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Introduzione all'Informatica: Concetti Fondamentali e Storia dei Calcolatori - Prof. Cazza, Schemi e mappe concettuali di Fondamenti di informatica

mappe concettuali su tutto il corso

Tipologia: Schemi e mappe concettuali

2022/2023

Caricato il 09/07/2023

Guendalina1_2
Guendalina1_2 🇮🇹

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Informatica
- Studio teorico dell'informazione, della computazione e degli strumenti di elaborazione
automatica
Benefici dei calcolatori
- Riduzione dei tempi di calcolo
- Maggiore affidabilità
- Automazione del lavoro
- Diffusione di metodi di elaborazione che richiedono competenze specifiche
Dato, informazione e conoscenza
- Dato: insieme di simboli di un alfabeto
- Informazione: dato con proprietà che fornisce significato
- Conoscenza: regole per elaborare l'informazione in modo automatico
I linguaggi formali:
- Alfabeto finito di simboli
- Grammatica formale per combinare i simboli
- Semantiche formali per attribuire significati alle frasi
- Risoluzione del problema dell'ambiguità del linguaggio naturale
- Linguaggi formali usati per formalizzazione delle sequenze di istruzioni eseguite dai calcolatori
Codifica dell'informazione:
- Linguaggio calcolatori —>codificate attraverso i bit
- Bit come cifre binarie (0 e 1)
- Limitazione dei calcolatori a dispositivi bistabili con due stati stabili
- Sistema numerico binario (base 2)
- Sequenze di bit con diverse lunghezze e possibili combinazioni
Byte:
- Un byte come sequenza di 8 bit
- 256 sequenze possibili per un byte
- Codifica dell'informazione in byte nei calcolatori
L'evoluzione dei calcolatori:
Tecnologia cartacea
Schede perforate con buchi per codificare la sequenza di bit
Elaborazione manuale e automatica
Lungo tempo di elaborazione (anche settimane)
Floppy disk
Memoria magnetica
Capacità massima di 1,44 megabyte
Sensibilità al calore e ai campi elettromagnetici
Chiave USB
Memoria elettronica
Affidabilità superiore rispetto ai floppy disk
Risoluzione dei problemi di rottura di parti meccaniche
Hard disk
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Informatica

  • Studio teorico dell'informazione, della computazione e degli strumenti di elaborazione automatica Benefici dei calcolatori
  • Riduzione dei tempi di calcolo
  • Maggiore affidabilità
  • Automazione del lavoro
  • Diffusione di metodi di elaborazione che richiedono competenze specifiche Dato, informazione e conoscenza
  • Dato: insieme di simboli di un alfabeto
  • Informazione: dato con proprietà che fornisce significato
  • Conoscenza: regole per elaborare l'informazione in modo automatico I linguaggi formali:
  • Alfabeto finito di simboli
  • Grammatica formale per combinare i simboli
  • Semantiche formali per attribuire significati alle frasi
  • Risoluzione del problema dell'ambiguità del linguaggio naturale
  • Linguaggi formali usati per formalizzazione delle sequenze di istruzioni eseguite dai calcolatori Codifica dell'informazione:
  • Linguaggio calcolatori —>codificate attraverso i bit
  • Bit come cifre binarie (0 e 1)
  • Limitazione dei calcolatori a dispositivi bistabili con due stati stabili
  • Sistema numerico binario (base 2)
  • Sequenze di bit con diverse lunghezze e possibili combinazioni Byte:
  • Un byte come sequenza di 8 bit
  • 256 sequenze possibili per un byte
  • Codifica dell'informazione in byte nei calcolatori L'evoluzione dei calcolatori:  Tecnologia cartacea  Schede perforate con buchi per codificare la sequenza di bit  Elaborazione manuale e automatica  Lungo tempo di elaborazione (anche settimane)  Floppy disk  Memoria magnetica  Capacità massima di 1,44 megabyte  Sensibilità al calore e ai campi elettromagnetici  Chiave USB  Memoria elettronica  Affidabilità superiore rispetto ai floppy disk  Risoluzione dei problemi di rottura di parti meccaniche  Hard disk

 Composto da una pila di campi magnetici  Dischi magnetici all'interno  Testina di lettura e scrittura tra i dischi  Capacità di archiviazione maggiore rispetto ai floppy disk e alle chiavi USB Prefissi:  Utilizzati nel sistema internazionale e nel sistema binario  Nel sistema internazionale, aumentano di mille volte  Nel sistema binario, aumentano di 1024 volte  Utilizzo comune nel sistema internazionale per unità come il kilo (km, kg)  Nel sistema binario, utilizzati per descrivere bit e byte (Kilobit = Kb = 210 bit; Gigabyte = GB = 230 byte) Strumenti per l'elaborazione dell'informazione:  Algebra  Logica  Sillogismo Algoritmo  Sequenze di istruzioni per l'elaborazione delle informazioni  Input e output  Linguaggi di programmazione  Programma (formulazione di un algoritmo in un linguaggio di programmazione Dispositivi automatici per l'elaborazione dell'informazione:  Sistemi manuali  Sistemi semi automatici rigidi (es:calcolatrice tascabile non programmabile)  Sistemi automatici flessibili (es. calcolatore) Evoluzione storica dei calcolatori:  Abaco (rappresentazione numerica posizionale)  Regolo calcolatore (strumento di calcolo analogico con logaritmi)  Pascalina (calcolatrice meccanica a ingranaggi)  Analytical engine (primo calcolatore programmabile con schede perforate)  Relè elettromagnetico (interruttore elettrico controllato da un circuito)  Colossus (calcolatore a valvole termoioniche)  ENIAC (primo sistema basato sulla corrente)  EDVAC (calcolatore elettronico programmabile con aritmetica binaria)  Transistor (dispositivo a semiconduttori)  Microchip (circuiti elettronici miniaturizzati)  Personal computer (PC)  Smartphone Legge di Moore:  Gordon Moore anni '  Prevede il raddoppio della potenza di calcolo ogni due anni circa. Macchina di Turing:

 Modularità  Scalabilità  Semplicità nell'interazione con l'utente  Dotazione di software  Prezzo Tipi di calcolatori:  Personal Computer (PC):  Desktop computer  Tower computer  Small form factor  Laptop:  Notebook  Netbook  Tablet  Ultrabook  Personal Digital Assistant (PDA)  Console per videogiochi  Server  Media center  Workstation  Computer multiutente:  Minicomputer  Mainframe  Supercomputer  Calcolatori embedded: incorporati in dispositivi come automobili, aerei, semafori, caldaie Processore interfaccia —> scheda madre  CPU (Central Processing Unit) Operazioni:  Fetch (lettura della memoria)  Decodifica  Esecuzione  Scrittura  Componenti interni:  Registro IR (Instruction Register)  Program Counter  ALU (Unità Aritmetico Logica)  Orologio interno (clock)  Frequenza di elaborazione (GHz)  Memoria Centrale (RAM):  Interfaccia diretta con la CPU  Tempi di accesso bassi  Volatile (perdita dei dati senza alimentazione)  Tipi di accesso:  Sequenziale  Diretto  Misto

 Associativo  Capacità tipica: alcuni GB Altri tipi di memoria:  ROM (Read Only Memory) o EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory Memoria di massa (memoria secondaria):  Garantisce persistenza dei dati  Accesso più lento rispetto alla RAM  Esempi:  Disco rigido (hard disk)  Dispositivi magnetici (floppy disk, nastro magnetico)  Dispositivi ottici (CD, DVD, Blu-ray)  Memorie flash (memory card, USB drive, SSD)  Vantaggi: affidabilità, consumo energetico ridotto, non volatile Backup  Duplicazione di file o dati su supporto esterno  Preserva i dati in caso di perdita o danneggiamento  Assicura la disponibilità delle informazioni  Formattazione  Elimina completamente i dati dalla memoria  Riporta la memoria alla condizione iniziale  Ridondanza  Salvataggio di più copie dello stesso file  Garantisce la continuità del servizio in caso di guasto di una memoria Gerarchie di memoria  Principio di località

  1. Località temporale
  2. Località spaziale Altre memorie:  Cache (Memoria interna al processore)  Contiene informazioni necessarie all'elaborazione LE PERIFERICHE (Dispositivi connessi all'unità centrale del calcolatore)  Input e output di dati  Interfacce  Collegamento tra periferiche e schede madri  Seriali o parallele  Connettori  Diversi tipi di connettori per diverse periferiche  Principali periferiche  Tastiera  Schermo o monitor  Mouse  Stampante
  • Gestione di fogli elettronici
  • Produzione di presentazioni multimediali
  • Desktop publishing
  • Gestione di basi di dati
  • Editor web
  • Grafica e fotoritocco
  • Realizzazione di diagrammi
  • Gestione finanziaria
  • Organizer
  • Project management
  • Applicazioni legate a Internet e al web
  • App per smartphone Sistema operativo  Software di base per il funzionamento dei software applicativi  Interazione tra utente e calcolatore  Componenti del sistema operativo  Nucleo (Kernel)  Esecuzione dell'elaborazione dell'informazione  Interfaccia con il processore  Gestione della CPU  Gestore della memoria  Interfaccia con la memoria centrale  Comunicazione con il processore  Gestione della RAM  Gestore dei dispositivi di input/output  Funzionamento delle periferiche del calcolatore  Gestione delle periferiche  File system  Gestione delle informazioni salvate in modo permanente  Archiviazione dei dati sulle memorie di massa  Gestore della rete  Comunicazione con altri calcolatori in rete  Interprete dei comandi  Interazione con l'utente Sistemi operativi più diffusi  Unix  Linux  Microsoft Windows  Microsoft Windows Phone  MacOS  iPhone OS  Palm OS  Android  Parallelismo virtuale  Illusione di esecuzione parallela  Gestione dei processi in esecuzione

 Sfruttamento ottimale della CPU Gestione della CPU  Processore ad alta velocità  Multiprogrammazione  Stati dei processi (Pronto, In esecuzione, In attesa)  Gestione della memoria centrale  Interfacciamento CPU-memoria centrale  Gestore della memoria RAM  Multiprogrammazione  Parallelismo virtuale  Gestione dello spazio di memoria per ogni processo  Protezione dello spazio di ogni processo  Gestione dello spazio comune tra processi  Memory Management Unit (MMU)  Memoria virtuale  Swapping  Utilizzo dell'area di swap per liberare memoria RA GESTIONE DELLA MEMORIA CENTRALE

  • Interfacciamento CPU-Memoria
  • Gestore della memoria RAM
    • Multiprogrammazione
    • Parallelismo virtuale
    • Gestione dello spazio di ogni processo
    • Protezione dello spazio di ogni processo
    • Gestione dello spazio comune tra processi
  • Divisione della memoria in pagine
  • Memory Management Unit (MMU)
  • Caricamento di parti necessarie del software GESTIONE DELLE PERIFERICHE
  • Controllo delle periferiche
  • Gestione delle periferiche dal sistema operativo
  • Cooperazione tra processi e periferiche
  • Utilizzo parallelo delle periferiche
  • Periferiche virtuali
  • Driver per gestire specifiche periferiche
  • Device Independence GESTIONE DEI FILE
  • File system
  • Organizzazione gerarchica dei file
  • Cartella radice (root)
  • Struttura ad albero
  • Unicità del pathname
  • Informazioni sui file (data, dimensione, formato)
  • WPAN (Wireless PAN): una rete personale senza fili, come la connessione Bluetooth.
  • Commutazione di pacchetto: la divisione dei messaggi in pacchetti per una comunicazione efficiente nella rete.
  • Protocollo TCP/IP: uno dei principali protocolli di rete per la comunicazione su Internet.
  • Architetture client/server: una strategia di comunicazione in cui i nodi client richiedono servizi ai nodi server.
  • Nodi client: dispositivi attivi che richiedono servizi, come gli utenti.
  • Nodi server: dispositivi passivi che forniscono servizi, come i siti web.
  • Condivisione di risorse: possibilità di accedere e utilizzare risorse come file e stampanti sulla rete. INTERNET
  • Evoluzione
  • Progetto del Ministero della Difesa degli USA
  • Obiettivi: rete di calcolatori, decentralizzazione, comunicazione ridondante
  • Espansione e collegamento delle reti Caratteristiche di Internet
  • Espansione con l'aggiunta di nuove reti
  • Accesso tramite ISP (Internet Service Provider)
  • Struttura gerarchica
  • Sottoreti collegate tramite gateway
  • Comunicazione tramite nodi con indirizzi IP univoci Indirizzo IP (Internet Protocol)
  • Lunghezza e rappresentazione degli indirizzi IP
  • Gestione da parte di ICANN
  • Limite degli indirizzi e strategie di soluzione (IPv6, NAT) DNS (Domain Name System)
  • Archivi gestiti dai DNS Server
  • Trasformazione dei nomi di dominio in indirizzi IP
  • Disambiguazione tramite domini di primo livello
  • Ruolo di ICANN nell'assegnazione dei domini SERVIZI SU INTERNET
  • Posta elettronica
  • Introduzione negli anni '
  • Casella di posta associata agli utenti
  • Servizio client-server
  • Protocolli SMTP, POP, IMAP
  • Spam e phishing
  • Posta elettronica certificata
  • Mailing list Campi di posta elettronica
  • Campo A (destinatario diretto)
  • Campo Cc (copia e conoscenza)
  • Campo Bcc (copia e conoscenza nascosta) Limitazioni degli allegati
  • Rifiuto di allegati troppo grandi
  • Motivi di protezione e congestione delle caselle di posta FTP (File Transfer Protocol) Caratteristiche
  • Spostare, copiare e comunicare file
  • Architettura client/server
  • Utilizzo di un server per il trasferimento dei file
  • Credenziali per proteggere la riservatezza dei dati
  • Utilizzato per inviare file di grandi dimensioni Utilizzi
  • Gestione degli allegati troppo grandi per la posta elettronica
  • Spostamento e copia di file all'interno della rete
    • Distribuzione di pacchetti software
  • Pubblicazione di materiali sul web Architettura peer to peer (p2p) Caratteristiche
  • Architettura paritaria senza gerarchia client/server
    • Tutti i nodi sono pari (peer) Esempio
    • Napster: servizio di condivisione di file con architettura p2p
  • eMule e eDonkey: software per la condivisione di file Gruppi di discussione e forum Caratteristiche
    • Discussioni organizzate per tematiche -Moderati da moderatori per eliminare commenti inappropriati
    • Forum richiedono registrazione per partecipare
    • Newsgroups si basano su server di news e USENET Ipermedialità:
  • Struttura reticolare
  • Parti di testo collegate tra loro
  • Navigazione non lineare
  • Lettura come operazione di navigazione
  • Testo digitale diviso in nodi o topics
  • Collegamenti logici tra i nodi
  • Collegamenti definiti tramite parole attive o hotwords
  • Strutture: lineare, ad anello, grafo completo, ad albero, grafo a stella
  • Protocolli di Internet: HTTP e HTML
  • Feed RSS: permettono di aggregare e scaricare automaticamente le notizie da diversi siti web
  • Podcast: simili ai feed RSS, includono anche contenuti audio o video
  • Downloading: prendere qualcosa pubblico da un sito e scaricarlo sul proprio computer
  • Streaming: visualizzare contenuti senza scaricarli completamente
  • Linguaggi e tecnologie aggiuntive: JavaScript, Java, Flash, XML Protocolli di Internet (HTML):  Linguaggio HTML (HyperText Markup Language)  Linguaggio di marcatura per gli ipertesti  Utilizzo dei tag per etichettare il contenuto delle pagine web  Marcature singole e doppie  Caratteristiche di formattazione, link ipertestuali e oggetti multimediali  Indipendenza dal browser e dal sistema utilizzato  Aggiunta di componenti aggiuntive come JavaScript, Java, Flash, XML Protocollo URL:  Uniform Resource Locator (URL)  Identificatore univoco di una risorsa web  Sintassi del protocollo, hostname, porta, pathname, query e frammento  Alias, refresh e URL shorteners per semplificare gli URL  URL persistenti (PURLs) per garantire la raggiungibilità anche se l'URL cambia Motori di ricerca:  Funzione di ricerca testuale basata su parole chiave  Input: lista di parole chiave  Output: lista di collegamenti  Ricerca diretta, indiretta tramite link esterni o tramite un motore di ricerca  Ricerca avanzata con operatori logici, ricerca di frasi esatte, specifica di lingua, data e tipo di dato  Archivio dei motori di ricerca come un catalogo personale  Attività degli spider per indicizzare le pagine web e costruire l'archivio  Funzione di ranking per l'ordinamento dei risultati  Page rank basato sulla rilevanza e popolarità dei siti web  Annunci sponsorizzati come fonte di guadagno per i motori di ricerca  Struttura del motore di ricerca: archivio, programma di interrogazione e programma di scansione e indicizzazione  Ampiezza dell'archivio, pertinenza dei risultati e ordinamento come indicatori di qualità del motore di ricerca  Diversi motori di ricerca nel mercato, con Google dominante in molti paesi Motori di ricerca specializzati:  Metamotori: ricerca la stessa cosa su più motori di ricerca e fonde i risultati  Plurimotori: esecuzione parallela della ricerca su motori generalisti e specialistici senza fusione dei risultati  Clusterizzatori: individuano cluster nei risultati cercando concetti significativi per la ricerca

 Motori di ricerca specialistici:  Google Books: ricerca di libri  Google Scholar: ricerca di documenti scientifici Web 2.0:  Definizione: siti web che permettono l'interazione tra utenti e la pubblicazione di contenuti senza richiedere competenze specifiche  Protocolli: TCP/IP, HTTP, HTML  Evoluzione delle funzionalità interattive: forum, mailing list, newsgroup  Aggiunta di tecnologie: database più ampi, motori di ricerca con nuovi servizi, intelligenza artificiale, streaming, condivisione di file Categorie del Web 2.0:  Forum (es. Reddit)  Blog (es. Tumblr)  Wikipedia: pagine costruite da più persone, contenuti corretti ma non autorevoli  Social network (es. Facebook, Instagram, Twitter): creazione di reti di individui con profili identificativi  Condivisione di risorse (es. Google Drive, Dropbox, YouTube)  Acquisiti e prenotazioni online (es. TripAdvisor, Booking, Amazon, eBay) Reputazione nel web:  Verifica dell'affidabilità e reputazione di persone e servizi attraverso esperienze di altri utenti  Esperienza d'uso, recensioni, punteggi, recommender systems  Echo chambers: contenuti proposti dagli algoritmi basati sulle nostre precedenti interazioni, che possono creare stanze virtuali con contenuti omogenei. PSICOMETRIA  Area di ricerca  Rilevazione e misurazione di variabili psicologiche  Sviluppo e validazione di test psicologici  Utilizzo dell'analisi statistica per interpretare i dati CONTESTI APPLICATIVI  Psicologia correlazionale: studio dei legami tra variabili  Psicologia sperimentale: manipolazione delle caratteristiche per trovare relazioni causa- effetto LE VARIABILI E LA LORO MISURA  Misurazione delle variabili  Variabili misurate sul caso o unità d'analisi  Caratteristiche costanti e variabili  Misurazione tramite scaling o classificazione  Standardizzazione delle misurazioni I COSTRUTTI PSICOLOGICI  Descrizione di attributi non osservabili direttamente  Confronti con altre unità  Ordinamento delle unità secondo il valore (scaling)  Misurazione diretta e indiretta delle variabili MISURARE LE VARIABILI PSICOLOGICHE  Collegamento tra concetti astratti e indicatori empirici:

Frequenza cumulata:  Somma delle frequenze di classe alle frequenze delle classi precedenti.  Applicabile a variabili ordinate o metriche per ordinare le classi.  Può indicare il rango dell'individuo in situazioni particolari.  Rappresenta la frequenza di individui fino a un certo valore o classe.  Misure di tendenza centrale:  Moda: valore più frequente.  Mediana: valore al centro della distribuzione ordinata.  Media: valore medio della distribuzione.  Proprietà della media:  Relazioni tra la somma dei valori, la media e gli scarti.  Somma degli scarti positivi e negativi.  Somma degli scarti al quadrato. Media di valori:  Calcolata su dati non raggruppati  Si moltiplica ogni valore per la sua frequenza e si sommano i risultati  La somma viene divisa per il numero totale di valori  Media di classi:  Calcolata su dati raggruppati in classi  Si moltiplica la frequenza di ogni classe per il valore centrale della classe  I risultati vengono sommati  La somma viene divisa per il numero totale di rilevazioni  Mediana:  Valore centrale di una distribuzione ordinata  Calcolata su dati non raggruppati o raggruppati  Se il numero di osservazioni è dispari, la mediana è il valore in posizione (n+1)/  Se il numero di osservazioni è pari, la mediana è la semisomma dei due valori centrali  Moda:  Valore che compare più frequentemente  Calcolata su dati non raggruppati o raggruppati  Può essere calcolata su variabili qualitative o quantitative  Media troncata:  Calcolata per ridurre l'effetto degli outliers  Si escludono i valori più piccoli e più grandi della distribuzione  Calcolata sui valori centrali rimanenti  Proprietà della media:  Somma dei valori è uguale al valore medio moltiplicato per il numero di valori  Somma degli scarti positivi dalla media è uguale (in valore assoluto) alla somma degli scarti negativi  Somma di tutti gli scarti della media è pari a zero  Somma degli scarti al quadrato della media è minore della somma degli scarti al quadrato di qualsiasi altro valore Misure di Dispersione  Variabilità a livello nominale (variabili qualitative sconnesse)

 Numero di categorie di risposta  Indici calcolati a partire dai valori di frequenza  Indice di omogeneità  Indice di eterogeneità  Entropia  Variabilità a livello ordinale (variabili qualitative ordinali)  Range (o gamma o campo di variazione)  Quantili  Terzilli  Quartili  Quintili  Decili  Centili o percentili  Variabilità a livello metrico (variabili quantitative)  Scostamento semplice medio  Devianza (sum of squares)  Varianza (mean of squares)  Deviazione standard  Coefficiente di variazione Misure di Posizione  Moda (per variabili qualitative)  Mediana (per variabili qualitative ordinali e quantitative)  Media (per variabili quantitative)  Quantili Variabilità e Asimmetria  Standardizzazione  Skewness di Pearson  Skewness di Bliss  Curtosi Costanti Descrittive  Moda  Mediana  Minimo  Massimo  Media  Deviazione standard  Skewness  Curtosi