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INFORMATICA
Nascita del calcolatore
L'informatica è un elemento essenziale della società moderna. L'uso del calcolatore è uscito dai campi tradizionali del calcolo scientifico per entrare in tutte le aree della produzione industriale, dalla medicina all'editoria. Due miliardi di persone si collegano ad Internet. Centinaia di milioni di miliardi (il numero non è un errore di battitura) di transistor – i componenti elementari delle tecnologie dell'informazione – popolano i prodotti che ci circondano per l'equivalente della metà del valore economico di questi oggetti. Centinaia di miliardi di istruzioni software, manifestazioni di intelligenza umana, animano questi componenti e attraverso di essi tutti i processi che caratterizzano la nostra società moderna. Nel linguaggio comune il termine “informatica” viene usato per riferirsi a tre aspetti tra loro distinti, seppur collegati: -Operativo: un insieme di applicazioni e manufatti (i computer); -Tecnologico: una tecnologia che realizza quelle applicazioni; -Culturale: una disciplina scientifica che fonda e rende possibile quella tecnologia. L’informatica come insieme di applicazioni è la percezione della persona comune; “conoscere l’informatica” significa “saper usare le applicazioni”. L’informatica come tecnologia è la percezione del tecnico (del perito, del laureato, dello specialista, ciascuno al suo livello di competenza); “conoscere l’informatica” significa in questo caso “saper realizzare le applicazioni”. L’informatica come scienza dovrebbe essere invece patrimonio di ogni persona con educazione superiore. I principi fondamentali dell’informatica sono in grado di fornire modelli di interpretazione e una strumentazione culturale utile nella vita comune della persona colta che deve affrontare le sfide del mondo moderno. Il termine calcolatore designa genericamente un sistema elettronico di elaborazione dati, nato in forma meccanica sviluppatosi in forma analogica e giunto poi alla forma digitale. Il più antico strumento di calcolo, utilizzato per compiere operazioni matematiche fu l’abaco in uso già 2000 anni fa in Cina. Fu Ada Lovelace, considerata oggi la prima programmatrice della storia, ad accorgersi delle vere potenzialità della macchina di Babbage: sebbene fosse stata progettata per svolgere solo calcoli matematici, Ada riconobbe la possibilità di programmare la macchina per altri fini. Nel 1854, le idee di Leibniz vennero riprese da George Boole, che pubblica la propria algebra booleana, creando un sistema nel quale è possibile trattare ogni relazione logica attraverso l'utilizzo di formule algebriche e utilizzando solamente numeri binari nel 1896 Hollerith fondò la Tabulating Machine Company, che nel 1924 divenne la International Business Machine (IBM) Tra gli antenati degli anni '30 del calcolatore, figura il Memex, macchina immaginaria progettata da Vannevar Bush. L’idea era quella di un sistema di archiviazione di dati utilizzato a scopi personali La macchina di Turing ha rappresentato il modello formale dal quale è nato, negli anni ‘40, il calcolatore così come lo conosciamo oggi. È una macchina astratta (cioè mai costruita realmente) in grado di svolgere in teoria qualunque elaborazione la cui esecuzione possa essere automatizzata. Fu ideata nel 1936 da Alan Turing. Turing era partito dal tentativo di risolvere un problema di teoria della calcolabilità: il problema della decisione. Quest’ultimo era uno dei 23 problemi presentati da David Hilbert a Parigi nel 1900, durante
il Congresso Internazionale dei matematici. La questione che poneva Hilbert era se potesse esistere un algoritmo in grado di rispondere circa la veridicità o la falsità di qualsiasi enunciato matematico. Dunque Turing nel tentativo di risolvere il problema della decisione inventò il dispositivo astratto più "potente" che fosse mai stato immaginato. La macchina si basa su componenti fisiche (hardware) e programmi (software) ed esiste solo come integrazione di questi elementi. Dopo Turing il concetto di macchina sarà caratterizzato solo dall’insieme delle componenti materiali (hardware) e istruzioni (software), non esisterà più una differenziazione tra dati e programmi. La macchina di Turing risolve problemi attraverso opportune istruzioni scritte in un linguaggio ad essa comprensibile. Il termine algoritmo deriva dal nome del matematico arabo Muhammad ibn Musa al- Khuwarizmi. Un algoritmo può essere definito come un metodo per risolvere in modo efficiente, univoco, universale, formalmente preciso e finito un problema. Nella sua accezione più ampia, è possibile includere nella categoria degli algoritmi anche una semplice ricetta di cucina oppure il libretto di istruzioni di un elettrodomestico. Le proprietà fondamentali di un algoritmo sono: -Finitezza delle operazioni da svolgere. -Non ambiguità del linguaggio in cui sono scritte le operazioni da effettuare. Questo significa che le istruzioni devono essere scritte in un linguaggio codificato e formale. -Universalità della procedura algoritmica nel senso che essa deve valere per tutti i problemi dello stesso genere. -Completezza: tutte le operazioni necessarie devono essere dichiarate in maniera esplicita. NOTA: ESISTONO 6 GENERAZIONI
Codifica dell’informazione
L’informazione è “un elemento o un dato che ci permette di venire a conoscenza di qualcosa”. Con riferimento allo specifico ambito dell’informatica, De Mauro definisce l’informazione come “un dato o un insieme di dati immessi in un sistema informatico” laddove il dato è “un elemento di un’informazione costituito da simboli”. L’informazione può essere definita come un insieme di dati espressi mediante una rappresentazione simbolica ed inseriti in un contesto interpretativo. In generale, per rappresentare le informazioni, è possibile adottare sistemi di simboli diversi. La corrispondenza fra ogni singolo simbolo e l’informazione che esso intende rappresentare viene chiamata codifica dell’informazione. Un codice è un insieme di simboli e di regole. Queste ultime sono necessarie a definire l’uso e il significato dei simboli. Codificare un’informazione significa determinare una corrispondenza fra i segni di un codice e i dati che costituiscono l’informazione e il suo significato. E’ importante che a ogni simbolo corrisponda una sola informazione e viceversa, in modo che il messaggio non risulti mai ambiguo. La rappresentazione dell’informazione numerica può adottare varie tecniche. Noi usiamo normalmente la numerazione decimale posizionale, dove una cifra assume un valore dipendente dalla posizione che occupa nel numero. Per esempio, la cifra “2” nel numero 12 vale 2100 (dove 0 è la posizione occupata dal 2 nel numero in esame) e nel numero 2987 vale 2103 (dove 3 è la posizione occupata dal 2 nel numero in esame).
di pixel e di conseguenza migliore sarà la risoluzione dell’immagine. La risoluzione di un’immagine altro non è che il numero di pixel da cui essa è composta. Questa viene indicata di solito attraverso la moltiplicazione delle celle verticali per quelle orizzontali della griglia. Un sistema per la rappresentazione digitale dei colori viene detto modello di colore. Esistono svariati modelli di colore, la maggior parte dei quali usa i colori primari convenzionali per derivare tutte le possibili tonalità di colore rappresentabili. Il modello di colore maggiormente utilizzato è lo schema RGB, il cui nome deriva proprio dalle iniziali dei termini inglesi Red (Rosso), Green (Verde) e Blue (Blu) che sono i colori primari su cui il modello è costruito. In RGB, per ognuno dei tre colori primari, è possibile rappresentare 256 sfumature diverse. La codifica di una immagine realizzata effettuando la memorizzazione dei punti colore associati ai singoli pixel, è chiamata bitmap o raster. Bitmap è un formato di rappresentazione delle immagini molto costoso in termini di numero di byte necessari, dal momento che ogni pixel dell’immagine richiede 24 bit (3 byte) per essere rappresentato. Esistono altri formati di rappresentazione delle immagini che adottano tecniche di compressione per ridurne le dimensioni della rappresentazione. Fra le tecniche di compressione distinguiamo quelle senza perdita di informazione da quelle con perdita di informazione. Le tecniche senza perdita di informazione (lossless), comprimono la rappresentazione dell’immagine senza perdere alcun dettaglio relativo ai punti di colore e alle sfumature di ciascun pixel. Viceversa, le tecniche con perdita di informazione (lossy) sono disposte a rinunciare alla rappresentazione di alcuni dettagli dell’immagine al fine di ridurre in modo significativo le dimensioni di rappresentazione. Riguardo alla precisione di ogni campione audio, si è scelto un numero di bit consono a rappresentare la gamma di volumi a cui si è normalmente esposti, dal sussurro fino a rumori forti (ma sotto la soglia del dolore); questo valore è stato fissato a 16 bit. Tuttavia non è raro trovare suoni registrati a 24 bit, in modo da poter sfruttare una precisione maggiore durante le fasi di lavorazione di un prodotto, come può essere un disco musicale Infine si noti che l'essere umano, in genere, è dotato di due orecchie. Questo gli permette di localizzare la direzione da cui provengono i suoni. Per poter codificare (almeno in parte) questo tipo di informazione, solitamente vengono rappresentati segnali audio stereofonici, cioè composti da due sequenze di campioni, una relativa al canale sinistro ed una al canale destro Per un video l’unità minima di informazione è rappresentata dal fotogramma, a sua volta composto da pixel. In definitiva, la rappresentazione binaria di un video è costituita da una sequenza immagini, complete di un'indicazione della velocità a cui vanno riprodotte.
Struttura del calcolatore
l funzionamento di un calcolatore si basa sull’interazione tra componenti fisiche hardware e programmi software. Il termine Hardware, letteralmente “ferraglia”, designa la parte fisica della macchina, composta da tutte le componenti materiali che ne consentono il funzionamento sulla base dei principi dell’elettronica. Ogni componente svolge una sua funzione di base: -Elaborazione dati -Memorizzazione dati
-Trasferimento dati Le componenti principali dell’hardware sono: la CPU, la memoria centrale (RAM), la memoria di massa e le periferiche che consentono al calcolatore di comunicare con l’esterno. Esistono diversi modi di combinare questi elementi. La maggior parte dei calcolatori moderni segue quella che è chiamata architettura di von Neumann , caratterizzata dall'utilizzo di un'unica memoria di lavoro, in cui sono memorizzati sia i dati sia i programmi (contrapposta all'architettura Harvard, dove dati e programmi risiedono in spazi di memoria distinti), e dove tutte le componenti sono collegate tra loro da bus. Oltre a queste, il calcolatore si compone anche di una scheda madre, che è la piastra sulla quale si inseriscono tutte le varie componenti, dal microprocessore all’hard disk, ai connettori provenienti dalle varie periferiche. Inoltre, un calcolatore è dotato di un alimentatore elettrico, un dispositivo che ha il compito di trasformare La corrente alternata proveniente dalla rete elettrica in corrente continua utilizzata dai dispositivi all’interno del calcolatore. Nei calcolatori portatili, oggi molto diffusi, l’alimentatore è affiancato da una batteria che permette il funzionamento del dispositivo anche senza il collegamento alla rete elettrica. Tutti questi elementi sono contenuti nel case ovvero la scatola di metallo che racchiude i componenti del calcolatore. La CPU (Central Processing Unit) è l’unità centrale del calcolatore. Comprende il controllo logico e l’unità aritmetica e si occupa di eseguire i programmi che sono scritti in linguaggio macchina. Attualmente le CPU sono costituite da microprocessori che racchiudono in un unico circuito integrato le seguenti componenti di calcolo: -L’unità di controllo (CU, Control Unit). La CU esegue le istruzioni dei programmi, coordina le attività del microprocessore, controlla il flusso delle istruzioni tra il microprocessore e la memoria. Inoltre svolge la sua attività in modo ciclico: preleva dalla memoria principale la “prossima” istruzione da eseguire, preleva gli operandi specificati nell’istruzione, decodifica ed esegue l’istruzione e infine ricomincia. -L’unità logico aritmetica (ALU, Arithmetic-Logic Unit) è il nucleo di esecuzione dei calcoli, essendo in grado di eseguire operazioni come somma, sottrazione, moltiplicazione e divisione (oltre che le principali operazioni logiche come AND, OR e NOT). Una volta prelevati gli operandi dai Registri di memoria, esegue l'operazione richiesta e ne deposita il risultato nuovamente in memoria. La ALU, insieme all’unità di controllo, collabora al completamento di un ciclo della macchina. -I registri di memoria sono delle unità di memoria estremamente veloci con capacità ridotta ma con tempo di accesso molto breve. Le dimensioni variano da 16, 32, 64 bit e vengono utilizzati per immagazzinare le istruzioni e i dati che stanno per essere processati, o sono appena stati processati. -I bus sono dei canali di comunicazione tra le varie componenti dell’elaboratore e si differenziano a seconda della funzione svolta. Tra i principali produttori di microprocessori citiamo Intel, Amd, Motorola e Sun. Ogni microprocessore è caratterizzato da un clock che scandisce la sequenza delle operazioni da eseguire. La frequenza di clock indica il numero di operazioni elementari che vengono eseguite dalla CPU nell’unità di tempo ed è uno dei parametri con i quali si valuta la velocità di calcolo di un microprocessore. L’unità di misura della frequenza di clock è l’Hertz (1 Hertz corrisponde ad una operazione al secondo). I microprocessori attualmente in commercio raggiungono frequenze di clock nell’ordine dei GigaHertz (109 Hertz). Un calcolatore possiede due tipi di memoria: la memoria primaria o centrale e la memoria secondaria o di massa. La memoria primaria è quella che conserva i programmi in esecuzione e i dati in uso all’interno della CPU. E’ organizzata come una successione di bit raggruppati in unità dotate di indirizzo (un numero progressivo a partire da 0, codificato in esadecimale) dette celle. La velocità di accesso a questa memoria è
Le periferiche si collegano al calcolatore mediante le porte (o interfacce) di comunicazione, e possono variare a seconda del tipo e della velocità di trasmissione. Inoltre per ogni tipo di periferica, esiste una scheda chiamata controller che viene connessa alla scheda madre e che ha il compito di gestire il comportamento della periferica. I dispositivi di input consentono di comunicare al calcolatore informazioni provenienti dall’utente o dall’ambiente esterno. I principali dispositivi di input sono: la tastiera, gli strumenti di puntamento (mouse), lo scanner, il microfono, le macchine fotografiche e le videocamere digitali. La testiera è il dispositivo di input principale ed è comunemente affiancata dagli strumenti di puntamento. Questi ultimi, oltre al popolarissimo mouse, sono costituiti dal touchpad, uno strumento molto diffuso sui calcolatori portatili che offre funzionalità analoghe a quelle del mouse. In particolare, il touchpad è costituito da un’area sensibile al movimento e alla pressione delle dita che è collegata con il puntatore sullo schermo. Lo scanner è una periferica che si collega alla macchina, spesso usando una porta che è detta USB (Universal Serial Bus) che permette di riprodurre digitalmente una sorgente cartacea (una fotografia o un documento scritto). Microfoni, macchine fotografiche e videocamere digitali sono dispositivi analoghi a quelli tradizionalmente conosciuti con la differenza che sono in grado di comunicare al calcolatore una versione digitale del suono, delle fotografie e dei video realizzati. I dispositivi di output consentono al calcolatore di comunicare all’esterno informazioni in esso contenute. I principali dispositivi di output sono: lo schermo, la stampante e le casse per la riproduzione del suono. E’ importante notare che nella maggior parte dei casi il collegamento al calcolatore di una periferica richiede, oltre al collegamento dei cavi alla porta adeguata, l’istallazione di uno specifico software chiamato driver che ha il compito di gestire il flusso di dati diretto e proveniente dal dispositivo, facendo in modo che la periferica funzioni correttamente (rappresenta in pratica il vocabolario contenente il "linguaggio" di comunicazione della periferica). Oltre a quelle menzionate, esistono altre tipologie di periferiche. Tra le più comuni citiamo la scheda di rete, che permette di collegare un calcolatore ad altri calcolatori tramite una rete locale o la rete Internet, e il modem che consente di far comunicare due calcolatori tramite la rete telefonica.
Programmi e software
Se l'hardware è la componente materiale di un calcolatore, il software ne costituisce la componente immateriale. Il termine software è l'insieme dei programmi che possono essere eseguiti da un calcolatore. In particolare, un singolo programma software è un insieme di istruzioni che un calcolatore, e più precisamente la CPU, deve eseguire per portare a compimento un certo compito (task). Microsoft Word è un esempio di programma software che contiene istruzioni per la creazione e la gestione di documenti. Nel contesto di Word, il pulsante che consente di formattare in grassetto un testo selezionato è una funzione software associata a un insieme di istruzioni che consentono di raggiungere l’obiettivo. Mozilla Firefox è invece un esempio di programma software che si propone come strumento per reperire e visualizzare pagine web. Ne risulta che esistono diverse tipologie di programmi software di cui è opportuno conoscere le specificità. E’ consuetudine suddividere il software in due macro-categorie: il software di sistema e il software applicativo. Il software di sistema è l’insieme dei programmi che gestiscono le risorse e il comportamento del calcolatore. In questa categoria, il software più importante è il sistema operativo, un insieme di programmi che controlla e gestisce le funzionalità legate a CPU, memoria, periferiche e dispositivi di input/ output collegati al calcolatore. Nel software di sistema sono inclusi i firmware e i driver. Il firmware è un software integrato in un dispositivo elettronico per svolgere funzioni specifiche, come l’avvio del dispositivo
stesso. Un esempio di firmware è il BIOS (Basic Input-Output System) che è un firmware integrato sulla scheda madre del calcolatore con il compito di eseguire la procedura di avvio all’accensione della macchina. Il driver è un software che affianca uno specifico dispositivo e ne consente il corretto funzionamento. Il driver è normalmente installato all’interno del sistema operativo e consente al calcolatore di utilizzare il dispositivo. Ogni dispositivo possiede il proprio driver e il driver è composto da un insieme di procedure che controllano le varie funzionalità del dispositivo. Il software applicativo comprende tutti i programmi che consentono all’utente di eseguire compiti specifici. Sono esempi di software applicativo i programmi per la creazione e la gestione di documenti, i fogli di calcolo , i browser per la navigazione su web, i programmi per la gestione della posta elettronica, i programmi per l’elaborazione delle immagini. Il sistema operativo (SO) è il software di sistema più importante per il corretto funzionamento di un calcolatore e presiede numerose funzionalità. Da un lato, il sistema operativo si occupa di gestire le componenti fisiche del calcolatore. In particolare, sono di competenza del sistema operativo funzioni come: -La gestione della CPU e della memoria principale (RAM). In ogni istante, il calcolatore esegue numerosi programmi. Per questo motivo, il sistema operativo deve stabilire come e in quale ordine questi programmi avranno accesso alla CPU, allocando inoltre lo spazio in memoria principale per ciascuno di essi. -La gestione dei file e la memorizzazione sui dispositivi di memoria secondaria. Il sistema operativo è dotato di un modulo denominato file system per la gestione dei file. Questo modulo presiede le operazioni di salvataggio/memorizzazione dei file e le corrispondenti operazioni di lettura/caricamento dei medesimi. Il file system utilizza un’organizzazione dei file in cartelle (directory) per favorire una gestione ordinata e intuitiva dello spazio disponibile da parte dell’utente. -L’interazione con le periferiche. Tramite i driver, il sistema operativo è in grado di comunicare con i dispositivi collegati al calcolatore consentendone il corretto funzionamento. Inoltre, il sistema operativo si occupa di gestire l’interazione fra l’utente e il calcolatore. In particolare, è compito del sistema operativo intercettare i comandi dell’utente e fare in modo che essi siano correttamente eseguiti orchestrando il funzionamento delle varie componenti del calcolatore che si rendessero necessarie. A tal fine, il sistema operativo è dotato di un’interfaccia, normalmente visuale che consente all’utente di comunicare in maniera intuitiva (user friendly) con il calcolatore. Questa interfaccia è chiamata GUI (Graphical User Interface) e utilizza strumenti come finestre, pulsanti e puntatori per fornire all’utente gli strumenti necessari per invocare l’esecuzione dei comandi. Esistono sistemi operativi diversi, ognuno con le proprie caratteristiche e peculiarità. I sistemi operativi più diffusi e conosciuti sono certamente Microsoft Windows, Linux e Apple Mac OS X. Windows è un prodotto della società statunitense Microsoft e prende il nome dall’elemento che ne caratterizza l’interfaccia grafica: la finestra (window). Nel corso degli anni, le versioni di Microsoft Windows che sono andate succedendosi sono piuttosto numerose. Si tratta di un sistema operativo disponibile per numerose piattaforme, cioè installabile su calcolatori con diverse tipologie di microprocessore e scheda madre. Microsoft Windows è un sistema operativo commerciale, è dunque necessario pagare l’acquisto di una licenza per poterlo installare su un calcolatore. Linux è un sistema operativo non commerciale e può essere installato su un calcolatore senza dover pagare alcuna licenza. La prima versione di questo sistema operativo nasce nel 1991 a opera di Linus Torvalds, un giovane studente da cui il sistema ereditò il nome. Si tratta di un sistema operativo estremamente versatile e installabile su numerose piattaforme. Oggi questo sistema operativo è disponibile in svariate distribuzioni. Le diverse distribuzione Linux condividono l’uso del medesimo nucleo (kernel) del sistema e si differenziano nei restanti moduli. Ne risulta che le varie distribuzioni possono presentare differenze anche sostanziali per l’utente. Sono esempi di distribuzioni Linux il noto Ubuntu, Fedora e SuSE. Mac OS X è un prodotto della società statunitense Apple ed è concepito per essere installato solo ed
-Software per grafica, disegno, fotoritocco e animazione. Consentono la modifica e la manipolazione di immagini e oggetti di tipo grafico. -Software per la riproduzione audio e video. -Software per la navigazione su web (browser). Consentono di reperire e visualizzare pagine web. Infine, tra i software applicativi occorre menzionare i prodotti gestionali concepiti e sviluppati per soddisfare le specifiche esigenze di una certa realtà. Il software di gestione di ospedali, biblioteche, uffici, magazzini sono esempi di questo tipo. I software gestionali sono commissionati dall'interessato (l'azienda che necessita del software per le proprie esigenze gestionali) ad una o più società di sviluppo software (software house) concordando le funzionalità da sviluppare e il prezzo da corrispondere. Quando l'utente vuole visualizzare o modificare il contenuto di un file, il sistema operativo si occupa di eseguire l'applicazione più adatta per decodificare e manipolare i dati in esso contenuti. Ogni sistema operativo ha una strategia diversa per riconoscere la tipologia di un file (immagine, testo, suono, ecc). Le tecniche principali sono le seguenti: Estensione: In Windows i caratteri successivi all'ultimo punto (".") determinano l'estensione del file Metadati espliciti : In Mac OS X ogni file è accompagnato da un file nascosto con lo stesso nome, ma preceduto da un punto Magic number: indipendente dal nome del file o da altri file collaterali (informazioni che si perdono facilmente) prevede l'utilizzo di dati addizionali salvati in testa al file (chiamate header o intestazione ), e di convenzioni per interpretare tali dati.
Calcolatori
Una rete di calcolatori è costituita da un insieme di calcolatori autonomi connessi fra loro attraverso canali di comunicazione fisica (ad esempio, cavi, onde radio) allo scopo di poter condividere dati, informazioni e programmi. Una rete può essere vista come un insieme di punti (spesso denominati nodi) e di linee che collegano tra loro questi nodi. In una rete di calcolatori, i nodi sono costituiti dai singoli calcolatori e le linee di collegamento sono costituite dai canali di comunicazione. Questa organizzazione dell’elaborazione dei dati nasce dall’esigenza di superare il precedente modello in cui la potenza di calcolo e le informazioni risiedevano presso un unico grande elaboratore (mainframe) a cui si accedeva per mezzo di terminali, i quali non erano però dotati di capacità di calcolo autonome. Il modello a rete garantisce maggiore flessibilità e costi inferiori. La tecnologia delle reti, infatti, insieme all'emergere dei personal computer a basso costo, ha permesso rivoluzionari sviluppi nell'organizzazione delle risorse di calcolo. Moltissimi sono gli usi delle reti di calcolatori, sia per le organizzazioni che per l’utenza privata. 1)Organizzazioni: -condivisione delle risorse: è possibile rendere disponibili programmi e informazioni anche distanti migliaia di chilometri; -affidabilità: possono essere mantenute in rete sorgenti alternative delle risorse (ad es. duplicando le applicazioni e i dati su più calcolatori); -diminuzione dei costi: una rete di calcolatori costa molto meno di un mainframe; -scalabilità: le prestazioni del sistema possono essere aumentate incrementando il numero di elaboratori (entro certi limiti); -comunicazione fra persone: è possibile ad esempio inviare messaggi, scambiarsi file. 2)Utenza privata:
-accesso ad informazioni remote (servizi bancari, acquisti da casa, navigazione sul World Wide Web); -comunicazione fra persone (posta elettronica, videoconferenze, gruppi di discussione); -intrattenimento (video on demand, giochi interattivi). I modelli di organizzazione di una rete sono molteplici. Ad oggi, non esiste una tassonomia generalmente accettata in cui tutte le reti possono essere catalogate, ma è possibile ricondurre gli aspetti di maggiore rilevanza a due: la tecnologia di trasmissione e la scala. Per quanto riguarda la trasmissione, esistono due principali modelli di organizzazione: -Reti a diffusione globale (broadcast). -Reti punto-a-punto (point-to-point). Le reti broadcast possiedono un unico canale di comunicazione condiviso da tutte le macchine del sistema. Brevi messaggi, denominati pacchetti, possono essere inviati da un qualsiasi elaboratore ed essere ricevuti da tutti gli altri. Un campo indirizzo all’interno del pacchetto ne indica il destinatario. Quando un calcolatore riceve un pacchetto, esamina l’indirizzo di destinazione ed elabora il messaggio nel caso in cui questo fosse a lui destinato, altrimenti lo ignora. Generalmente, le reti broadcast permettono anche di inviare un pacchetto indirizzandolo a tutti gli elaboratori della rete oppure ad un sottoinsieme di questi (multicasting). Le reti punto-a-punto consistono invece di un insieme di connessioni fra coppie di macchine. Per andare dal mittente al destinatario, un pacchetto potrebbe dover visitare una o più macchine intermedie, che, se il messaggio non è a loro destinato, lo inoltrano ad un elaboratore successivo. Spesso sono possibili parecchi cammini alternativi di diversa lunghezza, per questo ricoprono un ruolo fondamentale in questo tipo di rete gli algoritmi di instradamento (routing), che hanno lo scopo di individuare il miglior percorso per raggiungere il calcolatore destinatario di un messaggio a partire dal mittente. Prendendo invece in considerazione la scala, le reti possono essere suddivise in: -Locali (LAN): sono reti private all’interno di un edificio, di dimensione al più di qualche chilometro. -Metropolitane (MAN): corrispondono ad una versione ingrandita delle LAN; si estendono all’interno di una città. -Geografiche (WAN): coprono una grande area geografica come una nazione o un continente. Esistono molteplici tipologie di reti, spesso con hardware e software differenti; coloro che si collegano ad una rete, molte volte desiderano comunicare con utenti di altre reti. Per fare ciò è necessario collegare insieme reti diverse e spesso incompatibili, qualche volta usando macchine chiamate gateway che realizzano la connessione e si occupano di eseguire le necessarie traduzioni. Una collezione di reti collegate viene chiamata internet (internetwork). Con il termine Internet (con la I maiuscola) si identifica invece un’internet mondiale utilizzata per collegare università, uffici governativi, aziende e privati. In questo senso, quando parliamo di Internet intendiamo una rete di reti, ovvero una rete i cui nodi sono a loro volta delle reti. Oltre ad essere collegati fra loro, i nodi di una rete necessitano di un linguaggio comune con cui scambiarsi le informazioni. I linguaggi adottati per le comunicazioni in rete sono detti protocolli. Per ridurre la complessità di progettazione, la maggior parte delle reti è organizzata come una serie di strati o livelli, ognuno dei quali costruito su quello inferiore. Ogni livello si occupa di una delle informazioni necessarie all’invio del messaggio. Fra un tipo di rete ed un altro possono variare: -il numero di livelli; -i nomi dei livelli; -il contenuto dei livelli; -le funzioni dei livelli.
modello più diffuso. In una rete lineare l’interruzione di un arco isola il nodo corrispondente ma non compromette il funzionamento della rete, inoltre la rete risulta partizionata solo in caso di danneggiamento della dorsale. La WAN (Wide Area Network) è una rete geografica che si estende su un vasto territorio e consente l’interconnessione (internetworking) fra sottoreti distinte, appartenenti a diverse organizzazioni ed etorogenee dal punto di vista dei protocolli. All’interno di una WAN distinguiamo i calcolatori (host) che mettono a disposizione i servizi e la sottorete di comunicazione caratterizzata da linee di trasmissione (circuiti, canali, dorsali) ed elementi di commutazione (router). Un router è un elaboratore specializzato con funzione di instradamento. Il router appartiene contemporaneamente a due reti e consente la propagazione di un messaggio dal nodo seguente al destinatario. I principali problemi in una rete WAN derivano dall’eterogeneità dei protocolli. Motivo per cui gli elaboratori di una sottorete che sono “esposti” verso l’esterno hanno funzione di gateway e si occupano delle necessarie traduzioni per garantire l’interoperabilità con i protocolli in uso nelle altre reti. Un altro tipo di problema deriva dalla sicurezza. Infatti per evitare intrusioni in una sottorete gli elaboratori esposti hanno funzione di firewall e filtrano il traffico entrante/uscente dalla sottorete evitando le connessioni indesiderate. Le reti Wireless o reti WLAN (Wireless local Area Network) sono reti locali senza fili. Queste non utilizzano collegamenti via cavo (cablaggio) per connettere fra loro gli host della rete ma si servono di altri strumenti di trasmissione come le onde radio, la luce infrarossa o i sistemi laser. Ogni sistema di comunicazione wireless è composto da un trasmettitore, un ricevitore e da elementi deputati all’irradiazione elettromagnetica ovvero le antenne, i laser o i fotorivelatori. Uno dei vantaggi principali delle reti wireless è sicuramente quello dell’eliminazione dei fili di interconnessione fra i vari dispositivi di rete che molto spesso risulta scomodo e poco flessibile in presenza di postazioni che necessitano di muoversi e di spostarsi, come nel caso dei calcolatori portatili. Un altro vantaggio delle reti wireless è il supporto alla mobilità del servizio, come nel caso delle reti cellulari in cui un dispositivo può rimanere connesso alla rete pur spostandosi e muovendosi nello spazio. Tra i principali svantaggi delle reti wireless citiamo il fatto che forniscono prestazioni inferiori rispetto alle tradizionali reti connesse mediante filo. Le reti WiFi sono reti Wireless che si basano sulle specifiche dello standard IEEE 802.11. Le reti WiFi sono infrastrutture relativamente economiche e di veloce attivazione che consentono di realizzare sistemi flessibili di trasmissione dati usando frequenze radio, estendendo o collegando tra di loro reti già esistenti quindi creandone di nuove. Una rete WiFi è basata su un dispositivo radio dotato di antenna che costituisce il punto di accesso (router) alla rete a cui un calcolatore può connettersi per accedere alla rete Internet. Molte città offrono un servizio WiFi e hanno predisposto una rete di punti di accesso nei principali punti di interesse del territorio per fare in modo che gli utenti possano godere di un accesso alla rete Internet in ogni momento e in ogni luogo. I principali svantaggi delle reti WiFi sono legati alla sicurezza dal momento che l’utilizzo in luoghi pubblici espone a potenziali violazioni delle proprie comunicazioni e dei dati sensibili trasmessi. Bluetooth è una specifica per reti personali senza fili (WPLAN) che fornisce un metodo standard, economico e sicuro per scambiare informazioni tra dispositivi diversi attraverso una frequenza radio. Questi dispositivi possono essere palmari, telefoni cellulari, personal computer, portatili, stampanti, ecc. La specifica Bluetooth è stata sviluppata da Ericsson, ma in seguito è stata formalizzata dalla Bluetooth Special Intest Group (SIG), un’associazione formata da Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba, Nokia e altre società che si sono aggiunte. Questo standard è stato progettato con l’obiettivo di ottenere bassi consumi, un corto raggio
d’azione (nell’ordine di poche decine di metri) e un basso costo per dispositivi compatibili. Per questo non può essere paragonato con il Wi-Fi, dato che questo è un protocollo nato per fornire elevate velocità di trasmissione a lungo raggio, cioè coprendo un territorio ampio anche centinaia di metri. Il Bluetooth crea una personal area network mentre il Wi-Fi crea una local area network. L’obiettivo di Bluetooth è fornire un meccanismo di comunicazione per dispositivi ravvicinati quali possono essere un telefono cellulare e un auricolare, due calcolatori portatili o una macchina fotografica e una stampante.
Fogli di calcolo
Un foglio di calcolo (anche conosciuto come foglio elettronico o spreadsheet in lingua Inglese) è un programma applicativo di produttività personale. Si tratta di un programma che, operando su dati organizzati in una griglia di celle, offre strumenti di elaborazione e automazione del calcolo, quali ad esempio l’inserimento di funzioni predefinite, la definizione di formule personalizzate e la costruzione di grafici e diagrammi. Esistono molti esempi di fogli di calcolo. A partire da VisiCalc (1978) che è il primo programma di questo tipo e passando per Lotus-1-2-3 (1983) che è il primo foglio di calcolo di grande successo commerciale, arriviamo ai più recenti e diffusissimi Microsoft Office Excel e OpenOffice.org Calc. Un foglio di calcolo si presenta come una griglia di celle, ciascuna risultante dall’intersezione di una riga e una colonna. Convenzionalmente, le colonne e le righe di un foglio di calcolo sono identificate rispettivamente da un indice progressivo alfabetico (A, B, …) e da uno numerico (1, 2, …). Ne consegue che ogni cella possiede coordinate univoche rappresentate dalla combinazione degli indici di colonna e riga che la determinano. In un foglio di calcolo, esiste sempre almeno una cella selezionata che indica la posizione corrente all’interno del foglio. La cella selezionata è evidenziata mediante una bordatura di colore nero, più marcata rispetto alla bordatura delle altre celle. Inoltre, essa è dotata di un quadratino sporgente nell’angolo in basso a destra chiamato maniglia di riempimento che, come vedremo in seguito, consente di accedere a particolari funzionalità legate al riempimento automatico di celle e al trascinamento di formule. Sopra alla griglia delle celle, il foglio di calcolo mostra la barra della formula (fx) che visualizza il contenuto della cella correntemente selezionata. Una cella di un foglio di calcolo può ospitare tre diverse tipologie di contenuto: valori testuali, cioè una sequenza di caratteri alfanumerici (anche denominata stringa di testo); valori numerici, cioè una sequenza di cifre; formule, cioè espressioni di calcolo che consentono di eseguire operazioni sul contenuto di altre celle. Una formula può essere composta manualmente utilizzando i consueti operatori aritmetici di somma (+), sottrazione (-), prodotto (*), divisione (/) e elevamento a potenza (^). A questi, si aggiunge la possibilità di costruire una formula utilizzando, anche in modo combinato, le funzioni predefinite che il foglio di calcolo mette a disposizione per eseguire calcoli complessi. Una formula ha inizio con il simbolo di uguaglianza (=) al quale segue l’espressione della formula da calcolare. Una volta completato l’inserimento della formula (premendo il tasto Invio sulla tastiera), la cella mostra il risultato calcolato mediante l’espressione inserita. Selezionando una cella che contiene una formula, l’espressione corrispondente è visualizzata nella barra della formula. Talvolta, i dati di un foglio di calcolo appartengono a un elenco predefinito e possono richiedere una lunga attività di inserimento. In questi casi, è possibile utilizzare una funzionalità chiamata riempimento automatico di celle che consente di inserire automaticamente gli elementi relativi alle serie di dati predefinite. Sono disponibili serie di dati testuali, come i mesi dell’anno o i giorni della settimana, e
sequenza di caratteri e l’estrazione di una porzione di testo in una posizione specifica di una cella. -Logiche. Sono funzioni legate agli operatori logici AND, OR, NOT. Inoltre, figura in questa categoria la funzione condizionale IF (detta funzione SE nella versione di Excel in italiano). Una funzione prevede uno o più argomenti racchiusi fra parentesi che indicano i valori o i riferimenti alle celle da considerare per il calcolo della funzione. La funzione SOMMA è una funzione matematica che permette di eseguire la somma dei valori numerici contenuti in un intervallo di celle specificato. La sintassi della funzione è la seguente: =SOMMA(num1;num2;…) Nella formula, num1;num2;… sono i riferimenti alle celle contenenti i valori da sommare. In alternativa, è possibile utilizzare una sintassi più sintetica in cui la funzione SOMMA riceve un unico argomento num1 che rappresenta un intervallo di celle. In questo caso, i valori numerici contenuti nelle celle dell’intervallo specificato saranno considerati nell’operazione di somma. Si noti che il risultato prodotto dalla funzione SOMMA può essere ottenuto anche mediante l’inserimento di una formula manuale in cui si utilizza l’operatore aritmetico di addizione (+) concatenando i riferimenti alle celle contenenti gli addendi. Per esempio, la funzione =SOMMA(B5:B9) è equivalente alla seguente formula inserita manualmente: = B5+B6+B7+B8+B L’utilità della funzione SOMMA risulta evidente quando è necessario sommare i valori di un intervallo di celle molto ampio. In questo caso, l’inserimento di una formula manuale è sconsigliabile, poiché richiede l’inserimento di tutti i riferimenti alle celle che contengono i valori da sommare. Spesso, una formula, magari abbastanza complicata, deve essere invocata diverse volte in un foglio di calcolo, ma su intervalli di celle differenti. La medesima situazione può accadere per una funzione. Il foglio di calcolo offre una funzionalità di trascinamento di formule e funzioni che lavora in modo analogo al riempimento automatico di celle. In particolare, mediante la maniglia di riempimento, è possibile trascinare una cella che contiene una formula o una funzione copiandola da una cella di origine a una cella di destinazione. Il trascinamento ha come effetto quello di traslare automaticamente i riferimenti alle celle contenuti nella formula o funzione di un numero di righe/colonne pari alla differenza tra le coordinate della cella di origine e quelle della cella di destinazione. Una caratteristica fondamentale dei fogli di calcolo è l’aggiornamento automatico dei risultati di formule e funzioni quando il contenuto di una cella riferita subisce una modifica. Questo significa che ogni volta che il contenuto di una cella viene cambiato, le formule e le funzioni presenti all’interno del foglio di calcolo che lavorano su quella cella, vengono automaticamente ricalcolate per aggiornare il risultato. Negli esempi mostrati in precedenza, sono state utilizzate formule e funzioni contenenti riferimenti relativi alle celle. Questo consente di fare in modo che, in caso di trascinamento della formula o della funzione, i riferimenti siano automaticamente traslati. Tale comportamento può non essere auspicabile quando, trascinando una formula, si vuole mantenere fisso il riferimento a una o più celle. In questi casi, è necessario utilizzare nella formula o funzione un riferimento assoluto alle celle per fare in modo che, durante l’operazione di trascinamento, tale riferimento resti invariato e non subisca traslazione. Un riferimento assoluto è creato anteponendo il carattere $ alla coordinata della cella che deve restare fissa durante l’operazione di trascinamento. Nell’inserire le coordinate di una cella, è possibile combinare l’uso di riferimenti relativi e assoluti. Supponiamo di voler inserire in una formula o funzione il riferimento alla cella B5. Abbiamo quattro
possibilità: -Inserire il riferimento B5. Il riferimento è completamente relativo, sia il riferimento alla colonna sia quello alla riga scorrono in caso di trascinamento. -Inserire il riferimento $B5. Il riferimento alla colonna è assoluto ($B) e resta fisso, il riferimento alla riga è relativo (5) e scorre in caso di trascinamento. -Inserire il riferimento B$5. Il riferimento alla colonna è relativo (B) e scorre, il riferimento alla riga è assoluto ($5) e resta fisso in caso di trascinamento. -Inserire il riferimento $B$5. Il riferimento è completamente assoluto, sia il riferimento alla colonna sia quello alla riga restano fissi in caso di trascinamento. La funzione condizionale SE è una funzione logica che consente di variare il contenuto di una cella in base al verificarsi o meno di una condizione prefissata. La sintassi della funzione è la seguente: =SE(test;se_vero;se_falso) La funzione prevede tre argomenti. Il primo argomento è test che esprime la condizione da verificare. Generalmente, test è costituito da un’operazione di confronto aritmetico nel quale il contenuto di una cella è comparato con un valore costante o con il contenuto di un’altra cella. Esempi di test sono B11>50 e F4=D7. L’esito di test è un valore booleano, questo significa che il risultato di test può assumere soltanto due valori: il valore VERO o il valore FALSO. Il secondo argomento se_vero esprime la formula o funzione che deve essere eseguita nel caso in cui test sia risultato VERO. Viceversa, il terzo argomento se_falso esprime la formula o funzione che deve essere eseguita quando test produce un risultato FALSO. In pratica, la funzione condizionale SE consente di eseguire la formula o funzione espressa in se_vero o se_falso in base al valore di verità (VERO o FALSO) della condizione test.
Funzioni statistiche
Una categoria di funzioni Excel particolarmente utile è quella delle funzioni statistiche. Essa contiene numerose funzioni di utilizzo molto frequente sia per utenti generici sia per utenti esperti con competenze professionali in materia statistica (media, massimo, minimo). Le funzioni statistiche di Excel consentono di supportare l’utente in analisi statistiche più avanzate quali modelli di regressione, analisi della varianza, test di ipotesi, stima di parametri e calcolo di intervalli di confidenza. Le funzioni statistiche MAX e MIN restituiscono rispettivamente il massimo e minimo dei valori contenuti in un insieme di celle considerato. La sintassi della funzione MAX è la seguente: =MAX(num1;num2;…) Nella formula, num1;num2;… sono i riferimenti alle celle contenenti i valori da considerare. Il risultato della funzione MAX è il valore numerico massimo tra quelli contenuti nelle celle passate alla funzione MAX come argomento (num1;num2;…). In alternativa, è possibile utilizzare una sintassi più sintetica in cui la funzione MAX riceve un unico argomento num1 che rappresenta un intervallo di celle. In questo caso, i valori numerici contenuti nelle celle dell’intervallo specificato saranno considerati nella determinazione del valore massimo. La funzione MIN ha sintassi identica a quella della funzione MAX. La funzione statistica MEDIA restituisce la media aritmetica dei valori contenuti in un insieme di celle considerato. La sintassi della funzione MEDIA è la seguente: =MEDIA(num1;num2;…)
La funzione prevede due argomenti. Il primo argomento intervallo stabilisce l’intervallo di celle da considerare per il conteggio. Il secondo argomento criterio esprime la condizione che deve essere soddisfatta affinché una cella di intervallo sia inclusa nel conteggio. Generalmente, criterio è costituito da un’operazione di confronto nel quale il contenuto di una cella è comparato con un valore costante o con il contenuto di un’altra cella. La condizione espressa in criterio è valutata per ogni cella di intervallo e, per ciascuna di esse, restituisce un valore booleano (VERO o FALSO) che determina se quella cella deve essere inclusa nel conteggio oppure no. Analogamente alla funzione CONTA.SE, Excel mette a disposizione la funzione SOMMA.SE che consente di eseguire la somma dei valori contenuti in un insieme di celle in base al verificarsi di una condizione assegnata. Sintassi della funzione Descrizione della funzione =DEV.ST(num1;num2;…) Restituisce una stima della deviazione standard sulla base di un campione assegnato, i cui valori sono contenuti nelle celle num1;num2;… =DISTRIB.BINOM(num_s;n_prove;prob_s;cumulativo) Restituisce la distribuzione binomiale per il termine individuale. L’argomento num_s è il numero di successi ottenuto nelle prove, n_prove è il numero di prove indipendenti eseguito, prob_s è la probabilità di successo di ciascuna prova, cumulativo è un valore booleano che indica se si intende adottare la funzione distribuzione cumulativa. =MEDIANA(num1;num2;…) Restituisce la mediana dei valori contenuti in un intervallo di celle assegnato (num1;num2;…). =MODA(num1;num2;…) Restituisce la moda dei valori contenuti in un intervallo di celle assegnato (num1;num2;…). =PERCENTILE(mat;k) Restituisce il k-esimo dato percentile considerando i valori contenuti in una matrice mat di celle assegnata. L’argomento k è il valore percentile richiesto (nell’intervallo tra 0 e 1 inclusi). =PERMUTAZIONE(num;cl) Restituisce il numero di permutazioni possibili per un numero num di oggetti selezionati da una classe complessiva cl. =VAR(num1;num2;…) Restituisce una stima della varianza sulla base di un campione assegnato, i cui valori sono contenuti nelle celle num1;num2;…
Grafici
I grafici sono uno strumento di analisi molto efficace e, per questo motivo, sono frequentemente impiegati all’interno dei fogli di calcolo. Il grafico offre una visualizzazione complessiva dei dati, mediante la quale è immediato osservare tendenze, variazioni relative e correlazioni tra gruppi di valori diversi. Inoltre, dal momento che un grafico è aggiornato automaticamente al variare dei dati, esso costituisce un valido strumento per evidenziare cambiamenti nei dati che rischierebbero altrimenti di passare inosservati. Ad esempio, considerando un foglio di calcolo contenente i dati relativi alle rilevazioni sperimentali relative a un certo fenomeno di interesse, è possibile realizzare un grafico che consenta di osservare in maniera visuale l’andamento dell’esperimento in un certo arco temporale, ponendo in evidenza le variazioni relative
che corrispondono agli aumenti o alle diminuzioni dei valori rilevati di volta in volta.
Un grafico è realizzato a partire da una serie di dati, cioè un insieme di valori relativi a uno specifico oggetto/fenomeno di interesse. Una serie di dati è memorizzata in un intervallo di celle di un foglio di calcolo e ogni cella dell’intervallo contiene uno specifico valore che dovrà essere visualizzato nel grafico. Ad esempio, i valori rilevati per un esperimento nell’arco temporale di un mese costituiscono una serie di dati. È anche possibile costruire un grafico a partire da più di una serie di dati, in modo da poterne confrontare i valori. Ogni dato all’interno di una serie può essere associato a una categoria che descrive la natura del dato stesso. Spesso, l’obiettivo di un grafico è confrontare i valori relativi a più serie di dati rispetto a un unico insieme di categorie. Ad esempio, consideriamo due serie di dati costituite dalle rilevazioni relative a due esperimenti. In questo caso, l’insieme delle categorie è rappresentato dalle date in cui le rilevazioni dei due esperimenti sono state eseguite. Ovviamente, affinché il confronto sia significativo, dobbiamo considerare un unico insieme di categorie per le due serie di dati, ovvero un unico insieme di date di rilevazione per entrambi gli esperimenti. Excel mette a disposizione una procedura guidata per la realizzazione di un grafico. La procedura è articolata nei seguenti quattro passaggi: -Scelta del tipo di grafico, nel quale l’utente imposta il tipo di grafico da utilizzare scegliendo da una lista di possibilità (grafici cartesiani, istogrammi, diagrammi a barre, diagrammi a torta, grafici a linea). -Selezione dei dati di origine, nel quale l’utente indica i dati del foglio di calcolo (serie di dati e categorie) su cui basare la costruzione del grafico. -Personalizzazione e formattazione, nel quale l’utente definisce l’aspetto del grafico utilizzando una lista di opzioni disponibili. -Finalizzazione e posizionamento, nel quale il grafico viene completato e collocato nel foglio di calcolo corrente o in un nuovo foglio. Il primo passo per la costruzione di un grafico è la scelta da parte dell’utente del tipo di grafico che si intende realizzare. Excel mette a disposizione diversi tipi di grafico, fra cui gli istogrammi e i grafici a barre. Tipo di grafico Sottotipo Istogramma. Confronta i valori relativi a serie di dati diverse rispetto a una o più categorie. Le categorie sono disposte sull’asse orizzontale (x) mentre i valori sono disposti Istogramma non in pila. Ciascuna serie di dati e ciascuna categoria sono rappresentate mediante una pila. Istogramma in pila. Ciascuna categoria è rappresentata mediante una pila. In ogni pila sono rappresentate tutte le serie di dati considerate.
