativi. I primi computer erano molto costosi, di grandi dimensioni e diffusi soprattutto nei centri di ricerca. Dati i costi molto alti di CPU e RAM occorreva ottimizzare il più possibile i tempi di inattività del sistema. Tipicamente l’uso dei computer consisteva nel caricare un programma, precedentemente elaborato, e mandarlo in esecuzione. I computer potevano gestire un solo programma in esecuzione quindi occorreva una buona pianificazione tra tutti i programmatori per ridurre al minimo i tempi di inattività. Fu quindi introdotta una nuova figura, un addetto specializzato, l’operatore di sistema, che conosceva molto bene le periferiche e le procedure di caricamento delle applicazioni e si occupava di gestire e pianificare i programmi da mandare in esecuzione sul computer. Le attività svolte dall’operatore di sistema vennero presto sostituite con un apposito programma, il sistema operativo. Questa prima definizione di SO automatizzava il lavoro sequenziale dell’operatore ma non risolveva del tutto il problema dell’inattività della CPU, il cervello del computer. In molti casi i tempi di lettura dei dati richiedevano molto più tempo del tempo di elaborazione dei dati stessi da parte della CPU. Nacque così la seguente idea: se un programma richiedeva un’operazione di input e/o output e un altro processo era in attesa del completamento del primo, allora quest’ultimo veniva mandato in esecuzione. L’obiettivo perseguito era far lavorare quanto più possibile la CPU e mettere in secondo piano dei programmi che in quel momento erano impegnati in operazioni non legate ad essa. I sistemi che adottano questo tipo di approccio sono chiamati multitasking e tutti i moderni sistemi operativi che ci permettono di utilizzare più programmi in contemporaneo implementano questa logica. Un compito importante del sistema operativo è quello di gestire le periferiche di input e output per conto dei programmi e quindi degli utenti. Il sistema operativo infatti fornisce un’interfaccia standard per consentire alle applicazioni di utilizzare le periferiche. Le periferiche utilizzabili con un computer sono innumerevoli per marca, modello, funzionalità, ecc. Molte di queste sono messe in commercio giornalmente e le utilizziamo anche con computer datati, che eseguono sistemi operativi precedenti alla
loro immissione sul mercato. Per far sì che le periferiche possano essere utilizzate sui diversi SO i produttori forniscono dei programmi chiamati driver. Il driver è, a sua volta, un’interfaccia tra il dispositivo fisico e il sistema operativo. In questo modo il sistema operativo non deve conoscere i dettagli di funzionamento di ogni periferica, basta installare il relativo driver e la periferica è pronta all’uso. Alcune periferiche molto comuni, come il mouse, la tastiera, alcune stampanti, ecc., hanno già il relativo driver installato nel sistema operativo e quindi risultano immediatamente funzionanti non appena le si collega al computer. Il sistema operativo è il primo programma che viene eseguito all’avvio del computer. L’interfaccia grafica utente mostrata sul monitor quando avviamo ogni dispositivo elettronico è un programma presente nel sistema operativo. L'interfaccia grafica (in inglese Graphical User Interface , GUI), è un tipo di interfaccia che consente l'interazione uomo-macchina in modo visuale, cioè utilizza delle rappresentazioni grafiche piuttosto che comandi testuali. Le cartelle sono una rappresentazione grafica. Il sistema operativo contiene al suo interno numerosi programmi utili alla gestione del computer e per assolvere attività comuni. In particolare ogni sistema operativo ha bisogno di uno File System , uno schema con il quale posizionare e organizzare i file da archiviare sulle memorie di massa, come hard disk, penne USB, CD-rom, ecc. Il sistema operativo utilizza il file system per gestire le richieste di accesso alla memoria di massa. Il file system si occupa dell’accesso e della lettura dei dati, della memorizzazione dei file (scrittura), dell’organizzazione gerarchica in cartelle e sottocartelle. Ogni memoria di massa, prima di essere utilizzata, deve essere inizializzata o “formattata” con un preciso file system, ovvero preparata per l’uso come supporto di memorizzazione secondo uno schema. Quando si installa il sistema operativo su un disco fisso occorre formattare il disco secondo il file system del relativo SO. Ad esempio: se si desidera installare il sistema operativo Windows della Microsoft su un disco fisso occorrerà formattare il disco con un file system chiamato NTFS. Prima di NTFS, Windows utilizzava i file system FAT. I sistemi macOS della Apple utilizzano il file system chiamato APFS, in precedenza utilizzavano HFS+. Esistono numerosi file system: FAT, FAT32, exFAT, EXT4, NTFS, ReFS, HFS+, APFS, ISO 9660, UDF. Ogni sistema operativo può supportare diversi file system e diverse funzionalità degli stessi: solo lettura oppure lettura e scrittura. Quando si collega ad un computer un hard disk esterno o una penna USB possono emergere problemi di compatibilità tra sistema operativo e file system con cui è stato formattato il supporto di memoria. I computer con sistema operativo macOS di Apple, ad esempio, sono in grado di leggere i dati memorizzati su hard disk formattati con NTFS ma non sono in grado di realizzare operazioni in scrittura su tali supporti. Capita molto spesso che collegando una penna USB ad un computer Apple sia possibile leggere la lista dei file, aprirli ma non modificarli e salvarli. Ciò avviene perché i sistemi operativi della Apple non supportano la scrittura su hard disk o supporti di memoria formattati con NTFS. Per utilizzare una penna USB sia sui computer con SO Windows sia con macOS occorre formattarla in ExFAT, formato compatibile in lettura e scrittura per entrambi i sistemi. WINDOWS è il nome del sistema operativo realizzato dalla società Microsoft a metà degli anni Ottanta. Dalla sua creazione si sono susseguite numerose versioni e varianti destinate ad essere installate su server, computer, telefoni e dispositivi IoT. Windows è il sistema operativo più diffuso sul mercato dei computer.
tempo molte case costruttrici come Samsung, Huawei, Motorola, Asus, Lenovo, HTC, Oppo, Honor e altre hanno optato per Android come sistema operativo per i loro terminali. Ad oggi Android ha raggiunto il 35% di diffusione globale per i dispositivi elettronici. Android ad oggi è il sistema più utilizzato su telefoni, tablet, smart TV, automobili, smart Watch, dispositivi IoT. iOS è il sistema operativo della Apple per i suoi smartphone. Come per macOS, anche iOS può essere installato solo su smartphone e tablet della Apple. Ad oggi iOS ha una diffusione pari al 13% sul mercato globale dei dispositivi elettronici. Le funzionalità sono fornite da applicazioni dedicate (App) scaricabili da un’applicazione preinstallata che funge da catalogo (App store o App Market). 5 - TIPOLOGIE DI INTERFACCE: CLI, GUI, NUI, TUI Un’interfaccia può essere definita come il punto di contatto tra due entità qualitativamente differenti. In ogni sistema meccanico, l’area di interazione tra una macchina e l’utente è definita appunto interfaccia uomo-macchina. Tutti noi abbiamo familiarità con i cosiddetti controlli che permettono all’operatore di impartire compiti e regolare il funzionamento della macchina. In informatica l'interfaccia utente (dall’inglese User Interface, UI) è il punto di contatto tra uomo e computer , è il mezzo che consente all’utente di interagire con un sistema informatico. Le aziende che producono sistemi operativi, come Microsoft e Apple, pubblicano le linee guida per interfacce umane (Human Interface Guidelines, HIG), documenti che forniscono agli sviluppatori di applicazioni una serie di raccomandazioni da seguire per rendere le interfacce più intuitive, facili da imparare e consistenti nel comportamento, migliorando in questo modo l'interazione tra utente e computer. CLI – LE INTERFACCE A RIGA DI COMANDO (dall’inglese Command Line Interface, CLI) sono storicamente le prime interfacce create per interagire con i computer. Sono basate sul testo. Prima del mouse, gli utenti interagivano con un sistema operativo (SO) o un'applicazione con una tastiera. Si presenta tipicamente con una schermata nera con testo bianco. L'utente deve conoscere l’elenco dei comandi di quella macchina per poterla utilizzare. Per effettuare delle operazioni l’utente digita un comando e lo invia al computer, la risposta dal sistema può includere un messaggio, una tabella, un elenco o qualche altra conferma di un'azione del sistema o dell'applicazione. Oggi, la maggior parte degli utenti preferisce l'interfaccia utente grafica (GUI) offerta da sistemi operativi come Windows, macOS e Linux. La maggior parte degli attuali sistemi basati su Unix offre sia un'interfaccia a riga di comando che un'interfaccia utente grafica. Le attuali applicazioni con i relativi menu e icone sono la trasposizione grafica dei comandi digitati da tastiera nelle CLI. Ad esempio: in un sistema macOS, il doppio click che si effettua con il mouse sull’icona di un video per aprirlo nell’applicazione associata alla riproduzione video, non è altro che l’implementazione grafica del comando “open ~/percorso/nomedelfile.mp4”, che può essere digitato da tastiera nelle CLI. Sebbene le GUI abbiano soppiantato o affiancato le CLI, ad oggi esistono diverse motivazione per le quali un’interfaccia a riga di comando risulta più utile o efficiente in base al compito da assolvere.
In particolare le CLI permettono:
- Un controllo granulare, a livello del singolo elemento, di un sistema operativo o di un'applicazione;
- Una gestione più rapida di un gran numero di sistemi operativi, soprattutto per gli amministratori di sistema che gestiscono più computer contemporaneamente;
- Di automatizzare attività regolari creando degli script di comandi, aspetto non sempre gestibile da GUI;
- Un’accurata definizione degli errori e dei problemi che si verificano sul sistema che, di conseguenza, agevola la risoluzione degli stessi, ad esempio problemi di connessione di rete, problemi hardware. GLI – INTERFACCIA UTENTE GRAFICA (dall’inglese Graphical User Interface, GUI) sono anche chiamate con l’acronimo WIMP (dall'inglese Window, Icon, Menu and Pointing device) in quanto sono sistemi che utilizzano: finestre, icone, menu e puntatori. Gli utenti utilizzano un dispositivo di puntamento (come mouse, touchpad o trackball) per controllare un puntatore sullo schermo che interagisce con le finestre dei programmi, con i relativi menu e con le icone. Tali sistemi richiedono, al minimo delle loro potenzialità, un monitor, una tastiera e un mouse. Il termine GUI è stato creato negli anni Settanta, la prima GUI disponibile in commercio, chiamata "PARC", è stata sviluppata da Xerox. Steve Jobs , uomo visionario principale artefice del successo della Apple, aveva visto l'interfaccia durante un breve soggiorno alla Xerox. Tornato al quartier generale Apple aveva dato indicazioni alla sua squadra perché realizzasse un sistema operativo con un design simile. Il sistema operativo basato su GUI di Apple è stato incluso nel primo Macintosh rilasciato nel 1984. Microsoft ha rilasciato il suo primo sistema operativo basato su GUI, Windows 1.0, nel 1985. Nacque così l’era dei moderni sistemi operativi nei quali l'interfaccia grafica è concepita tramite le seguenti metafore:
- un piano di lavoro rappresentato dallo schermo, detto scrivania o desktop;
- le icone a rappresentare i file e le cartelle;
- le finestre a rappresentare le applicazioni;
- le icone all’interno dei programmi a rappresentare i comandi Le moderne interfacce sono progettate secondo principi che si sono consolidati nel tempo, in particolare ogni interfaccia dovrebbe essere: Chiara, Concisa, Familiare, Responsiva, Consistente, Tollerante, Attraente. Negli ultimi anni anche altri sistemi operativi (macOs, iOS, Android) stanno implementando una modalità dark, un tema scuro. Le UI a tema scuro possono ridurre il carico visivo quando l’utente lavora per lunghi periodi di tempo. L’inversione del bianco con il nero riduce la luminosità dell’interfaccia e la rende meno fastidiosa in ambienti bui o con bassa illuminazione. NUI – INTERFACCIA UTENTE NATURALE (dall’inglese Natural User Interface, NUI) è un'interfaccia invisibile. La parola “naturale” denota un cambio di paradigma, la maggior parte delle interfacce utilizzano controlli basati su convenzioni che occorre conoscere e imparare per utilizzare il dispositivo. Esempi di interfacce naturali sono rappresentati dall’ Assistente vocale Siri con dispositivo Apple HomePod, assistente vocale Alexa con dispositivo Amazon Echo Plus o assistente vocale Google con dispositivo Google Home. I moderni dispositivi dotati di assistente vocale come Siri di Apple, Google Home di Google o Alexa di Amazon , interagiscono con l’utente attraverso la voce, un’interfaccia naturale.
→ potenzialmente distruttive per il sistema operativo, possono rendere il computer inutilizzabile, il computer si accende ma non riesce a caricare il sistema operativo modificato. In questi casi , con l’ausilio di un tecnico, sarà necessario:
- Salvare i dati presenti sull’hard disk in una memoria esterna;
- Formattare il disco;
- Installare un nuovo sistema operativo;
- Trasferire i dati salvati su memoria esterna nell’hard disk. Un file è un contenitore digitale che conserva informazioni, come documenti, immagini, musica o video. Ogni file ha: Proprietà : un nome, un’estensione, un percorso, una dimensione, date (creazione/ modifica) e attributi. Percorso : indica dove si trova sul computer. Estensione : composta da un punto e alcune lettere (es. .jpg), identifica il tipo di file e quale programma usarlo per aprirlo. I formati dei file possono essere: Proprietari : possono essere aperti solo dall’azienda (es. Word per .docx). Aperti: basati su standard condivisi che permettono a più aziende di visualizzare e modificare i file creati in quel formato. Tra i formati di file più comuni troviamo (estensioni): Testo : contengono solo testo semplice (txt) Immagine : Raster (foto, es. .jpg, .png)/ Vettoriali (grafica digitale, es. .svg, .ai) Audio : tracce sonore (es. .mp3, .wav). Video : file che combinano audio e video (mp4). Multimediali : includono vari contenuti, come testo e immagini (es. .docx, .pptx). Archivio : raccolgono file compressi per risparmiare spazio (es. .zip, .rar). File di sistema : indispensabili per il funzionamento del computer. File log : registrano eventi e errori di sistema, utili per risolvere problemi File temporanei : creati durante l’uso di un file e eliminati quando si chiude. Aiutano a recuperare file dopo chiusure inaspettate. Cartella progetto: come organizzare i file Un buon modo per organizzare il proprio ambiente di lavoro digitale è definire delle convenzioni quando si creano cartelle, sottocartelle e file. I principi organizzativi sono un valido strumento di organizzazione di insieme di elementi (cartelle e file) che proiettano una chiave di lettura sul modo in cui sono ordinati i dati. Ad esempio l’archivio dei lavori potrebbe essere strutturato in ordine alfabetico in base al nome del cliente, ad es.: adidas barbershop cinema_lanterna repubblica
Lo stesso archivio potrebbe essere strutturato in ordine alfanumerico utilizzando un prefisso progressivo per il numero del lavoro e poi il nome del cliente, ad es. 001_adidas 002_repubblica 003_barbershop 004_cinema_lanterna Lo stesso archivio potrebbe essere strutturato utilizzando un prefisso con l’anno e poi il nome del cliente: 2017_adidas 2018_repubblica 2019_barbershop 2019_cinema_lanterna Tendenzialmente tutti i software che elencano cartelle e file li organizzano in ordine alfabetico che rappresenta l’ordinamento minimo supportato da tutti i software, dalle CLI alle GUI. I moderni software di consultazione dei file come Esplora file di Windows o Finder di macOS supportano diverse modalità di ordinamento dei dati (per data di creazione, per dimensione, per tag, ecc.) e permettono una ricerca approfondita in tutto il sistema. Queste funzionalità hanno semplificato la gestione dei file. Inoltre non sempre il trasferimento tra diversi sistemi e computer garantisce la permanenza dei metadati , ovvero le informazioni che il sistema operativo e i programmi leggono per ordinare le informazioni per data di creazione, di modifica, tag assegnati, ecc. Dato che stiamo decidendo l’organizzazione del nostro archivio che dovrebbe seguirci tra diversi sistemi operativi e computer nel tempo, non possiamo che considerare l’ordinamento alfabetico/alfanumerico come la modalità di visualizzazione preferenziale su cui basarsi. In base a tale presupposto utilizzeremo gli altri principi sempre in chiave alfabetica o alfanumerica. Nelle cartelle è consigliato utilizzare un sistema di versionamento manuale dei file che consente di tenere traccia nel tempo delle evoluzioni del file dai primordi fino alla conclusione del progetto. Un esempio di versionamento può essere realizzato salvando il file di progetto con una numerazione progressiva (ad es. cliente_brochure_01.psd, cliente_brochure_02.psd, ecc.). Per le date si consiglia il prefisso anno mese giorno nel formato yyyymmgg, ad es. 20191124_, il prefisso consente di ordinare i file di tipologia e nome differente per data di invio o consegna. 7 – PERIFERICHE DI ACQUISIZIONE Digitalizzazione di immagini La dimensione digitale è uno spazio di lavoro inclusivo in cui coesistono materiali digitali creati ex-novo e materiali analogici, cartacei, che subiscono un processo di digitalizzazione per essere utilizzati e archiviati in digitale. I progetti di design spesso prevedono delle lavorazioni realizzate a mano o che si basano su materiale cartaceo: gli schizzi, i disegni preliminari, i rendering fotorealistici fatti a mano, l’acquisizione di vecchie
Le fotografie scansionate da giornali, riviste o cataloghi richiedono una serie di accortezze in fase di digitalizzazione. In particolare nelle immagini precedenti notiamo come al variare dei dpi permane un disturbo nelle immagini ( rumore ), che si manifesta con dei motivi ripetitivi che ne degradano la qualità. Questo artefatto visivo è dovuto alla retinatura con cui si stampano giornali, riviste, volantini, cataloghi, ecc. La retinatura è la scomposizione di un’immagine che fa la stampante in punti microscopici, più o meno estesi per poi essere visualizzata come una unica fotografia a colori una volta stampata e vista a occhio nudo. Per attenuare la retinatura delle fotografie scansionate occorre attivare l’opzione di deretinatura (descreening). Tale processo genera deboli sfocature che possono essere compensate attivando la maschera di contrasto (unsharp masking). Per foto poco retroilluminate, è possibile attivare la funzione per la correzione della retroilluminazione (backlight correction) che riduce le ombre dalle foto. Consigli per la digitalizzazione e l’archiviazione Dopo aver effettuato diversi test di scansione abbiamo un quadro di tutte le caratteristiche dei file acquisiti relative a dimensioni fisiche, dimensioni in pixel, risoluzione, profondità colore e compressione. Prima di decidere il compromesso tra qualità e peso dei file è bene chiarire uno degli aspetti fondamentali del processo di digitalizzazione e di gestione del progetto grafico: l’immagine digitalizzata avrà al massimo la qualità stabilita in fase di acquisizione. In ogni fase di elaborazione grafica l’immagine potrà solo perdere qualità o tutt’al più mantenerla costante, non potrà mai guadagnare qualità o dettaglio. Questo comporta una riflessione per stabilire quali saranno gli usi futuri del materiale che andremo ad acquisire e conservare. In particolare la risoluzione è fondamentale se andremo ad ingrandire l’immagine nelle nostre future composizioni grafiche. Maggiore è la risoluzione (dpi) e maggiore sarà la possibilità di ingrandire l’immagine senza perdere definizione e produrre immagini sgranate. Di seguito sono riportati dei valori di risoluzione e rispettive destinazione per i quali sono indicati: 96 - 150 dpi : invio per email, caricamento sul web e visualizzazione solo sullo schermo. Occupano poco spazio e sono veloci da elaborare. 200 dpi: fotocopie in bianco e nero o immagini che richiedono un ingrandimento del 200% su schermo. 300 dpi : immagini, fotografie, illustrazioni da stampare, immagini di testo da convertire in testo editabile. Si tratta di immagini poco adatte per risoluzioni di stampa oltre l’A4. 600 dpi : immagini, fotografie, illustrazioni da elaborare in composizioni grafiche; questi file occupano molto spazio e allungano i tempi di caricamento e modifica. 1200 dpi : immagini ad altissima definizione per applicazioni particolari come negativi, diapositive, francobolli e oggetti piccoli. Abbiamo a che fare in questo caso con file estremamente grandi, sconsigliati per formati superiori all’A5. Per tutti gli usi grafici è consigliabile: Acquisire materiale con risoluzione pari o superiore a 300 dpi. Per materiali da scansionare in formato A4 è consigliabile una risoluzione pari a 600 dpi. Utilizzare una compressione TIFF (loseless, senza perdita di dati) per non perdere qualità in fase di salvataggio del file.
Scegliere la profondità colore in base al materiale da digitalizzare: 24bit - Colori per le fotografie e per le illustrazioni a colori; 8bit - Scala di grigi per illustrazioni in bianco e nero. Tavolette grafiche dette anche digitizer, sono delle periferiche di input che permettono di disegnare al computer utilizzando una superficie ed una penna. La tavoletta grafica rappresenta il foglio virtuale su cui è possibile disegnare mediante l’apposita penna. Il disegno realizzato sulla tavoletta appare sullo schermo del computer in tempo reale. In appositi software è possibile impostare colore, spessore, tipo di pennello, matita, ecc. Esistono inoltre tavolette che hanno lo schermo integrato , quindi con la penna si disegna sulla tavoletta e su di essa si vede direttamente il disegno in fase di realizzazione. Nella scelta di una tavoletta grafica è bene tenere presente: la risoluzione (lpi, lines per inch); i livelli di pressione , rappresentano la sensibilità alla pressione. la velocità di lettura (response rate) è un valore che indica la frequenza con la quale la tavoletta grafica comunica la posizione della penna o della mano dell’utente al computer. Maggiore è la velocità e migliore è l’associazione tra disegno con la penna e riproduzione del disegno virtuale. 8 – CODIFICA DI MUSICA, VOCE E TESTI CODIFICA DELLA MUSICA: LA CODIFICA MIDI 1983 Storia Il protocollo MIDI nacque all'inizio degli anni ottanta: il prototipo fu presentato da due progettisti, Dave Smith e Chet Wood , che nel 1981 proposero le prime specifiche del MIDI in un documento pubblicato sotto il nome di The complete SCI MIDI. Esso era la risposta all'esigenza di far comunicare tra loro diversi strumenti musicali elettronici , tenendo conto delle caratteristiche di ognuno. Diversi costruttori, ad esempio Oberheim e Roland, offrivano già sui propri strumenti alcuni sistemi di interfacciamento. Queste interfacce, però, basate su algoritmi proprietari, garantivano il funzionamento solo su strumenti dello stesso costruttore. Il protocollo di Smith e Wood si presentava, invece, come un sistema in grado di garantire il funzionamento su strumenti di costruttori diversi. Per garantire la compatibilità tra strumenti, di case produttrici diverse, ogni costruttore fu invitato a partecipare alla stesura delle prime specifiche MIDI. SCI, Roland, Yamaha e Kawai furono i primi produttori di strumenti digitali ad aderire alla definizione e alla diffusione del MIDI. Il progetto terminato due anni dopo: nell'agosto del 1983 le specifiche MIDI furono presentate al pubblico alla fiera NAMM , tenutasi a Los Angeles.
In sintesi: MIDI OUT manda le informazioni. MIDI IN le riceve. Il Jack MIDI THRU le passa avanti. Questo sistema è molto usato nella musica elettronica, negli studi di registrazione e nei concerti, perché permette di controllare tanti strumenti con un solo gesto. Negli ultimi anni, le interfacce sono diventate più elaborate e ora forniscono più ingressi e uscite MIDI per reti più complesse e flessibili, possibilità di unire più dispositivi di input contemporaneamente, instradamento codificato dei dati su cavi specificati e generazione e / o conversione della sincronizzazione temporale codici per l’uso con apparecchiature audio video e multi-traccia. Alcune interfacce sono anche in grado di filtrare e / o rimappare selettivamente i dati MIDI. CODIFICA DELLA VOCE UMANA Il PCM (Pulse Code Modulation) > è una tecnica che converte il suono, come la voce, in dati digitali. Funziona prendendo dei “campioni” del suono a intervalli regolari e trasformandoli in numeri binari. Ogni campione viene approssimato per semplificarlo. La frequenza di campionamento, che indica quante volte al secondo viene preso un campione, può variare tra 8.000 e 192.000 volte al secondo. Questa tecnologia è stata introdotta negli anni ’60 per migliorare la qualità delle chiamate telefoniche digitali e viene ancora usata per formati audio come MP3 e AAC, che comprimono i dati PCM per occupare meno spazio. Per trasmettere i dati digitali su lunghe distanze, si utilizzano tecniche come il TDM (multiplexing a divisione temporale). Per evitare disturbi, vengono usati filtri che eliminano frequenze indesiderate. In sintesi, il PCM è un metodo fondamentale per trasmettere e riprodurre la voce in modo digitale. CELP = codifiche che permettono di avere bassa velocità di trasmissione usato per i cellulari e alcune applicazioni Internet CODIFICA DI TESTI Un testo è una sequenza di caratteri, come lettere, numeri e simboli. Per memorizzare o trasmettere un testo, bisogna codificare i caratteri che lo compongono, trasformarli in numeri. Esistono vari sistemi di codifica, i due più comuni sono ASCII e Unicode. ASCII >. È un sistema di codifica che rappresenta i caratteri inglesi (come lettere, numeri e simboli) utilizzando numeri da 0 a 127. Ogni carattere ha un numero associato: per esempio , la lettera M è codificata con il numero 77. Questo sistema è stato progettato per utilizzare 7 bit di dati, ma successivamente è stato esteso a 8 bit, portando a 256 possibili codifiche. I file di testo in formato ASCII sono leggeri e facili da trasferire tra computer.
Tuttavia, la codifica ASCII è limitata, in quanto supporta solo un numero ristretto di caratteri, adatti principalmente alla lingua inglese. Unicode > nel 1991 è stato creato Unicode per superare i limiti di ASCII , poiché ASCII non riusciva a rappresentare caratteri di lingue diverse dall'inglese, come il cinese, l’arabo, il greco, e altri. Unicode è un sistema di codifica che assegna un numero unico a ogni carattere, permettendo di scrivere testi in qualsiasi lingua del mondo. Inizialmente, Unicode poteva codificare 65.536 caratteri (o code points), ma oggi il suo numero è stato esteso a 1.114.112. Di questi, circa 101.000 sono già stati assegnati a diversi alfabeti e sistemi di scrittura. Unicode è ampiamente utilizzato in tutto il mondo ed è supportato da quasi tutti i programmi e dispositivi. È un sistema globale che permette di scrivere e visualizzare testi in tutte le lingue, senza problemi di compatibilità. In sintesi: ASCII è utile per rappresentare testi in lingua inglese con un numero limitato di caratteri. Unicode è un sistema universale, che supporta tutte le lingue e un numero molto più ampio di caratteri. 9 – LA COMPRESSIONE DEI DATI è un insieme di tecniche per ridurre lo spazio necessario per rappresentare informazioni digitali, come testo, audio o video. Si divide in compressione: con perdita (lossy): si perdono alcuni dati non essenziali, riducendo la qualità, ma ottenendo un’alta compressione (mp3) senza perdita (lossless) : che mantiene integralmente i dati originali, comprimendo in modo meno aggressivo (ZIP). Esempio Lossy > immagini, audio, filamti. Quindi nei vari formati, molto noti, MP3, MPEG2, JPEG. Dato il messaggio: AAAAAAABAAAAAAA , questo può diventare: A 15 (trascurando B). Esempio Lossless > sono esempi di compressione senza perdita: Il messaggio: AAAAAAABAAAAAAA può diventare: A 7 B 1 A 7 (da 15 byte a 6 byte). LA CODIFICA HUFFMAN > è un algoritmo di compressione dati senza perdita di dati , sviluppato da David Huffman nei primi anni '50 mentre era studente di dottorato al MIT. L'algoritmo si basa su un metodo di ordinamento delle frequenze a albero binario che consente di codificare qualsiasi messaggio nel messaggio senza perdere alcun dato. Passaggi per creare l’albero : 1.Calcolare la frequenza di ogni simbolo. 2.Collegare i simboli con frequenza minore.
