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L'evoluzione dell'informatica: dalla televisione all'intelligenza artificiale, Appunti di Elementi di Informatica

L'evoluzione dell'informatica, partendo dall'invenzione del cinescopio nel 1929 fino all'avvento dell'intelligenza artificiale e dei big data. Esplora l'impatto dell'informatica su vari settori, tra cui la sanità, la giustizia e la vita quotidiana, evidenziando sia i benefici che i rischi associati all'uso delle tecnologie digitali.

Tipologia: Appunti

2023/2024

Caricato il 20/02/2025

arianna-karol-cannel
arianna-karol-cannel 🇮🇹

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Capitolo 1
Breve introduzione storica dell’informatica
I primi fondamenti teorici nacquero nel 3° secolo A.C. Il metodo per calcolare il mcd di due numeri è un
processo a passi: di fatto, è un programma anche se non aveva il calcolatore per farlo.
Infatti, è uno dei più diffusi esercizi per chi inizia a muovere i primi passi nella programmazione.
Euclide però non aveva ancora ben percepito il significato del metodo a passi: non ne fece una scienza. Cosa che
invece fece Abū Jaʿfar Muammad ibn Mūsā al-Khwārizmī, un matematico persiano che visse intorno all’800
(forse, non è noto con esattezza) e pubblicò un metodo a passi per risolvere equazioni, metodo che nella
traduzione del nome in latino chiamò algoritmo. I metodi a passi – gli algoritmi – sono il fondamento della
programmazione e oggi con la diffusione della robotica e gli investimenti in intelligenza artificiale è un termine
conosciuto a tutti (o quasi).
1000 anni dopo… Gli albori dell’informatica – le basi teoriche
1834: Sir Charles Babbage, matematico e filosofo inglese, ebbe l’idea di concepire un calcolatore
programmabile che chiamò macchina differenziale. Non riuscì a realizzarla perché gli mancarono alcuni
fondamentali componenti tecnologici. Nello stesso periodo Joseph Henry, un fisico americano, studiava la
corrente elettrica e inventò il relè, un dispositivo in cui il passaggio della corrente elettrica chiudeva i morsetti,
mentre l’assenza di corrente li lasciava aperti. Fu una scoperta rivoluzionaria e, come tale, anch’essa non fu
compresa appieno nelle sue potenzialità: Henry era un fisico, non un matematico.
George Boole era un matematico e inventò una particolare algebra che porta il suo nome, l’algebra booleana.
L’algebra booleana usa due soli numeri: «0» (o «falso») e «1» (o «vero»). Con due soli numeri riuscì a
sviluppare un’intera matematica e fu lui a comprendere come il dispositivo inventato da Henry avrebbe
consentito di sviluppare una macchina capace non solo di calcolare, ma anche di ragionare: «vero» e «falso»
sono le basi della logica matematica sulla quale si sviluppa la programmazione. Calcolo + logica + tecnologia di
base: le fondamenta per la nascita e lo sviluppo dei calcolatori erano state poste.
Gli inizi dell’informatica – le basi tecniche
1888: William Seward Burroughs lasciò l’impiego in banca per dedicarsi alla realizzazione di una macchina
calcolatrice in grado di semplificare il lavoro manuale dei contabili. Fondò una società per produrre le sue
macchine calcolatrici, la Burroughs, che nel 1927 raggiunse il milione di vendite. La Burroughs continuò a
produrre macchine calcolatrici fino ai giorni nostri e nel 1986, tramite un’operazione di Merge & Acquisition tra
la Sperry Corporation e la Burroughs stessa, venne costituita la Unisys, tuttora operativa. Fattura 2,83 miliardi di
dollari (2018) ed è quotata al NYSE.
1906: Lee Dee Forest inventò il triodo, più performante del relè.
1929: Vladimir Kosma Zworykin, ingegnere americano di origini russe, inventò il tubo catodico migliorato che
chiamò cinescopio: in altri termini il precursore della televisione, tecnologia con la quale, alcuni anni dopo, si
sarebbero realizzati i primi monitor.
1936: Konrad Zuse, un ingegnere tedesco considerato il padre del moderno computer, a soli 26 anni costruì la
Z1, la prima macchina calcolatrice digitale brevettata.
Digitale: deriva da digit “cifra, numero”. “0” e “1” sono digit, quindi tutto ciò che è codificato con “0” e “1” è
digitale mentre lunghezze d’onda, tensioni elettriche, trasmissioni meccaniche ecc. sono analogiche.
Si può quindi avere una macchina completamente meccanica, ma…digitale, perché codifica e “lavora”
utilizzando l’algebra booleana. L’elettronica non c’entra nulla con il concetto «digitale».
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Capitolo 1 Breve introduzione storica dell’informatica I primi fondamenti teorici nacquero nel 3° secolo A.C. Il metodo per calcolare il mcd di due numeri è un processo a passi: di fatto, è un programma anche se non aveva il calcolatore per farlo. Infatti, è uno dei più diffusi esercizi per chi inizia a muovere i primi passi nella programmazione. Euclide però non aveva ancora ben percepito il significato del metodo a passi: non ne fece una scienza. Cosa che invece fece Abū Jaʿfar Muḥammad ibn Mūsā al-Khwārizmī, un matematico persiano che visse intorno all’ (forse, non è noto con esattezza) e pubblicò un metodo a passi per risolvere equazioni, metodo che nella traduzione del nome in latino chiamò algoritmo. I metodi a passi – gli algoritmi – sono il fondamento della programmazione e oggi con la diffusione della robotica e gli investimenti in intelligenza artificiale è un termine conosciuto a tutti (o quasi). 1000 anni dopo… Gli albori dell’informatica – le basi teoriche 1834: Sir Charles Babbage, matematico e filosofo inglese, ebbe l’idea di concepire un calcolatore programmabile che chiamò macchina differenziale. Non riuscì a realizzarla perché gli mancarono alcuni fondamentali componenti tecnologici. Nello stesso periodo Joseph Henry, un fisico americano, studiava la corrente elettrica e inventò il relè, un dispositivo in cui il passaggio della corrente elettrica chiudeva i morsetti, mentre l’assenza di corrente li lasciava aperti. Fu una scoperta rivoluzionaria e, come tale, anch’essa non fu compresa appieno nelle sue potenzialità: Henry era un fisico, non un matematico. George Boole era un matematico e inventò una particolare algebra che porta il suo nome, l’algebra booleana. L’algebra booleana usa due soli numeri: «0» (o «falso») e «1» (o «vero»). Con due soli numeri riuscì a sviluppare un’intera matematica e fu lui a comprendere come il dispositivo inventato da Henry avrebbe consentito di sviluppare una macchina capace non solo di calcolare, ma anche di ragionare: «vero» e «falso» sono le basi della logica matematica sulla quale si sviluppa la programmazione. Calcolo + logica + tecnologia di base: le fondamenta per la nascita e lo sviluppo dei calcolatori erano state poste. Gli inizi dell’informatica – le basi tecniche 1888: William Seward Burroughs lasciò l’impiego in banca per dedicarsi alla realizzazione di una macchina calcolatrice in grado di semplificare il lavoro manuale dei contabili. Fondò una società per produrre le sue macchine calcolatrici, la Burroughs, che nel 1927 raggiunse il milione di vendite. La Burroughs continuò a produrre macchine calcolatrici fino ai giorni nostri e nel 1986, tramite un’operazione di Merge & Acquisition tra la Sperry Corporation e la Burroughs stessa, venne costituita la Unisys, tuttora operativa. Fattura 2,83 miliardi di dollari (2018) ed è quotata al NYSE. 1906: Lee Dee Forest inventò il triodo, più performante del relè. 1929: Vladimir Kosma Zworykin, ingegnere americano di origini russe, inventò il tubo catodico migliorato che chiamò cinescopio: in altri termini il precursore della televisione, tecnologia con la quale, alcuni anni dopo, si sarebbero realizzati i primi monitor. 1936: Konrad Zuse, un ingegnere tedesco considerato il padre del moderno computer, a soli 26 anni costruì la Z1, la prima macchina calcolatrice digitale brevettata. Digitale: deriva da digit “cifra, numero”. “0” e “1” sono digit, quindi tutto ciò che è codificato con “0” e “1” è digitale mentre lunghezze d’onda, tensioni elettriche, trasmissioni meccaniche ecc. sono analogiche. Si può quindi avere una macchina completamente meccanica, ma…digitale, perché codifica e “lavora” utilizzando l’algebra booleana. L’elettronica non c’entra nulla con il concetto «digitale».

L’impulso della guerra – l’evoluzione tecnologica I teorici della computabilità Alan Turing studiò e sviluppò con la sua Macchina di Turing – uno strumento teorico, ma realizzato meccanicamente, che rappresenta un modello astratto di un computer – la teoria degli algoritmi e della computabilità. Alonzo Church, matematico e logico americano, definì il concetto computazionale di decidibile e indecidibile. Decidibile (detto anche ricorsivo) è un problema per il quale è possibile trovare un algoritmo che lo calcoli. Entrambi erano interessati a definire l’universo delle funzioni computabili: la possibilità di dimostrare che un algoritmo è calcolabile è il fondamento teorico per la realizzazione di programmi che – banalmente – funzionino. C’è tutto il necessario: teoria e strumenti. La guerra, nella sua drammaticità, fa da volano agli investimenti e imprime fortissime accelerazioni alle innovazioni. Nel 1941 venne costruita la Z3, dotata di 2600 relè, il primo calcolatore elettromeccanico digitale realmente funzionante, capace di memorizzare 64 byte ed eseguire una moltiplicazione in circa 4 secondi. Un PC di oggi di media potenza è in grado di eseguire la stessa operazione in 1 miliardesimo di secondo.! Uno smartphone di fascia media ha una capacità di memoria 500 milioni di volte quella della Z3.! Il dopoguerra – nasce l’industria informatica Attiva dal 1888 ma costituita nel 1911, l’IBM, tuttora un colosso dell’informatica mondiale e protagonista delle maggiori innovazioni nell’ICT, nel 1948 costruì il SSEC (Selective Sequence Electronic Calculator), un calcolatore dotato di 13.500 valvole, 21.400 relè e con una memoria di 50 kB. Si iniziava davvero a fare “sul serio”, perché questa macchina aveva – oltre a una potenza di calcolo avveniristica per quei tempi – anche la possibilità di memorizzare i programmi con i quali eseguire le operazioni. Queste macchine, costose e difficili da usare, erano ancora per pochissimi clienti o per impieghi militari e di ricerca. Gli anni ‘60 – la convergenza ICT convergenza ICT = mettere a fattor comune:

  • le tecnologie di telecomunicazione – la tecnologia televisiva di riproduzione delle immagini, per i monitor;
  • l’elettronica – lo sviluppo dei transistor, che sfrutta le proprietà semiconduttrici (la corrente passa in un senso => «1» ma non in quello inverso => «0») del silicio, lo sviluppo delle memorie e delle tecniche di assemblaggio, per le unità di calcolo;
  • l’algoritmica – la programmazione, per realizzare applicazioni; Information & Communication Technology (l’ICT) moderna I primi “utenti comuni” furono le banche e le aziende di maggiori dimensioni, per gestire le operazioni contabili, l’automazione dei magazzini e il controllo della produzione. Gli anni ‘70 – l’ICT inizia a diffondersi Gli anni ‘70 vedono la trasformazione dell’ICT da tecnologia per pochi a tecnologia per molti (sebbene non ancora alla portata di tutti). Nacquero i linguaggi cosiddetti “di alto livello”, chiamati così perché si cercò di agevolare la programmazione attraverso istruzioni che avessero una sintassi il più possibile vicina al linguaggio umano. Non solo, linguaggi con quelle caratteristiche avrebbero anche permesso l’accesso al mestiere dello sviluppatore software a una platea più ampia, contribuendo alla nascita dei programmi commerciali, vale a dire acquistabili in licenza d’uso, e sostenendo ancor di più la diffusione dell’ICT. Nacque l’industria del software, che diventerà in breve tempo un importantissimo settore economico e strategico e che creerà milioni di posti di lavoro nel ventennio successivo. La nascita dei «mostri sacri» 1974: Intel, nata nel 1968 per fabbricare componenti elettriche ed elettroniche delle prime macchine calcolatrici, realizza il primo microprocessore commerciale con il quale equipaggia l’Altair 8800 prodotto dalla MITS (società che non esiste più), un computer il cui costo di 495$ era alla portata di tutti. Intel oggi ha 106.

ricerche sulla rete. Un assunto genialmente semplice: maggiore è il numero di link ad una pagina, maggiore è la probabilità che siano importanti e meritevoli. Nasce Google, che oggi conta 88.000 dipendenti, fattura 136 miliardi di $, ha un utile netto di 30 miliardi di $ e una capitalizzazione di 800 miliardi di $ (2019). Le «gig-internet» (per clienti, fatturato o quote di mercato). Capitolo 2 Le infrastrutture informatiche Il modello di Zachman e la funzione dei sistemi informativi Informatica Il nome deriva dalla contrazione di due termini francesi: «information» e «automatique»=> informatique => informatica (in italiano). In inglese «informatics» non è utilizzato, è usata l’espressione «information technology»=> IT IT=> Information Technology, ora di uso comune anche in italiano: l’«IT» sottointende l’insieme delle tecnologie di elaborazione dei dati e delle informazioni. IICT=> Information and Communication Technology, amplia il concetto di «IT» comprendendo anche le tecnologie di comunicazione. Più attuale considerata l’importanza e la diffusione delle tecnologie di comunicazione (senza la comunicazione, non si fa più nulla). Dati e informazioni ! Non sono la stessa cosa! Dato : è una rappresentazione asettica, oggettiva e non interpretata della realtà immediatamente presente alla conoscenza. Così com’è, è un dato: su questa strada il limite è di 80 km/h Informazione : è una concezione della realtà che deriva dall’elaborazione ed interpretazione (del pensiero o del computer) di uno o più dati. Informazione: se supero gli 80 km/h rischio una contravvenzione per eccesso di velocità. Sistema informatico =>Infrastruttura tecnologica che serve per elaborare, memorizzare e trasmettere dati e informazioni. Sistema informativo =>Insieme delle applicazioni, delle procedure e delle risorse umane che, utilizzando l’infrastruttura tecnologica sulla quale poggia (il sistema informatico), consente la produzione e la gestione delle informazioni di un soggetto, un’impresa o un individuo. Un sistema informativo è un insieme di componenti tecnologici interconnessi (integrati) che raccolgono, memorizzano ed elaborano dati e forniscono informazioni in formato digitale. Architettur a=>Disciplina che ha come scopo l’organizzazione dello spazio a qualsiasi scala, ma principalmente quella in cui vive l’essere umano. Semplificando si può dire che essa attiene principalmente alla progettazione e costruzione di un immobile o dell’ambiente costruito (Wikipedia). Architettura dei sistemi informativ i=>Disciplina che ha come scopo l’organizzazione dei processi e delle tecnologie per l’elaborazione dei dati e la produzione delle informazioni per l’ecosistema aziendale in cui opera. Semplificando si può dire che essa attiene principalmente alla progettazione e costruzione di un sistema informativo.

Architettura dei sistemi informativi: il modello (framework) di Zachman Zachman teorizzò il modello architetturale di un sistema informativo che può essere generalizzato sulla base della prospettiva della figura professionale coinvolta rispetto alle macro-componenti di cui è composto.

Le infrastrutture hardware Il funzionamento del computer Il sistema binario : la base del funzionamento del computer L’algebra di Boole è il fondamento del funzionamento di tutti i computer. Senza Boole, non esisterebbe l’informatica. Sistema binario : è un «modo di contare» che utilizza solo 2 cifre, 0 e 1, invece delle 10 cifre (0,1,…,9) con le quali siamo abituati a contare. Algebra booleana: applica al sistema binario degli operatori logici detti «operatori booleani».

  • AND: restituisce «VERO» se entrambe le condizioni sono vere;
  • NOT: nega la condizione e restituisce «VERO» se la condizione è falsa e viceversa.
  • OR: restituisce «VERO» se almeno una condizione è vera.
  • XOR: restituisce «VERO» se le condizioni sono diverse fra loro.

Lo schema architetturale di Von Neumann Von Neumann modellizzò lo schema logico di funzionamento di un computer, tuttora valido sebbene sia nato a cavallo degli anni ’40 e ’50:

I componenti di un computer L’unità centrale

Le periferiche di input

  • Tastiera
  • Mouse
  • Scanner
  • Joystick
  • Touchscreen
  • Tavoletta grafica
  • Penna ottica
  • Riconoscitore vocale
  • Foto/video camera
  • Wearable device (come gli smart watch)
  • Strumenti per uso specialistico (come i lettori di codici a barre)

Le caratteristiche di qualità dei videoterminali ! Importanti! Pensate a quanto tempo si trascorre guardando uno schermo (del PC, del tablet, dello smartphone, della TV…) 4 caratteristiche fondamentali (per semplicità) 1 )La dimensione : si misura in pollici (inch) ed è la lunghezza della diagonale maggiore della superficie utile dello schermo (la cornice non conta). Maggiore è questa misura, maggiore è la dimensione dello schermo.

  1. La risoluzione : si misura in punti (pixel, il «puntino» che si illumina per formare l’immagine) per pollice quadrato (dpi, «dots per inch») o con una sigla che esprime con un prodotto il numero di pixel che compongono la superficie dello schermo
  • VGA (Video Graphic Adapter): 640 X 480 ->risoluzione dei vecchi terminali a tubo catodico (o CRT, Cathodic Ray Tube).
  • SVGA (Super Video Graphic Adapter): 800 X 600-> risoluzione dei vecchi terminali a tubo catodico (o CRT, Cathodic Ray Tube).
  • HD (High Definition): 1270 X 720-> risoluzione degli schermi LCD di PC, tablet, smartphone
  • Full HD (Full High Definition): 1920 X 1080->risoluzione degli schermi televisivi
  • Ultra HD (Ultra High Definition): 3840 X 2160-> risoluzione degli schermi televisivi Maggiore è la risoluzione, migliore è la definizione dell’immagine.
  1. La frequenza di refresh : l’immagine viene formata da una invisibile penna ottica che scorre in verticale e «pittura» lo schermo. La frequenza, espressa in Hz (Hertz), indica «quante volte» al secondo lo schermo viene ridisegnato e oltre i 60/70 Hz l’occhio non distingue più il movimento e l’immagine sembra ferma. Maggiore è la frequenza, minore è la fatica dell’occhio.
  2. La gamma di colore : dipende da quanti bit è la codifica del colore per “colorare” il pixel.
  • gamma a 8 bit: il PC è in grado di colorare un pixel con un massimo di 256 colori.
  • gamma a 24 bit: il PC è in grado di colorare un pixel con oltre 16 milioni di colori (esattamente 16.777.216). La gamma di colore è resa dalla composizione dei 3 colori fondamentali: rosso, verde, blu (Red, Green, Blue o «RGB»).

Il cloud computing Con cloud computing si intende un insieme di tecnologie informatiche che permettono l’utilizzo di risorse hardware e software distribuite in remoto. Il nome “cloud” nasce per rendere l’idea che l’infrastruttura non si sa dove sia fisicamente né come sia strutturata e l’accesso avviene attraverso la rete: sta “sulle nuvole”. I tipi di cloud

  1. Cloud pubblico : infrastrutture di proprietà di un provider commerciale che eroga servizi a più clienti che li acquistano. Amazon AWS, Microsoft Azure, IBM Cloud, Google Cloud Platform, Oracle Cloud Infrastructure, Aruba Cloud sono cloud pubblici.
  2. Cloud privato : piattaforme utilizzate esclusivamente da un’Azienda o organizzazione. Possono essere offerti dai fornitori di cloud pubblico – che riservano una parte della propria piattaforma ad uso esclusivo del cliente – oppure realizzato con le tecnologie disponibili dall’Azienda stessa, installato presso locali dell’Azienda e gestito da proprio personale.
  3. Cloud ibrido : combinano cloud pubblico e privato, in generale dipende dalla tipologia di dati/applicazioni trattate, grazie ad una tecnologia che lo permette. Un’Azienda può decidere di avere applicazioni che necessitano di meno sicurezza e più volumi di operazioni in cloud pubblico, e quelle a maggior esigenza di sicurezza e minori volumi in cloud privato. Modelli di servizio
  4. Software as a Service (SaaS) : le applicazioni sono il servizio che viene fornito all’utente/cliente finale dal cloud provider e da esso utilizzati direttamente.
  5. Platform as a Service : il cloud provider fornisce un servizio costituitoda piattaforme per far funzionare i programmi sviluppati dall’utente/cliente che a sua volta le distribuirà ai propri utenti/clienti.
  6. Infrastructure as a Service : il cloud provider fornisce anche l’infrastruttura quali server, sistemi di archiviazione dati (data storage) e connessione di rete.