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Il documento fornisce conoscenze basiche di informatica per affrontare il concorso docenti
Tipologia: Dispense
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Le aree di competenza individuate da DigCompEdu 2.1 sono cinque:
3 La nuova versione DigComp 2.2. Nel 2022 si è proceduto ad un aggiornamento. Nell’aggiornamento DigComp 2.2 ci sono due novità: la dimensione «Esempi», già presente nella precedente versione, viene ampliata e meglio definita, distinguendo per ciascun esem- pio conoscenze, competenze e atteggiamenti; l’introduzione di una nuova «dimensione» rispetto a quelle già presenti (area di competenza, descrittore della competenza, livello, esempi): i «Casi d’uso», che specificano meglio ed integrano gli «Esempi». Riepilogando, le dimensioni, nel nuovo DigComp, sono le seguenti: Dimensione 1 • AREA DI COMPETENZA Dimensione 2 • COMPETENZA (descrittore) Dimensione 3 • LIVELLO DI COMPETENZA Dimensione 4 • ESEMPI DI CONOSCENZE, COMPETENZE E ATTEGGIAMENTI Dimensione 5 • CASI D’USO
C O N C O R S I
La parola «informatica» è la contrazione dei termini «informazione» e «automatica». È la scienza che studia le tecniche di rappresentazione, elabo- razione, memorizzazione e trasmissione dell’informazione. Queste quattro attività sono ormai delegate quasi completamente ai computer. Una sigla molto ricorrente quando si parla di computer è ICT, acronimo di Information and Communication Technologies , ovvero tecnologie dell’in- formazione e della comunicazione, cioè quell’insieme di tecnologie che permettono l’elaborazione e lo scambio delle informazioni (testuali, visive, sonore ecc.) in formato digitale.
Il termine «computer» è oltremodo generico: le tipologie di elaboratori sono svariate, e attualmente le funzioni dei tradizionali computer sono in qualche misura delegate a dispositivi che fino a pochi anni fa svolgevano compiti completamente diversi, o addirittura non esistevano. Nella tabella che segue sono riportate le caratteristiche principali dei com- puter e dei dispositivi più diffusi nell’attualità.
DISPOSITIVO
Desktop Pc (o personal computer o computer da tavolo o computer fisso)
È uno dei dispositivi più comuni. Più utilizzato soprattutto negli uffici o comunque in ambito produttivo si caratterizza per la presenza di un case che accoglie l’hardware necessario al suo funzionamento, un monitor, un mouse e una tastiera per permettere all’utente di interfacciarsi con la macchina.
Desktop Pc All-in-one (tutto in uno)
Il Desktop Pc All-in-one si caratterizza per il racchiudere tutto ciò che serve al computer di funzionare all’interno di uno stesso elemento, ossia lo schermo. Il processore, la RAM, la scheda video e le periferiche sono riposti sul retro del dispositivo e ciò lo rende particolarmente compatto.
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3 La rappresentazione dell’informazione Sappiamo che per poter scambiare informazioni, prima della creazione di un vocabolario e della sintassi, bisogna definire un alfabeto e stabilire come rappresentarlo graficamente. Ad esempio l’alfabeto italiano è composto dall’in- sieme dei caratteri {a, b, c, …, v, z} con il quale si formano le parole, mentre per i numeri formiamo stringhe di lunghezza arbitraria a partire dalle 10 cifre decimali {0, 1, 2, 3, …, 9}. Il computer invece riconosce soltanto impulsi elettrici e soltanto due valori, ZERO e UNO, corrispondenti alla presenza o assenza di tensione elettrica (anche SPENTO/ACCESO oppure OFF/ON). Per poter rappresentare le informazioni all’interno di un calcolatore viene per questo utilizzato l’alfabeto binario, un alfabeto di due sole cifre {0, 1} denominate «bit» (da binary digit) , con il quale creare le «parole». Quello di cui abbiamo bisogno quindi è di cercare un sistema per «tradurre» le informazioni che provengono dal mondo reale, per poterle rappresentare all’interno delle microstrutture preposte all’elaborazione e al trasferimento dei dati. In altre parole dobbiamo digitalizzare le informazioni. Un’informazione si dice digitalizzata quando viene «tradotta» in stringhe di bit per poter essere elaborata da un computer. Può essere un testo, un’immagine, un suono, un video, o anche una forma tridimensionale.
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Un computer è costituito da un insieme di elementi necessari per il suo funzionamento: un elemento per l’elaborazione dei dati, un altro per la loro conservazione ecc. Alcuni di questi sono racchiusi all’interno di una «scatola», chiamata in inglese case, che contiene tutte le parti essenziali per il funzionamento della macchina. Altri elementi sono invece esterni e sono collegati in vario modo al case. Per questo motivo sono chiamati «periferiche» (la tastiera, il monitor ecc.). Tutti questi elementi costituiscono l’hardware.
Detto anche cabinet oppure identificato come unità centrale, è un box generalmente metallico all’interno del quale trovano spazio e sia l’alimentatore sia tutte le schede elettro- niche che compongono un computer (figura 1). Progettato in maniera tale da favorire la circolazione dell’aria, spesso con l’aggiunta di ventole di raffreddamento, è disponibile in di- versi standard (form factor) classificati, in base alle dimensioni, con il nome di: full tower, mid tower, mini tower oppure small form factor.
È un componente che si occupa di trasformare, stabilizzare la corrente elettrica e distribuirla a tutti i componenti interni al case e, tramite le porte di comunicazione USB anche ad alcune periferiche esterne collegate. L’alimen- tatore ( PSU, Power Supply Unit ) deve essere di buona qualità ed essere ade- guatamente dimensionato in base alla configurazione del sistema. La potenza di un alimentatore viene misurata in W (Watt) e, per un PC domestico, il suo valore dovrebbe aggirarsi sui 350 – 500 W.
3.1 Il gruppo di continuità In alcune situazioni può essere utile abbinare un gruppo di continuità (UPS) al sistema, per evitare spegnimenti improvvisi potenzialmente dannosi sia per l’integrità dei dati sia per i componenti elettronici). Un UPS ( Uninterruptible
Figura 1 - Un case aperto con il suo contenuto visibile
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Mentre in un PC desktop è sempre possibile sostituire (per espansione o riparazione) diversi componenti, in un computer portatile (notebook) si pri- vilegia l’integrazione e la miniaturizzazione; in questo caso la scheda madre comprende la maggior parte della componentistica con poche possibilità di espansione e spesso di difficile riparazione.
5 La memoria ROM Una ROM, acronimo di Read Only Memory (memoria di sola lettura) è un tipo di memoria non volatile – conserva cioè il suo stato anche in assenza di alimentazione elettrica – utilizzata per conservare dati e istruzioni ne- cessari per l’avvio di alcuni dispositivi elet- tronici, compresi i PC (figura 3). Cosa avviene ad esempio quando si preme il tasto di accensione di un computer? Il primo software che la macchina esegue nella fase di avvio ( bootstrap ) si trova proprio nella ROM. Si tratta di un piccolo programma che verifica sia la presenza sia il corretto funzionamento dei principali componenti hardware (RAM, dischi, tastiera ecc.) attraverso la fase POST ( power-on self-test ), prima di passare il controllo al pro- cesso di avvio del sistema operativo.
6 La CPU La Central Processing Unit (CPU o microprocessore) è l’unità principale di calcolo e di controllo del sistema ed è costituita da due sottosistemi: l’u- nità aritmetico-logica (ALU) e l’unità di con- trollo (CU). È senza dubbio uno dei compo- nenti che riveste la maggiore importanza e sul quale si concentrano i maggiori sforzi tecno- logici per il miglioramento delle funzionalità e delle prestazioni (figura 4).
6.1 La memoria cache La memoria principale di un computer (RAM) è costituita da un numero molto grande di locazioni e risiede fisicamente in una zona distinta dalla CPU. Lo scambio dei dati e delle istruzioni avviene attraverso delle linee di comunicazione dette BUS, le quali introducono un rallentamento dovuto al tempo impiegato per il trasferimento da un punto all’altro.
Figura 3 - Una ROM
Figura 4 - Un microprocessore
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Per questo motivo sono state progettate delle memorie molto più rapide, integrate nella CPU, allo scopo di velocizzare l’esecuzione dei programmi. La memoria cache è una memoria estremamente veloce, ma di piccole dimen- sioni, utilizzata per recuperare velocemente dati e programmi che si prevede debbano essere utilizzati nel breve termine. In pratica, prima di prelevare un’informazione dalla memoria interna, la CPU controlla che il dato non sia già presente nella cache, evitando, quando possibile, un inutile e dispendioso accesso alla memoria. Le memorie cache sono di tipo SRAM (Static RAM), veloci e relativamente costo- se, che necessitano della sola alimentazione elettrica continua per conservare i dati. Esistono attualmente 2 livelli di cache in una CPU: le cache di 1° livello, molto vicine alla struttura di calcolo e di controllo, quindi molto veloci, e le cache di 2° livello, che sono appena più «distanti» ma con una capienza maggiore. A parità di caratteristiche, un processore con una memoria cache più capiente avrà un’efficienza maggiore.
7 La memoria RAM La Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) è la memoria di lavoro del computer. Il termine accesso casuale sta a indicare che il tempo di accesso è il medesimo per ciascuna locazione o, per dirla in altro modo, è un memoria ad accesso diretto. La RAM ha tra le sue caratteristiche quella di essere una memoria volatile, il che significa che è in grado di conservare i dati fintanto che viene alimen- tata elettricamente. La logica conseguenza è che essa rimane attiva per tutto il tempo in cui il computer è acceso e in caso di spegnimento (intenzionale o improvviso) tutti i dati contenuti al suo interno vengono persi.
8 Classificazione delle periferiche La periferica del computer è un dispositivo elettronico che viene collegato al computer per ricevere o inviare i dati. Tutte le periferiche sono collegate in qualche modo alla CPU, cui spetta il compito di controllare il flusso di dati. Le periferiche possono essere collegate alle linee di comunicazione inter- ne (BUS) tramite slot sulla scheda madre, via cavo oppure tramite wireless. Le periferiche di un computer sono classificate in:
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Pendrive USB (o chiavetta USB)
Le pendrive USB sono memorie di massa di piccole dimensioni e dal costo conte- nuto, la cui capacità sta, come avviene per gli hard disk, aumentando progressi- vamente: dai primi modelli con qualche centinaio di MB (Megabyte) ai più recenti con decine o centinaia di GB (Gigabyte). La pendrive si collega facilmente al com- puter tramite la porta USB.
Altre memorie sono le SD card e le micro SD card, piccole schede interne removibili che generalmente equipaggiano fotocamere, smartphone e tablet, dispositivi audio portatili, videocamere per la videosorveglianza ecc. Sono del tipo flash e, come per le pendrive USB, sia la loro capacità che la loro velocità di trasferimento sono progressi- vamente aumentate nel tempo, mentre i costi sono diminuiti. Anche se sono entrati in disuso, vi sono poi:
10 Schede video e audio Un computer non può prescindere dalla presenza di una scheda video (fi- gura 5), che permette di visualizzare le informazioni sotto forma di immagini attraverso il monitor. Essa risulta spesso inte- grata nella scheda madre e utilizza una certa quantità di memoria RAM, talvolta presa in prestito da quella di sistema. In alternativa la scheda video può essere acquistata come com- ponente separato ed è dotata di acceleratore grafico ( GPU, Graphics Processing Unit ) – una sorta di CPU specializzata – che permette un incremento di prestazioni sia per la grafica 2D (^) Figura 5 - Una scheda video
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sia per quella 3D, utilizzata per programmi di grafica particolarmente comples- si e videogiochi di ultima generazione. Per scheda video si intende generalmente una periferica di output, ma esistono anche schede per l’acquisizione dei video provenienti da fonti esterne che sono invece periferiche di input e spesso collegate tramite interfaccia USB. La scheda audio (figura 6), nonostante non sia strettamente necessaria, tuttavia fa parte della dotazione standard di qualsiasi compu- ter. Essa permette di trasformare i bit in suoni, che vengono riprodotti tramite altoparlanti o cuffie collegate ai connettori posti sulla parte posteriore (visibile) della scheda stessa. Come per la scheda video, si tratta generalmente di periferiche (interne) di output. Esistono schede che sono periferiche sia di input sia di output poiché integrano anche l’acquisizione da sorgenti sonore esterne, uti- lizzate ad esempio in ambito musicale. Le moderne schede madri integrano en- trambi i dispositivi lasciando all’utente la possibilità di installarne altri se preferisce. In questo caso l’uso delle schede integrate deve essere disabilitato.
11 La scheda di rete Nell’ambito ICT il ruolo delle comunicazioni è un fattore fondamentale. Difficile oggi riuscire ad immaginare un dispositivo informatico che non sia connesso in qualche modo ad Internet o comunque ad una rete locale ( LAN, Local Area Network ). La scheda di rete ( NIC, Network interface controller o Network Interface Card ) è un dispositivo che consente la connessione a una rete informa- tica. Esistono due tipi di collegamenti: via cavo attraverso una porta di comunicazione RJ (figura 7), oppure wireless (senza fili) attraver- so una connessione Wi-Fi che usa un segnale radio che opera sulle frequenze 2,4 Ghz o 5 Ghz. Generalmente i sistemi desktop hanno soltanto la scheda di rete per la connessione cablata mentre i computer portatili (notebook) hanno entrambe le schede. Tuttavia è sempre possibile installare una scheda wireless anche sui sistemi fissi, o utilizzando uno slot PCI interno oppure esternamente, sotto forma di penna USB.
Figura 6 - Una scheda audio
Figura 7 - Una porta RJ
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su un modulo dati (maschera o form). In combinazione con SHIFT procede a ritroso;
12.2 Il mouse Il mouse è un dispositivo di input che si è affermato grazie ai sistemi opera- tivi ed ai programmi ad interfaccia grafica. Attraverso un puntatore, che segue i movimenti traslatori della mano sulla scrivania, è possibile raggiungere gli oggetti, selezionarli con il tasto sinistro , trascinarli in altra posizione oppure impartire alcuni comandi. Con il tasto destro invece si genera un menu con- testuale, relativo all’oggetto puntato, che mostra le operazioni rapide da poter effettuare sul medesimo oggetto.
12.3 Lo scanner Lo scanner , incorporato ormai nelle stampanti multifunzione, è un piano simile a quello di una fotocopiatrice in grado di acquisire immagini digitali (documenti, foto, riviste). In combinazione con un software OCR ( Optical Cha- racter Recognition ), riconosce i caratteri e li acquisisce in formato modificabile attraverso un editor testuale o un elaboratore di testi (word processor).
12.4 Altre periferiche di input Il microfono è utilizzato comunemente per registrare audio, per comunicare durante chiamate o videochiamate o per la dettatura vocale. La webcam inquadra l’utente ed è utilizzata per le videochiamate e in ge- nerale per le videoconferenze. Il touchpad , tipico dei computer portatili, è un piccolo riquadro sensibile al tocco e alla pressione: in pratica ad un movimento del dito in una determinata direzione corrisponde un analogo movimento del puntatore. I clic sono gestiti o tramite pulsanti posti in prossimità del touchpad, o anche con piccoli clic sul riquadro stesso. Questi erano, come detto in precedenza, soltanto alcuni esempi. Esistono altri dispositivi di input sia come varianti (ad esempio la trackball al posto del mouse), sia per svolgere compiti specifici (si pensi a un lettore di codici a bar- re di una cassa al supermercato, oppure per effettuare il carico e lo scarico di prodotti da un magazzino).
13 Le periferiche di output Sono dispositivi che producono i risultati di un’elaborazione. Analizziamone alcuni.
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13.1 Il monitor Il monitor , detto anche schermo o display, si caratterizza per essere una sor- gente luminosa sulla quale osservare il risultato delle operazioni e dei comandi dell’utente in tempo reale. Alcune delle sue caratteristiche principali sono:
13.2 La stampante La stampante produce un output su supporto cartaceo di vario tipo. È pos- sibile la stampa a partire da documenti su carta comune fino alla stampa di foto ad alta risoluzione su carta lucida. Esistono diversi tipologie di stampante. Le più comuni sono:
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Il router invece è un dispositivo (spesso abbinato insieme al modem in un unico apparato di rete detto quindi «modem-router»), che può essere utilizzato indipendentemente dall’esistenza di una connessione a Internet e serve per il collegamento a reti di computer esistenti. Un modem-router dispone quasi sempre di connessione Wifi e di alcune porte ethernet (RJ45) in grado di con- sentire il collegamento alla rete a diversi dispositivi, sia cablati che wireless. Anche senza la parte modem, grazie ad un router è possibile condividere risorse e indirizzare correttamente il traffico dati anche tra reti diverse. Uno switch è un apparato che consente anch’esso la condivisione dei dati ma solo all’interno di una stessa rete LAN. Non consente il collegamento tra diverse reti e non può ovviamente nemmeno interfacciarsi con la linea tele- fonica. In genere serve per ampliare la disponibilità di punti di accesso ad una rete locale e, se collegato ad un router, di condividere anche l’accesso a Internet da tutti i dispositivi collegati.
16 La LIM Sempre più diffusa negli istituti scolastici, la LIM (lavagna interattiva mul- timediale o lavagna elettronica) è uno strumento di ausilio alla didattica che estende la funzione della lavagna tradizionale. Tecnicamente si può considerare una periferica di input/output poiché è collegata ad un computer ed è in grado, attraverso un proiettore, sia di visua- lizzare l’output del monitor sia, attraverso una superficie sensibile al tocco delle dita (o con l’uso di una penna speciale), di inserire dati, scrivere, disegnare. Ovviamente non manca la possibilità di navigare su internet per la fruizione di contenuti multimediali, contribuendo a realizzare un’esperienza di appren- dimento più coinvolgente e in linea con i tempi.
17 Porte di comunicazione All’esterno del case restano visibili alcune «prese» per il collegamento di dispositivi esterni: le porte di comunicazione. Oggi non troviamo più né la porta parallela, usata per il colle- gamento delle stampanti e scan- ner, né la porta seriale, usata per i vecchi modem e per interfacciare e programmare vari dispositivi e nemmeno le prese PS/2, usate per collegare tastiera e mouse. Queste porte sono state sostituite dalle prese USB ( Universal Serial Bus ) (figura 8).
Figura 8 - Evoluzione dello standard USB da 1.0 a 3.
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L’USB (Universal Serial Bus) è uno standard di comunicazione seriale che permette di collegare periferiche di ogni genere a un computer. È stato progettato per consentire, attraverso degli hub (concentratori o multiprese) di connettere fino a 127 dispositivi (compreso il controller e i vari hub) sullo stesso controller. Grazie a un’interfaccia standardizzata, consente di collegare o scollegare i dispositivi senza dover riavviare il computer, inoltre è in grado di alimentare direttamente il dispositivo a cui è collegato; quest’ultimo, quindi, può non aver più bisogno di un’alimentazione elettrica a parte. Lo standard USB è giunto, nel momento in cui scriviamo, alla versione 3.1. Nella figura 9 è possibile osservare le diverse forme dei connettori, a partire dalla prima versione (1.0). Altre porte comunemente disponibili sono la VGA o la DVI per collegare un monitor e la porta RJ45 di cui abbiamo già parlato a proposito della scheda di rete. Un altro standard molto diffuso è l’HDMI ( High- Definition Multimedia Interface , cioè interfaccia multimediale ad alta definizione) (figura 11). Si tratta di uno standard completamente digitale per l’inter- faccia dei segnali audio e video. Permette il trasfe- rimento di dati audiovisivi tra una sorgente compa- tibile (un lettore DVD, un lettore Blu-ray, un media player, una console, un computer) e un dispositivo di ricezione compatibile (un monitor, un televisore HD, un proiettore o un dispositivo audio digitale).
18 Altre connessioni wireless: il bluetooth e l’NFC Accanto al Wi-Fi, la tecnologia standard per le connessioni alle reti locali senza fili (WLAN, Wireless LAN ), troviamo altri due standard per connessioni con caratteristiche diverse e sviluppate per altri scopi. Il Bluetooth è una modalità di trasmissione/ricezione dati che spesso si ritrova come funzionalità aggiuntiva della scheda Wi-Fi (oppure da installare a parte, anche sotto forma di penna USB). Fornisce un metodo standard ed economico per scambiare informazioni tra dispositivi diversi attraverso una frequenza radio sicura in grado di ricercare i dispositivi coperti dal segnale entro un raggio di una decina di metri, mettendoli in comunicazione tra loro. Questi dispositivi possono essere ad esempio: telefoni cellulari, PC, notebo- ok, stampanti, fotocamere digitali, smartwatch, altoparlanti, cuffie e smart TV purché provvisti delle specifiche hardware e software richieste dallo standard. Alcuni servizi offerti dal bluetooth possono essere:
Figura 9 - Un connettore HDMI