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Informatica base lezione intro, Dispense di Informatica Medica

Lezione spiegata in modo dettagliato

Tipologia: Dispense

2025/2026

In vendita dal 06/05/2026

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INFORMATICA
PROF TRADIGO
Lezione 1 – 16/03/2026
ARGOMENTI TRATTATI: INTRODUZIONE INFORMATICA, ALGORITMO,
CALCOLATORE, GENERAZIONI COMPUTER
L’informatica è la scienza che studia come rappresentare, elaborare e trasformare le
informazioni. Non riguarda solo l’uso dei computer, ma soprattutto il modo in cui i dati vengono
organizzati e trattati per ottenere risultati utili.
Secondo la definizione dell’ACM (Association for Computing Machinery), l’informatica è lo
studio sistematico degli algoritmi, cioè delle procedure o sequenze di istruzioni che permettono di
descrivere e trasformare l’informazione. Questa disciplina si occupa quindi della teoria degli
algoritmi, della loro analisi, del progetto, dell’efficienza, della loro realizzazione pratica nei
programmi e delle applicazioni nei vari ambiti della vita quotidiana.
DEFINIZIONE DI INFORMAZIONE
L’informazione può essere definita, in generale, come un elemento o un dato che permette di venire
a conoscenza di un fatto, (come un evento, un luogo, una situazione o una persona). In questo senso,
l’informazione è ciò che ci consente di capire meglio la realtà che ci circonda.
Dal punto di vista scientifico, invece, l’informazione è un messaggio che viene inviato da
un trasmettitore a un ricevitore secondo una certa codifica, cioè utilizzando un sistema di
segni o simboli che permettono al ricevente di interpretarlo correttamente.
PERCHÉ È IMPORTANTE L’INFORMAZIONE?
L’informazione è molto importante perché permette di ridurre l’incertezza all’interno di un
determinato contesto, aiutandoci a comprendere meglio una situazione. Inoltre, grazie alle
informazioni possiamo prendere decisioni più consapevoli e risolvere problemi, perché abbiamo
a disposizione dati e conoscenze su cui basarci.
L’immagine rappresenta il processo con cui i dati diventano informazioni utili per ottenere
soluzioni. All’inizio ci sono i dati, cioè elementi grezzi che descrivono una realtà. Quando questi
dati vengono osservati e interpretati da un osservatore, diventano informazioni, cioè dati che hanno
un significato. Successivamente le informazioni entrano nel sistema (input IN) e vengono
elaborate, archiviate, processate e comunicate. Queste operazioni permettono di organizzare e
trasformare le informazioni in modo utile. Alla fine del processo si ottiene un output (OUT), cioè il
risultato dell’elaborazione, che fornisce soluzioni o risposte ai problemi.
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INFORMATICA

PROF TRADIGO

Lezione 1 – 1 6/03/

ARGOMENTI TRATTATI: INTRODUZIONE INFORMATICA, ALGORITMO,

CALCOLATORE, GENERAZIONI COMPUTER

L’informatica è la scienza che studia come rappresentare, elaborare e trasformare le

informazioni. Non riguarda solo l’uso dei computer, ma soprattutto il modo in cui i dati vengono

organizzati e trattati per ottenere risultati utili.

Secondo la definizione dell’ACM (Association for Computing Machinery) , l’informatica è lo

studio sistematico degli algoritmi, cioè delle procedure o sequenze di istruzioni che permettono di

descrivere e trasformare l’informazione. Questa disciplina si occupa quindi della teoria degli

algoritmi, della loro analisi, del progetto, dell’efficienza, della loro realizzazione pratica nei

programmi e delle applicazioni nei vari ambiti della vita quotidiana.

DEFINIZIONE DI INFORMAZIONE

L’informazione può essere definita, in generale, come un elemento o un dato che permette di venire

a conoscenza di un fatto , (come un evento, un luogo, una situazione o una persona). In questo senso,

l’informazione è ciò che ci consente di capire meglio la realtà che ci circonda.

  • Dal punto di vista scientifico, invece, l’informazione è un messaggio che viene inviato da

un trasmettitore a un ricevitore secondo una certa codifica , cioè utilizzando un sistema di

segni o simboli che permettono al ricevente di interpretarlo correttamente.

PERCHÉ È IMPORTANTE L’INFORMAZIONE?

L’informazione è molto importante perché permette di ridurre l’incertezza all’interno di un

determinato contesto, aiutandoci a comprendere meglio una situazione. Inoltre, grazie alle

informazioni possiamo prendere decisioni più consapevoli e risolvere problemi, perché abbiamo

a disposizione dati e conoscenze su cui basarci.

L’immagine rappresenta il processo con cui i dati diventano informazioni utili per ottenere

soluzioni. All’inizio ci sono i dati, cioè elementi grezzi che descrivono una realtà. Quando questi

dati vengono osservati e interpretati da un osservatore, diventano informazioni, cioè dati che hanno

un significato. Successivamente le informazioni entrano nel sistema (input – IN) e vengono

elaborate, archiviate, processate e comunicate. Queste operazioni permettono di organizzare e

trasformare le informazioni in modo utile. Alla fine del processo si ottiene un output (OUT), cioè il

risultato dell’elaborazione, che fornisce soluzioni o risposte ai problemi.

DIFFERENZA FRA DATO E INFORMAZIONE

  • Un dato è un elemento grezzo, elementare e privo di contesto, cioè da solo non ha un significato completo. Può essere, per esempio, un numero, un carattere o un simbolo. Ad esempio il numero 1,75 preso da solo è solo un dato, perché non sappiamo a cosa si riferisce.
  • Un’informazione , invece, nasce quando uno o più dati vengono elaborati, organizzati e interpretati all’interno di un contesto. In questo modo il dato assume un significato. Per esempio, se diciamo 1,75 metri come altezza di una persona, quel numero diventa un’informazione perché sappiamo cosa rappresenta.

IL CALCOLATORE, o sistema di elaborazione delle informazioni è uno strumento

programmabile per gestire dati e informazioni. A COSA SERVE?

Un calcolatore (cioè un computer) serve per gestire ed elaborare i dati.

  • Prima di tutto memorizza i dati su cui deve operare, cioè conserva le informazioni necessarie per svolgere le operazioni.
  • memorizza anche la sequenza di istruzioni, cioè il programma che indica al computer cosa deve fare con quei dati.
  • Il calcolatore poi esegue calcoli e operazioni sui dati, trasformandoli in nuovi risultati.
  • Durante l’esecuzione controlla il flusso delle operazioni, cioè l’ordine con cui le istruzioni vengono eseguite.
  • Infine, il computer interagisce con gli utenti e con altri sistemi, permettendo lo scambio di dati e informazioni. In questo modo il calcolatore può elaborare i dati e fornire risultati utili. Lo schema di alto livello del calcolatore descrive le principali parti che permettono al computer di funzionare
  • Il sottosistema di interfaccia permette al computer di comunicare con l’esterno: consente l’interazione con gli utenti e con altri dispositivi. In questo modo il computer può ricevere dati e mostrare i risultati.
  • Il sottosistema di memorizzazione ha il compito di conservare i dati e le istruzioni. Qui vengono salvate le informazioni e i programmi che il computer deve utilizzare durante l’elaborazione.
  • Il sottosistema di elaborazione è la parte che esegue le istruzioni e controlla il flusso dell’esecuzione, cioè decide l’ordine con cui le operazioni devono essere svolte.
  • Tutti questi sottosistemi sono collegati tra loro attraverso il sottosistema di comunicazione, che permette lo scambio di dati e informazioni tra le varie parti del calcolatore.

Tuttavia esiste un sottoinsieme di programmi per i quali è possibile capire se termineranno oppure no. In alcuni casi, infatti, il comportamento del programma è evidente. Per esempio, nel caso mostrato nella slide, il programma contiene un ciclo while(true) che stampa continuamente la parola “Ciao”. Poiché la condizione è sempre vera , il ciclo continua all’infinito e quindi il programma non terminerà mai.

PROPRIETÀ ALGORITMO

Un algoritmo deve rispettare alcune proprietà fondamentali.

o l’atomicità , cioè i passi che compongono l’algoritmo devono essere semplici ed elementari,

in modo da poter essere eseguiti facilmente.

o non ambiguità : ogni passo deve essere chiaro e univoco, senza possibilità di interpretazioni

diverse.

o finitezza , cioè il numero di passi dell’algoritmo deve essere limitato e finito.

o terminazione , cioè l’esecuzione dell’algoritmo deve concludersi in un tempo finito.

o l’univocità del risultato: partendo dagli stessi dati di ingresso, l’algoritmo deve produrre

sempre lo stesso risultato. La definizione formale di algoritmo descrive l’algoritmo in modo più matematico. Dato un algoritmo A, si indica con fₐ la funzione che associa a ogni dato di ingresso x dell’algoritmo A il risultato in uscita. In altre parole, l’algoritmo prende un input, esegue una serie di operazioni e produce un output. Si dice quindi che fₐ rappresenta il problema risolto dall’algoritmo A, perché descrive la relazione tra i dati in ingresso e il risultato ottenuto. In questo modo un algoritmo può essere visto come una funzione che trasforma un input in un output. ESEMPI APPLICATI ALLA VITA QUOTIDIANA Gli algoritmi non riguardano solo i computer, ma possono essere applicati anche a molte attività della vita quotidiana. Infatti un algoritmo è semplicemente una sequenza ordinata di passaggi per risolvere un problema o svolgere un compito. Per esempio, una ricetta di cucina può essere vista come un algoritmo, perché indica passo dopo passo cosa fare per preparare un piatto. Anche il procedimento della divisione in colonna tra due numeri è un algoritmo, perché segue una serie precisa di operazioni. Allo stesso modo, le operazioni da fare per sostituire l’olio alla moto possono essere considerate un algoritmo, perché richiedono una sequenza ordinata di azioni.

STORIA DEL CALCOLATORE

Gli albori dell’informatica sono legati all’esigenza di poter effettuare calcoli in modo automatico. Per molti secoli, infatti, matematici e fisici svolgevano i calcoli manualmente, spesso impiegando moltissimo tempo.

➢ Ad esempio Isaac Newton era noto per passare intere notti a riempire fogli di calcoli per risolvere

problemi matematici. Questo mostra quanto fosse lungo e complesso il lavoro di calcolo prima dell’invenzione dei computer.

➢ Un altro esempio riguarda Ettore Majorana ed Enrico Fermi: quando iniziarono a collaborare,

fecero persino una gara di velocità per risolvere un problema di matematica differenziale. Episodi come questi dimostrano quanto fosse importante trovare strumenti capaci di automatizzare i calcoli, idea che porterà poi alla nascita dei calcolatori elettronici.

Il padre del calcolatore è considerato Charles Babbage. Nel 1822 progettò un dispositivo meccanico capace di eseguire calcoli automaticamente. Questa macchina era pensata per effettuare calcoli su polinomi e rappresentava un’idea molto avanzata per l’epoca. Tuttavia Babbage non riuscì mai a costruirla completamente, quindi il progetto rimase solo sulla carta. La macchina avrebbe dovuto essere programmata meccanicamente prima dell’esecuzione e poi messa in funzione tramite un sistema di ingranaggi azionato da una manovella. Nonostante non sia stata realizzata, l’idea di Babbage è considerata alla base dello sviluppo dei moderni calcolatori. Nel 1837 Charles Babbage progettò una nuova macchina chiamata Analytical Engine (macchina analitica). Questa macchina è considerata la prima macchina di calcolo programmabile, cioè capace di essere programmata per risolvere diversi problemi. L’Analytical Engine rappresentava un’idea molto innovativa, perché prevedeva un sistema in cui le operazioni potevano essere controllate da istruzioni, in modo simile ai computer moderni. Per questa macchina Ada Lovelace scrisse un programma, diventando così la prima programmatrice della storia. Per questo motivo è spesso considerata una figura fondamentale nella nascita dell’informatica. L’ENIAC fu la prima macchina elettronica programmabile, costruita nel 1946. Il suo nome significa Electronic Numerical Integrator and Calculator, cioè Calcolatore e Integratore Numerico Elettronico. Era una macchina molto grande: occupava un’intera stanza e aveva bisogno di operatori che controllassero il suo funzionamento. Era lunga circa 30 metri, alta 3 metri e pesava circa 30 tonnellate. Nonostante le dimensioni enormi, per l’epoca era molto veloce: in un secondo poteva eseguire circa 5000 somme e 300 moltiplicazioni. La costruzione dell’ENIAC fu molto costosa: circa mezzo milione di dollari dell’epoca, che corrispondono a circa 10 milioni di dollari di oggi. Questo calcolatore rappresenta uno dei primi grandi passi nello sviluppo dei computer moderni. ENRICO FERMI E IL CALCOLO AUTOMATICO Enrico Fermi, considerato uno dei padri della fisica nucleare, diede anche un importante contributo allo sviluppo dell’informatica in Italia. Quando utilizzò per la prima volta un calcolatore elettronico , comprese subito le grandi possibilità che questo strumento poteva offrire per la ricerca scientifica. Nel 1945 scrisse una lettera al Rettore dell’Università di Pisa per convincerlo a costruire il CEP (Calcolatrice Elettronica Pisana), uno dei primi calcolatori sviluppati in Italia. Si racconta inoltre che, ancora prima che il calcolatore arrivasse, Fermi stesse già preparando programmi per risolvere equazioni differenziali utili per le sue ricerche sull’atomo, dimostrando di aver intuito in anticipo l’importanza del calcolo automatico. A partire dall’ENIAC è possibile distinguere diverse generazioni di computer. Ogni generazione è caratterizzata da una tecnologia di base diversa, che ha portato a miglioramenti progressivi nel funzionamento dei calcolatori. Con il passare delle generazioni, infatti,

  • le capacità di calcolo:aumentano in modo significativo, rendendo i computer sempre più veloci e potenti.
  • Allo stesso tempo i costi diminuiscono, permettendo una diffusione sempre maggiore dei computer. In questo modo l’evoluzione tecnologica ha reso i calcolatori più efficienti, più piccoli e più accessibili nel tempo.

Le performance dei computer sono molto importanti perché oggi i calcolatori sono diventati strumenti fondamentali nella vita quotidiana e vengono utilizzati in molti ambiti, come il lavoro, la comunicazione, la ricerca e i servizi. Quando un algoritmo viene eseguito su un computer, deve garantire tempi di esecuzione utili, cioè tempi sufficientemente rapidi da rendere il risultato davvero utilizzabile. Per questo motivo, nello studio dell’informatica è importante valutare quanto velocemente un algoritmo riesce a risolvere un problema, perché se richiedesse troppo tempo, anche un computer molto potente potrebbe non essere efficace. Per capire meglio l’importanza delle performance, si può considerare il caso dei supercomputer. Dal 2018 uno dei più potenti è IBM Summit (OLCF-4). Questo computer è enorme , grande circa come due campi da basket, utilizza circa 220 km di cavi e ha una potenza di calcolo di circa 200 petaFLOPS, cioè può eseguire un numero enorme di operazioni al secondo. Nonostante questa grande potenza, esistono comunque problemi molto complessi che nemmeno un supercomputer riesce a risolvere in tempo utile. Ad esempio, se per ottenere un risultato servissero milioni di anni, quel tempo non sarebbe utile, perché nel frattempo il risultato non avrebbe più valore.Questo dimostra che, in informatica, non conta solo risolvere un problema, ma risolverlo in un tempo ragionevole. Un esempio di problema difficile in informatica è la fattorizzazione di numeri molto grandi, cioè numeri con moltissime cifre. Questo problema consiste nel trovare i numeri primi che, moltiplicati tra loro, danno come risultato quel numero. È considerato un problema intrattabile, perché non conosciamo un algoritmo capace di risolverlo in tempi utili quando i numeri sono molto grandi. Proprio su questa difficoltà si basano molte tecniche moderne di crittografia e di firma digitale: i sistemi di sicurezza funzionano perché è facile moltiplicare numeri primi molto grandi, ma è estremamente difficile fare il processo inverso, cioè fattorizzare il numero ottenuto.

COSA SUCCEDERÀ’ NEL FUTURO?

Nel parlare del futuro dell’informatica, si fa riferimento alla legge di Moore. È una legge

‘’empirica’’ Gordon Moore (economista) osservò che il numero di componenti (transistor) nei

processori raddoppiava nel tempo, inizialmente circa ogni anno, portando a un rapido

aumento delle prestazioni. —>

Nel grafico, sull’asse x sono rappresentati gli anni, mentre sull’asse y il numero di transistor.

Questo mostra come, per molti anni, la potenza dei computer sia cresciuta in modo esponenziale.

Tuttavia, negli ultimi anni questa crescita non segue più perfettamente la legge di Moore, perché si

stanno raggiungendo limiti fisici e tecnologici. Per questo motivo, il futuro dell’informatica si sta

orientando verso nuove soluzioni, come architetture più efficienti, calcolo parallelo e nuove

tecnologie.

Basandoci su questo grafico, possiamo predire che tra 5 anni i processori avranno cento

transistor

Il metodo dei minimi quadrati è una tecnica usata per trovare una

retta che approssima al meglio un insieme di dati.

Nel grafico, i punti verdi rappresentano i dati reali (ad esempio i

processori: sull’asse x ci sono gli anni, sull’asse y il numero di

transistor). La linea rossa è una retta di approssimazione lineare, cioè

una funzione che cerca di adattarsi il più possibile a tutti i punti.

L’idea è questa: si considerano i punti (x_i, y_i) e si cerca una funzione

f(x) che li approssimi minimizzando l’errore. Questo errore è dato dalla

distanza tra il valore reale y_i e quello stimato f(x_i).

In particolare, si minimizza la somma dei quadrati delle differenze: cioè si

rende minima la quantità

In questo modo si ottiene la retta che passa “più vicino possibile” a tutti i punti

contemporaneamente.

COME FUNZIONA UN COMPUTER?

  • Un computer è un sistema complesso e programmabile formato da diverse componenti che

lavorano insieme.

  • Per capire come funziona, bisogna prima di tutto identificare i componenti principali (come

CPU, memoria, dispositivi di input e output). Poi è importante capire il funzionamento di

ciascun componente, cioè cosa fa e quale ruolo ha.

  • Infine, bisogna comprendere le interazioni tra i componenti, perché il computer funziona

proprio grazie alla collaborazione tra tutte le sue parti: i dati vengono inseriti, elaborati e poi

restituiti come risultato.

  • Hardware e software

Nel computer possiamo distinguere due elementi fondamentali: hardware e software.

  • L’hardware è l’insieme di tutte le componenti fisiche del computer, cioè le parti

elettroniche ed elettromeccaniche, come processore, memoria, tastiera e schermo.

  • Il software, invece, è l’insieme dei programmi che permettono all’hardware di

funzionare e di svolgere operazioni. Senza software, infatti, l’hardware da solo non sarebbe

utile.

Si distinguono due tipi principali di software:

➢ software di base, che gestisce e coordina le funzionalità del computer (come il sistema

operativo),

➢ il software applicativo, cioè i programmi che utilizziamo per svolgere attività specifiche,

come scrivere, studiare o comunicare.

3. Il bus è il componente del computer che si occupa del trasferimento dei dati e delle

informazioni di controllo tra le varie parti del sistema. È formato da un insieme di collegamenti

che permettono la comunicazione tra CPU, memoria e altre componenti, rendendo il sistema

modulare ed espandibile. Al bus sono collegate anche le periferiche di input e output, come tastiera,

mouse, schermo e stampante, che permettono al computer di interagire con l’esterno. È importante

ricordare che queste periferiche non fanno parte direttamente del modello teorico di Von Neumann,

ma comunicano comunque con il sistema attraverso il bus.

Le operazioni della CPU consistono nell’eseguire i passaggi che formano i programmi in

esecuzione sul computer.

La CPU è in grado di svolgere poche operazioni di base, ma in modo molto veloce ed efficiente.

Tra queste ci sono le operazioni aritmetiche (come somme e sottrazioni), le operazioni relazionali

(confronti tra valori), e operazioni su caratteri e valori logici. Inoltre, può eseguire altre operazioni

come i salti, che permettono di modificare il flusso del programma. Combinando queste operazioni

semplici, la CPU riesce a eseguire anche compiti molto complessi.

La CPU , per eseguire i programmi, segue continuamente un ciclo chiamato fetch-decode-execute.

  • Nella fase di fetch , la CPU legge dalla memoria la prossima istruzione da eseguire.

Successivamente,

  • nella fase di decode , interpreta l’istruzione e si prepara a eseguirla.
  • Infine, nella fase di execute , esegue concretamente l’operazione richiesta.

Questo ciclo si ripete continuamente e permette al computer di eseguire tutti i programmi, anche i

più complessi, partendo da istruzioni molto semplici.