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(Teoria)
L’ informatica è lo studio degli algoritmi. L’ algoritmo è una sequenza infinita di operazioni elementari che preso un valore in ingresso ne genera uno in uscita (è come una ricetta).
SOFTWARE
Il software può essere di sistema o applicativo. I software di sistema non possono funzionare senza i computer e sono di 3 tipi:
- (^) sistemi operativi (è quello di base, crea un’interfaccia tra la macchina e l’uomo)
- (^) driver
- (^) programmi di servizio Il sistema operativo ha le seguenti funzioni:
- (^) interfaccia
- (^) gestione dei processi
- (^) filesystem L’ interfaccia può essere testuale o grafica. Negli anni ‘8o esisteva solo quella testuale, dal ’ in poi ha preso campo quella grafica (il computer può funzionare anche senza quest’ultima). Il processo è un programma in esecuzione. Il computer può eseguire un’azione alla volta, per questo esistono delle gerarchie: hanno la priorità i programmi pronti per essere eseguiti, mentre gli altri restano in attesa. Queste azioni vengono chiamate pseudo-parallele, poiché sembrano in contemporanea ma in realtà vengono eseguite singolarmente. Il filesystem gestisce le memorie secondarie e organizza i file. Presenta una struttura gerarchica delle componenti e parallelamente gestisce fisicamente la paginazione. Il file può contenere sia dati che programmi (di alto o di basso livello). Il filesystem permette di limitare i propri errori, per esempio attraverso gli attributi come il “read only”. L’utente che può controllare il tutto è l’Amministratore. Il file viene contenuto della memoria secondaria, se viene trasportato nella RAM diventa un processo. Per capire di che tipo di file si tratta, bisogna guardare l’estensione (gli ultimi 3 caratteri nel nome del file). Il filesystem è gerarchico, perché mostra l’albero delle directory (es. musica organizzata). Nel basso livello il suo compito è quello di formattare, nell’alto livello fornisce le directory. Il software applicativo può funzionare anche senza computer. Per esempio, il software applicativo più importante della Microsoft è Excel (inizialmente creato per Macintosh). Esistono vari fogli di calcolo per i diversi sitemi operativi e servono per organizzare i dati in database (non gerarchici, per facilitare le ricerche). Sono tipi di software in cui quello che vedi è quello che sarà il tuo risultato (“what you see is what you get”).
MACCHINA DI VON NEUMANN
La macchina di Von Neumann, inventata nel 1950 dallo scienziato ungherese, è un sistema algoritmico , ossia un sistema che permette di ideare, scrivere ed eseguire gli algoritmi. I computer moderni sono macchine di Von Neumann. Sono macchine che eseguono operazioni simboliche e le informazioni sulle operazioni da eseguire sono contenute nei programmi. Il computer è composto da:
- (^) Processore
- (^) Memoria Hardware
- (^) I/O La tesi di Church-Turing dice che tutti i sistemi algoritmici sono equivalenti. Dal punto di vista pratico però si usa solamente la macchina di Von Neumann. Esempi di macchine: personal computer, telefoni, televisori, tablet. Il computer è una macchina universale , perché è una macchina essenzialmente diversa da qualunque altra macchina costruita dall’uomo. Può infatti eseguire qualunque tipo di computazione, purché queste operazioni di calcolo siano riconducibili alla manipolazione simbolica. Il computer è elettronico e digitale, fa 4 operazioni aritmetiche (+ - : x ), è programmabile e contiene in memoria programmi e dati.
- (^) Fa calcoli aritmetici
- (^) simula processi fisici (es. meteo)
- (^) produce ragionamenti logici
- (^) fa calcoli simbolici Sono azioni diverse tra loro ma che vengono condotte dalla manipolazione di numeri e segni. I computer vengono classificati in base alla funzionalità: Il server è il computer centrale che contiene raccolti di dati (database) e programmi per i client. Il client è il dispositivo connesso al computer centrale tramite una rete cablata o senza filo (wireless). Può essere un PC, una postazione di lavoro o altri tipi di dispositivo.
HARDWARE
L’hardware è lo schema funzionale della macchina di Von Neumann. E’ costituito da processore, memoria principale, dispositivi I/O e bus di sistema. Una delle novità della macchina di Von Neumann è il fatto che programmi e dati vadano nello stesso spazio fisico (Memoria Principale - RAM), mentre prima erano in spazi diversi.
Il bus di sistema è composto da una serie di correnti. “Bus” perché tutte queste correnti passano per un canale, sono dei collegamenti. I dispositivi di I/O sono di diverso tipo:
- (^) memoria secondaria (salvano le informazioni grazie a memorie passive)
- (^) controller (schede audio/video)
- (^) Hardware propriamente di I/O, che sono i monitor La memoria secondaria è più lenta rispetto la memoria primaria ed è più grande (la gerarchia delle memorie vale così: + grande - veloce, - grande + veloce). La memoria secondaria è fatta da dispositivi fisici, è meccanica, per questo va più lentamente. Visto che il processore non può utilizzare direttamente la memoria di massa per l’elaborazione dei dati, avviene il loading , il caricamento, che fa passare le informazioni attraverso la memoria principale. Per la realizzazione di memorie permanenti si utilizzano 3 tipi di tecnologie passive:
- quelle basate sul magnetismo (dischi e nastri magnetici - supporti di plastica, vinile o metallo su cui è depositato del materiale magnetizzabile)
- quelle basate sull’ottica (dischi ottici - CD, DVD, CD-ROM, ecc…)
- quelle basate sull’elettrostatica (memorie flash - schede, pen drive..)
CODIFICA DELL’INFORMAZIONE
• RAPPRESENTAZIONE ANALOGICA E DIGITALE
Qualsiasi tipo di informazione deve prendere la forma di un file (lunga sequenza di 0 e 1). I segnali che forniscono suoni e immagini della realtà sono continui. Le variabili di tempo e le coordinate spaziali variano con continuità. La rappresentazione analogica è basata sulla similitudine tra il mezzo di rappresentazione e l’informazione rappresentata, quindi varia in maniera analoga al segnale. L’analogico è formato da un insieme continuo di valori, sensibili alle interferenze (es. tachimetro). La rappresentazione digitale è basata su una rappresentazione simbolica discreta dell’informazione (discreta perché a volte tra due valori non c’è nessuna via di mezzo). Le macchine di Von Neumann codificano solo in digitale utilizzando la codifica binaria di 1 e 0. Sono binari per ragioni di tipo tecnologico (passaggi di corrente, polarizzazione negativa/positiva, presenza di carica elettrica…). I due stati energetici (1 e 0) sono separati da una barriera energetica per evitare che si scambino accidentalmente.
- BIT, BYTE E CODICI ALFANUMERICI BIT= Binary digIT. Un bit è formato da uno stato energetico (0 o 1). La codifica dell’informazione è quel processo che fa corrispondere ad un’informazione una determinata configurazione di bit.
Per poter rappresentare un numero maggiore di 2 informazioni è necessario utilizzare sequenze di bit. Per esempio, utilizzando 2 bit si possono rappresentare 4 informazioni diverse: 00 01 10 11
(5 bit sono 5 sequenze di cifre binarie)
Esempio: la lampadina vale 1 bit, cioè 0 quando è spenta, 1 quando è accesa. Per calcolare il numero di bit necessari bisogna utilizzare la seguente formula: Perché ≤? Perché sia per avere 3 sia per avere 4 informazioni devo utilizzare 2 bit.
Esempio: 9 ≤ 24
Byte è il nome che viene dato a un gruppo di 8 bit. Vengono usati come unità di misura della capacità di memoria (spesso 1 byte corrisponde a 1 carattere). Il codice alfanumerico è la sequenza di bit necessaria a rappresentare 220 simboli e che dev’essere composta da 8 bit. (220 perché è il numero dei caratteri tipografici comuni in Italia). Esistono vari codici Alfanumerici per le diverse parti del mondo, ma quelli standard sono:
- (^) ASCII base
- (^) ASCII
- (^) UTF-
- (^) UTF-16- Il codice ASCII rappresenta 128 caratteri (7 bit per carattere) in quello base e 256 in quello esteso (8 bit per carattere). Ad esempio: 01101001 01101100 00000000 01110000 01101111 00101110 i l P O. Con il codice ASCII è possibile rappresentare i numeri come sequenza di caratteri, però con questo tipo di rappresentazione non è possibile effettuare operazioni aritmetiche direttamente perché l’ALU usa un’altra convenzione e non è conveniente perché utilizza tanto spazio.
La codifica RGB (Red, Green, Blue) rappresenta ogni pixel come una combinazione di questi 3 colori primari additivi. Con 8 bit per colore primario otteniamo 256 diverse gradazioni (1 pixel = 3 byte). Se li combino tutti e 3 ottengo il bianco, se li sottraggo ottengo il nero. La risoluzione di un’immagine è il numero di pixel che la costituiscono, espressi in termini di larghezza x altezza. Aumentando il numero di pixel, migliora la qualità dell’immagine. La profondità di un’immagine è invece il numero di bit che servono per rappresentare un singolo pixel dell’immagine. Numero di bit per immagine = risoluzione x profondità Formati di compressione: I codec (compression - decompression) usano un sistema per comprimere l’informazione prima di memorizzarla e per decomprimerla prima di visualizzarla. I più famosi sono GIF (CompuServe Graphic Interface) e JPEG (Joint Photographic Experts Group). La codifica GIF utilizza uno schema a palette, creando una tavolozza di colori che viene memorizzata insieme agli altri dati e che contiene le sfumature più frequente. E’ un formato lossyless (senza perdita) perché non fa perdere la qualità. La codifica JPEG consente l’uso di uno schema RGB ed è un formato lossy perché può perdere informazioni ms occupa meno spazio. La GRAFICA VETTORIALE descrive elementi geometrici primitivi e non descrive i singoli pixel. Riconosce le figure geometriche con le proprie curve memorizzando le loro coordinate. Occupa meno memoria, è più elaborato e con lo zoom non si perde la qualità.
- CODIFICA DEI SUONI Anche i suoni possono essere rappresentati in forma digitale. Cos’è il suono? Dal punto di vista fisico è un’ alterazione della pressione dell’aria , che viene trasformata dall’orecchio umano in uno stimolo per il cervello. I suoni sono diversi tra loro per la durata e la variazione nel tempo della pressione dell’aria. Si può passare dalla rappresentazione fisica continua dell’ onda sonora a una rappresentazione digitale discreta. Con il campionamento si preleva una successione di campioni a intervalli costanti di tempo. Con la quantizzazione ogni campo viene quantizzato (convertito in un numero). La sequenza ottenuta dai campioni può essere così facilmente codificata in forma digitale. Associo una sequenza di bit a ogni campione. Con il PCM , quanto più frequentemente il valore di intensità dell’onda viene campionato, tanto più precisa sarà la rappresentazione dell’onda. La teoria dei segnali dice che il segnale può essere riprodotto perfettamente sulla base dei valori campione a certe condizioni sulla frequenza di campionamento, misurabile in Herz (numeri di campione al secondo).
Formati: Il formato MIDI codifica le note e gli strumenti che devono eseguirle, è molto efficiente e richiede un sintetizzatore per la riproduzione. Non codifica il campione ma il suono musicale (come il vettoriale) e non riesce a codificare la voce. Il formato MP3 è molto diffuso, è un formato lossy ed è utilizzabile “direttamente”.
- RAPPRESENTAZIONE DEI VIDEO Il filmato è una sequenza di immagini statiche, chiamate fotogrammi. Il limite minimo è 16-17 fotogrammi al secondo (al cinema sono 24). Le codifiche differenziali sono: - (^) compressione spaziale che comprime singolarmente ogni frame; - (^) compressione temporale che codifica alcuni frame interamente, altri solo nelle parti che differiscono da quelle adiacenti; - (^) riduzione della qualità riduce la risoluzione ai formati trasmissibili via internet o riduce il numero di frame al secondo per non percepire i singoli fotogrammi. Formati: I formati video sono fatti da un formato esterno e uno interno, entrambi devono ottimizzare lo spazio. MPEG è uno standard anche non informatico, è usato nei DVD e nella TV digitale terrestre. QuickTime è proposto dalla Apple. AVI , proposto da Intel e usato da MicroSoft.
RETI DI CALCOLATORI
Internet è fatta da 3 componenti:
- (^) Hardware (host, canali di comunicazione, router)
- (^) Software (protocolli, standard di internet)
- (^) Servizi (applicazioni distribuite che scambiano i dati) L’ HARDWARE è composto da meccanismi in grado di trasmettere informazioni (canali di comunicazione) e di connettere i computer con i vari canali. Per classificare le reti si utilizza un criterio legato alla loro scala , che si determina in base alla dimensione dei processori e alla loro distanza. Topologie di reti possono essere: multi-punto, punto-a-punto, a stella. Com’è strutturata la rete?
- (^) edge network
- (^) access network
- (^) core network
messaggio che raggiunge tutti i calcolatori ma che viene elaborato solo da quello il cui indirizzo corrisponde a quello indicato nel messaggio. I 3 protocolli più famosi sono: IP, TCP e HTTP. Sono strutturati a livelli (HTTP - TCP - IP). Il protocollo HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) serve per la trasmissione di contenuti iper-multi- mediali. Definisce come i web client (browser) richiedono le pagine web e come i web server le trasferiscono. Non si occupa dei dati persi o della spedizione dei dati, perché questi sono compiti degli strati più bassi della “pila”. Il protocollo IP assegna un indirizzo numerico al computer (formato da 4 byte ma stanno cambiando in versione 6), indispensabile per poter comunicare. La differenza che c’è tra l’IP e il Logic Name è che l’ultimo è un nome alfabetico usato principalmente dagli esseri umani. IP: 130.192.156. Logic Name: pianeta.di.unito.it pianeta —> sotto-sottodominio di —> sottodominio unito —> dominio it —> dominio principale Indirizzo IP e Logic Name sono collegati attraverso il servizio DNS (Domain Name System), che ne gestisce la traduzione. Ha una struttura gerarchica:
- (^) ogni dominio ha un elaboratore che gestisce la traduzione tra indirizzi logici e fisici di ogni suo sottodominio
- (^) ogni sottodominio ha un elaboratore che gestisce la traduzione tra indirizzi logici e fisici di ogni suo sottodominio Per distinguere pacchetti diversi destinati a programmi diversi, servono le porte. Una porta è un numero che identifica un servizio (un programma). I SERVIZI: Il World Wide Web (WWW) è un servizio di diffusione telematica di documenti elettronici , è un sistema informativo distribuito. E’ un mezzo di comunicazione globale, interattivo, multimediale e ipertestuale. L’insieme di documenti viene connesso dalla rete secondo il modello dell’iperteso multimediale. Anche i nodi della rete sono organizzati in forma ipertestuale (lettura attraverso legami associativi). Il web è basato su 3 tecnologie: HTML, URI, HTTP. HTML consente di scrivere pagine web, si basa sul concetto di marcatura (tag). E’ un linguaggio informatico (non di programmazione!). URI serve per identificare una risorsa ed è composto da: schema (http), IP/Logic Name (sito), path (nome della risorsa). HTTP è il client che comunica con un server. Il browser web è un programma client per “navigare”. Interpreta i dati codificati nel linguaggio HTML e ne visualizza l’informazione. il server web è un programma che fornisce le pagine web richieste attraverso il protocollo http. All’interno dei servizi possono esservi altri servizi, chiamati servizi specializzati (YouTube, Favebook..).
