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Programma
Concetti di base dell'ICT : Teoria della computazione e algoritmi. Rappresentazione dell'informazione, hardware, Software, Reti, Tecnologie della comunicazione e dell'informazione. Algoritmi : Elementi di programmazione in Python. Sistemi e linguaggi per la gestione delle basi di dati : Utilizzo di Access, attributi domini e Tabelle. Chiavi e indici. Interrogazioni con una o più tabelle. Operatori di aggregazione. Uso del computer : Sistema operativo, Gestione dei file, Utilità e gestione delle stampe. Foglio elettronico : Utilizzo di Excel, Celle, Gestione Fogli di lavoro, Formule e funzioni, Formattazione, Grafici e Preparazione della stampa. Collaborazione online : Architetture dei Social network e della messaggistica istantanea. Elaborazione testi : Utilizzo di word, Creazione di un documento, Formattazione, Oggetti, Stampa unione, Preparazione della stampa.
1.Fondamenti
Il termine computer è entrato da tempo a far parte del vocabolario italiano pur essendo una parola inglese.
“ qualcosa o qualcuno che effettua calcoli matematici”
Il termine deriva dalla parola latina computare , contare. Persona o dispositivo che effettua calcoli matematici. Inizio degli anni Trenta del Novecento : dispositivo di calcolo universale , in grado di effettuare qualunque tipo di calcolo matematico. (L'idea di questo dispositivo è dovuta al matematico britannico Alan Turing , considerato padre dell'informatica moderna ) Sviluppo notevole dell'elettronica, dagli anni Quaranta. Dispositivi di calcolo sempre più efficaci, più piccoli ed economici, fino ad arrivare ai dispositivi di oggi, miniaturizzati e con una velocità di calcolo enorme rispetto a 40/60 anni fa. Il modello di calcolo che c'è dietro a tutti i dispositivi che si sono succeduti dagli anni Quaranta in poi è rimasto lo stesso. 1.1 Algoritmi e Diagrammi di Flusso (somma, prodotto, sottrazione e divisione)
La macchina di Turing è strettamente legata al concetto di algoritmo****. Tre passaggi iniziali, di quando si conta con le dita :
- Assegnazione : associare ad una mano un certo valore.
- Aggiungere uno.
- Iterazione condizionata illimitata : ripetizione di una o più operazioni elementari fino a che non sia soddisfatta una determinata condizione. Diagramma di flusso = diagramma grafico che descrive in modo formale e conciso un'operazione. Ogni Diagramma ha un INIZIO e una FINE. Una freccia Sì e una freccia NO. Esempio: Diagramma di flusso della somma : A= verrà assegnato un numero, B= verrà assegnato un numero e C=0(sarà zero il suo valore, perché durante lo svolgimento del diagramma, tale elemento o VARIABILE , sarà quello che terrà il conteggio del numero di volte in cui si sommerà uno). Finché il test non sarà soddisfatto, bisognerà ripetere le operazioni elementari all'interno dell'operazione di iterazione condizionata illimitata. Quando si arriverà ad avere il test logico soddisfatto, basterà seguire la frecci Sì che ci porterà verso il segno FINE. Algoritmo : è una sequenza finita di operazioni elementari dove ciascuna operazione elementare è una tra assegnazione, aggiungi uno ed iterazione condizionata illimitata. Il computer , quindi è una macchina dotata di un dispositivo di memoria, in grado di leggere dalla memoria un programma, mediante un diagramma di flusso, ed è in grado di eseguire le tre operazioni elementari suddette. Qualunque dispositivo (elettronico e non) che sappia fare quanto detto, è denominato: Calcolatore Universale.
2.Rappresentazione dell'informazione
Un elemento cruciale di questo modello torico (macchina di Turing) è la presenza di un dispositivo di memoria capace di memorizzare il diagramma di flusso, i dati iniziali del problema detti: Dati di INPUT , i dati intermedi necessari per il calcolo ed infine i dati finali della computazione, detti: Dati di OUTPUT. I calcolatori moderni utilizzano diversi dispositivi per memorizzare i dati e i programmi.
Nel sistema binario il concetto è simile. Abbiamo due sole possibili cifre {0, 1}. La singola cifra di un numero binario viene detta bit. Un numero può essere composto da uno o più bit. Anche qui le cifre del numero vengono ordinate da destra a sinistra, dando numero d'ordine 0 alla prima cifra a destra. Operazioni logiche con numeri binari L'utilizzo di un sistema di cifre binario è connesso con il campo della logica. Ricordiamo che una proposizione logica è un'affermazione che può avere due valori di verità: Vero o Falso. Esempio: “oggi piove” e “sono a casa”, si dicono proposizioni logiche. Ora se abbiamo due proposizioni logiche a e b possiamo definire l'operatore di congiunzione logica AND tra le due proposizioni. Un secondo operatore logico tra due proposizioni è l'operatore di disgiunzione logica OR. Infine, abbiamo l'operazione logica di negazione NOT , che opera su di una singola proposizione. Misura della memoria Nei moderni calcolatori o notebook troviamo spesso memorie che contengono 64 miliardi di bit ed oltre. Un bit può rappresentare solo due numeri, in genere, si preferisce raggruppare tra di loro diversi bit in modo che ciascun gruppo possa veicolare una quantità di informazione più grande. La suddivisione standard è raggruppare i bit in gruppi da 8. In questo modo ciascun raggruppamento di 8 bit , può rappresentare un numero intero compreso tra 0 e 255. Ovvero, in grado di rappresentare 256 valori distinti. Un raggruppamento di 8 bit viene chiamato byte. Ogni numero compreso tra 0 e 255 viene memorizzato in un byte , utilizzando tutti ed 8 i bit e ponendo i bit più a sinistra non utilizzati a 0. Se occorre memorizzare numeri più grandi di 255, si utilizzano 2 byte , ovvero una sequenza di 16 bit. Per numeri ancora più grandi o per numeri con la virgola si utilizzano 4 o 8 byte che corrispondono a 32 e 64 bit.
Il byte è una sequenza di 8 bit, che diventa la misura della quantità di memorie ed è utilizzato per misurare le memorie o la quantità di dati in ogni dispositivo elettronico o sistema di comunicazione. Tutti i dispositivi elettronici utilizzano il sistema binario. Le terminologie comunemente adottate per le misure di quantità di memoria o di dati sono: Byte (B), Kilobyte (KB), Megabyte (MB), Gigabyte (GB), Terabyte (TB). 2.2 Rappresentazione dell'informazione testuale L'informazione di tipo testuale viene chiamata Alfanumerica. L'elemento di base dell'informazione testuale è il Carattere. Un carattere può essere una singola lettera dell’alfabeto come a, b, c. Oppure può essere un simbolo di punteggiatura come la virgola o una parentesi. Anche ciascuna delle dieci cifre della notazione posizionale in base dieci è considerata un carattere. Inoltre, vengono considerati caratteri anche i simboli che non si visualizzano all’interno del testo ma ne influenzano la visualizzazione, come lo spazio o il simbolo di andare accapo. Entrambi i simboli non compaiono appunto sul testo ma ne influenzano la visualizzazione e la stampa. Ricordiamo che nel computer tutte le informazioni vengono registrate in sequenza di bit. I bit vengono raggruppati in sequenza di 8, denominati byte. A ciascun byte corrisponde un numero. Negli anni 60, l’Organismo di standardizzazione americano (ANSI) adottò, come standard per la codifica dei caratteri della lingua inglese, la codifica ASCII (American Standard Code for Information Interchange). La codifica ASCII , ad ogni numero memorizzato in un byte corrisponde un particolare carattere. Attualmente uno standard molto diffuso, denominato UTF-8 (Unicode Transformation Format, 8 Bit), viene utilizzato per rappresentare l’informazione testuale nelle pagine internet, nella posta elettronica e nelle applicazioni di Instant Messaging. In questo standard si utilizza un numero variabile di byte , da 1 a 4, per rappresentare un carattere.
Una delle applicazioni più diffuse e utilizzate nel computer è: la visualizzazione, registrazione ed archiviazione delle immagini. Cos’è un’immagine? Come viene rappresentata? Un’ immagine è rappresentata attraverso una struttura tabellare detta matrice. Una matrice ha, n righe ed m colonne. Ciascun elemento della matrice rappresenta un colore e viene chiamato pixel. Ogni singolo pixel dell’immagine è rappresentato con un singolo bit. A ciascun numero viene associato un colore diverso. Quando si determina la risoluzione dell’immagine? La risoluzione dell’immagine è determinata dalle dimensioni in pixel della matrice rapportate alla dimensione sullo schermo o sulla carta. Più sono grandi le dimensioni della matrice , più è risoluta l’immagine. Furono creati diversi formati per la rappresentazione delle immagini. Un formato molto diffuso è il JPEG , un secondo formato è il PNG. 2.5 Rappresentazione dei filmati Altra applicazione nei computer e negli smartphone sono i filmati , detti anche video. Da cosa è composto un filmato? Un filmato si compone di una parte visuale – le immagini in movimento – e di una parte audio. Pertanto, i filmati possono essere visti come una sequenza di immagini accompagnata da una traccia audio. L’illusione del movimento viene data dal fatto che le immagini vengono proiettate sullo schermo in rapida sequenza (almeno 24 immagini al secondo). Nel caso dei filmati le tecniche di compressione del video vengono portate all’estremo. Anche qui si sono succeduti nel tempo vari metodi di compressione. Ad esempio, MPEG-3 , che nel corso degli anni ha elaborato codifiche standard per la compressione dei video.
3.Componenti principali di un computer
3.1 La CPU In tutti i computer, l’elemento che contiene i circuiti per effettua re tutte le operazioni di calcolo e di lettura/scrittura della memoria viene chiamato CPU. Rappresenta il vero e proprio cervello del computer. Le operazioni implementate da una CPU moderna sono: le operazioni aritmetiche di somma e differenza , moltiplicazione e divisione tra numeri binari. Le operazioni logiche , come l’ AND , l’ OR ed il NOT tra due singoli bit. All’interno della CPU troviamo una unità dedicata alle operazioni aritmetico-logiche detta ALU. Ci sono operazioni per la lettura e per la scrittura in memoria. Infine, troviamo le operazioni chiamate istruzioni di controllo del flusso , consentono di realizzare l’operazione elementare di iterazione condizionata illimitata. Ciascun componente della CPU comunica, inviando segnali elettrici, con altri componenti. A loro volta, questi, ricevono l’informazione dai primi, la elaborano e la inviano ad altri componenti o alla memoria. I tempi di propagazione ed elaborazione del segnale possono variare da componente a componente. Che cos’è il clock? Quali sono le sue funzioni? Viene adottato un segnale di sincronizzazione chiamato clock della CPU. La frequenza di un clock , ovvero il numero di volte che il clock è attivo in un secondo, si misura in hertz (Hz) e fornisce il numero di istruzioni che la CPU esegue in un secondo. Il clock quindi ci fornisce una misura di quanto è veloce il dispositivo nel fare i calcoli.
Un dispositivo di Input consente di immettere informazioni dall’esterno del computer all’interno, nella memoria principale. Ad esempio, la tastiera è un dispositivo di Input. Un dispositivo di Output consente di leggere o estrarre informazioni dall’interno del computer all’esterno. Ad esempio, lo schermo è un dispositivo di Output. Tali dispositivi sono adottati da qualsiasi computer. Questo schema è noto come: Architettura di Von Neumann. Tipicamente un computer o notebook possiede una scheda chiamata scheda madre , nella quale vengono inseriti la CPU , la RAM e i dispositivi di Input e Output. 3.3.1 Memorie di massa La migliore tecnologia attualmente disponibile per implementare la memoria principale, la memoria RAM , ha lo svantaggio di perdere i dati memorizzati quando il computer viene spento. Per risolvere questa problematica, vengono inseriti nel computer dei dispositivi in grado di memorizzare permanentemente i dati presenti nella RAM. Questi dispositivi vengono chiamati Memoria Secondaria o Memoria di Massa. Sono classificati come dispositivi di Input e Output perché leggono e scrivono i dati della RAM. La principale e più diffusa memoria di massa è il Disco rigido ( Hard Disk ). È possibile memorizzare sul disco decine di migliaia di miliardi di bit. Altra tipologia di memoria secondaria permanente è quella delle memorie Flash , dette anche memorie a Stato Solido. Queste memorie di solito si trovano negli smartphone, tablet e fotocamere. Sono memorie di tipo elettronico che mantengono i dati anche quando il dispositivo è spento. Tali memorie, stanno pian piano sostituendo i dischi rigidi anche nei computer tradizionali. Sono memorie più veloci, più leggere e compatte dei dischi e non vi sono parti in movimento. Altri dispositivi di memoria di massa sono i Dischi Ottici.
Esistono diverse tecnologie di Dischi Ottici. I CD ( Compact Disc ) sono nati per memorizzare la musica in alta fedeltà; i DVD più capienti dei CD, per poter memorizzare video. Recentemente sono stati immessi sul mercato i Blue Ray Disc. Sono ancora più capienti dei DVD , possono memorizzare video o film in alta risoluzione. 3.3.2 Lo Schermo Uno dei principali dispositivi di Output nei computer è lo Schermo. Uno schermo LCD o LED è composto da una matrice rettangolare di n righe e m colonne. Ogni elemento della matrice dello schermo è chiamata Pixel. Un Pixel è un rettangolo formato a sua volta da tre elementi ciascuno dei quali può emettere luce di varia intensità e di un preciso colore. I colori utilizzati sono: il rosso , il verde e il blu. Generalmente, un’immagine utilizza per ogni singolo pixel 3 byte. Nel modello dei colori , detto RGB ( RedGreenBlue ), ciascun byte rappresenta la gradazione compresa da 0 a 255 di uno tra i tre colori di base. Vi sono vari tipi di schermi , ad esempio gli schermi ad alta risoluzione , che adottano lo standard HD ready , gli schermi invece che adottano lo standard Full HD. Attualmente esistono schermi che adottano lo standard Ultra HD , detto 4K. Questi schermi contengono un numero di pixel 4 volte più grande di quello dello standard Full HD. Le dimensioni degli schermi si misurano in pollici. 3.3.3 La scheda video I dati di un’ immagine , per poter essere poi visualizzata sullo schermo , devono essere codificati in segnali elettrici da inviare al monitor o schermo televisivo. Il dispositivo che ha il compito di fare ciò è la scheda video. Le schede grafiche moderne vengono chiamate Graphic Processing Unit o GPU (Unità di elaborazione grafica). Le GPU sono dei processori in grado di effettuare moltissime operazioni in parallelo come, la moltiplicazione di matrici.
C’era competizione tra i programmatori per l’utilizzo della CPU. Inoltre, un’imperizia ( mancata esperienza) nell’utilizzo delle periferiche a nastro e del lettore di schede perforate, provocava ritardi nell’esecuzione e scombinava l’utilizzo della CPU. Se qualcosa, durante l’operazione andava storto il programmatore non aveva il tempo di effettuare l’analisi di cosa non aveva funzionato e doveva raccogliere in fretta i dati della RAM per poi aspettare qualche giorno prima di poter utilizzare di nuovo la macchina (il computer). Oppure se il programma finiva prima del previsto la CPU rimaneva inattiva fino all’inizio del successivo turno. Fu per questo introdotta la figura dell’operatore di sistema. Era un addetto specializzato che conosceva bene le periferiche a nastro e le procedure di caricamento dei programmi. In questo modo il programmatore poteva concentrarsi solo sulla programmazione e realizzazione degli algoritmi. Una volta pronto il nastro contenente il programma, l’operatore lo consegnava all’operatore di sistema. A sua volta l’operatore di sistema riceveva diversi nastri da vari programmatori e li metteva in esecuzione, migliorando così l’utilizzo della CPU. L’insieme di attività svolte dall’operatore di sistema venne ben presto effettuato da un programma apposito, chiamato sistema operativo , che si occupava di gestire i processi e le periferiche di input e output , cercando di tenere attiva la CPU per il maggior tempo possibile. Questo però non risolveva il problema del programmatore. Se qualcosa andava storto e si voleva cambiare i dati di ingresso di una elaborazione bisognava aspettare anche diversi giorni prima di poter riutilizzare la CPU. Nacque così la seguente idea: se un processo richiedeva un’operazione di input/output e se un altro processo era in attesa di essere eseguito, allora quest’ultimo veniva mandato in esecuzione. Quando il secondo processo, a sua volta, richiedeva un’operazione di input/output , allora la CPU poteva essere messa a disposizione di un terzo processo e così via.
In questo modo l’utilizzo della CPU risultava ottimizzato. Un sistema che opera in questo modo si chiama sistema in multiprogrammazione. L’idea della multiprogrammazione risultò efficace tanto che venne poi estesa e potenziata. Il sistema divide il tempo della CPU in tanti piccoli intervalli detti quanti di tempo , generalmente lunghi da 10 a 100 millisecondi. I sistemi che adottano questo schema vengono detti sistemi a condivisione di tempo o multitasking. Tutti i sistemi operativi moderni, da quelli per uso industriale come Unix o Linux a quelli per uso personale come Windows o Apple OS X , sono sistemi operativi multitasking. Anche i sistemi operativi per smartphone e tablet come Android e IOS sono sistemi multitasking (anche se con certe limitazioni dovute alle strette risorse di memoria e batteria). 4.1.1 Compiti del sistema operativo Il sistema operativo ha come compito principale quello di gestire l’esecuzione di programmi. È in grado di gestire più programmi contemporaneamente. Altro compito importante è quello di gestire le periferiche di input/output per conto dei programmi e degli utenti. Il sistema operativo fornisce un’interfaccia standard per l’accesso da parte dei programmi applicativi alle periferiche come il mouse o il video. Oppure, ad esempio un’applicazione per visualizzare un contenuto nello schermo , non lo fa direttamente inviando informazioni alla scheda video ma attraverso un’ interfaccia fornita dal sistema operativo. Il sistema operativo fornisce alle applicazioni uno schermo virtuale , chiamato finestra.
Il file system è basato sul concetto astratto di file. Un primo esempio di file è un programma. Che cos’è un file? Un file è una sequenza di byte. Tutte le informazioni, i dati ed i programmi possono essere visti come sequenze binarie , quindi come sequenze di byte. Possono essere rappresentate dai file. Il sistema operativo non solo rappresenta i dati e i programmi tramite file , ma fornisce anche un modello per organizzare i file , detto modello gerarchico. Tale modello è ampiamente utilizzato anche per l’organizzazione delle grandi strutture umane (azienda o esercito), delle collezioni di oggetti o degli archivi. L’organizzazione dei file mediante un modello gerarchico prevede che il file system sia composto da file e cartelle. Cos’è una cartella? Una cartella è un contenitore di file o di altre cartelle. Ogni cartella o file , è contenuto in una cartella detta padre o genitore. Esiste una cartella speciale che non è contenuta in nessun’altra che viene chiamata cartella radice. Nel file system ogni cartella ed ogni file possiede un nome. Tutti i file e tutte le cartelle , contenuti in una stessa cartella, devono avere nomi differenti. Cos’è il percorso di un file? Il percorso (o path ) di un file è l’elenco di cartelle in cui è contenuto quel file a partire dalla cartella radice.
-L’estensione dei nomi dei file La scelta di un nome generico da assegnare ad un file non ci aiuta a capire quale tipo di dato è in esso contenuto. In particolare, dal nome del file non possiamo capire con certezza quale programma dobbiamo utilizzare per elaborare questo file. Per eleminare questa ambiguità al nome di ogni file viene aggiunto un suffisso , composto da poche lettere e separato dal nome tramite un punto , chiamato estensione. In base al valore dell’ estensione il sistema operativo è in grado di conoscere di che tipo di file si tratta e quale è l’applicazione predefinita che elabora i file di quel tipo. -La compressione dei file Cos’è la sintesi e che tipo di processo è la compressione dei file? La sintesi è quell’operazione che estrapola da un testo o da un discorso le parti più significative, tralasciando tutto quello che non aggiunge significato ulteriore. Allo stesso modo presa una qualunque sequenza binaria , un file quindi, è possibile operare su di essa per trovarne una che trasporti la stessa quantità di informazione ma che sia la più piccola possibile. Questo processo di trasformazione viene chiamato compressione del file. Da notare però che a differenza della sintesi di un testo , una volta compresso un file è possibile ricostruire il file originale, non compresso, in modo integrale. I sistemi operativi forniscono programmi per la compressione dei file. In windows è possibile inviare un file ad una cartella compressa. Nel sistema Linux , esiste il programma di libero dominio , chiamato GZIP , che comprime e decomprime qualsiasi file. Le tecniche di compressione raggiungono i livelli più sofisticati nella codifica dei file multimediali come immagini, filmati e suoni. -Interfaccia al file system per le applicazioni Tutte le applicazioni che devono accedere ad un file per lavorare, come ad esempio Paint o Word , hanno un set di comandi standard che sono File-Apri e File-Salva con nome. Infatti, un’applicazione, durante l’esecuzione del comando File-Apri , si limita a chiamare via software, una funzione del sistema operativo costruita per specificare il nome di un file presente nel file system del dispositivo.
terminali degli impiegati dell’azienda. Piano piano si passò da un’organizzazione con un unico grande centro di calcolo contenente pochi grandi computer ad un’altra successiva organizzazione, dove ogni dipartimento o filiale aveva una o più unità di calcolo per le proprie esigenze, chiamate server dipartimentali. I server dipartimentali erano collegati ai terminali della filiale tramite una rete locale detta LAN. ( Local Area Network ). Spesso queste, erano diverse da filiale a filiale. La rete più ampia dal punto di vista spaziale veniva chiamata WAN. Grazie alla riduzione dei costi della CPU e della RAM , terminali sempre più potenti ed economici, si arrivò ad avere un personal computer (PC) su ogni scrivania. Nacque così grazie ad applicazioni come la posta elettronica (e-mail) il bisogno di connettere ogni terminale a tutti gli altri. La rete che riuscì ad interconnettere reti eterogenee tra di loro fu la rete di interconnessione che prese poi il nome di Internet. 4.2.1 Internet Prima dei computer esistevano le reti telefoniche. Queste reti sono chiamate a commutazione di circuito. Nelle reti telefoniche , quando un terminale deve connettersi ad un altro, cioè quando si compone il numero di telefono, la rete cerca un circuito diretto tra i due terminali. Attualmente, nelle reti telefoniche , una volta che il circuito è stato stabilito, la comunicazione può avvenire alla massima velocità possibile per quel circuito. Viene garantito un livello minimo di qualità del servizio, per tutta la durata della comunicazione. Questo però può essere a volte inefficiente. A volte, infatti, ci possono essere dei momenti dove la comunicazione procede alla massima velocità e momenti in cui la comunicazione è assente. Invece la rete Internet è una rete detta a commutazione di pacchetto. La rete è composta da terminali particolari chiamati router(instradatori). In base alle informazioni che raccolgono sullo stato delle connessioni in uscita, i router
sono in grado di creare e tenere aggiornata una tabella che associa ad un indirizzo di destinazione una porta di uscita, chiamata tabella di instradamento o tabella di routing. Come funziona una rete Internet? Ogni terminale sulla rete possiede un indirizzo , chiamato indirizzo IP, IP = Internet Protocol. Questo è il protocollo a cui tutti i terminali devono conformarsi per poter far parte della rete internet. L’indirizzo IP è composto da 4 byte ovvero 32 bit. Poiché ciascun numero nell’indirizzo IP è il valore di 1 byte, ciascun numero sarà compreso tra 0 e 255. Possiamo affermare inoltre che l’utilizzo della rete è più efficiente ed economico di quello delle reti a commutazione di circuito ; poiché nelle reti a commutazione di pacchetto , le applicazioni tipiche della telefonata, ad esempio: la chiamata vocale in Skype e WhatsApp, non hanno una qualità garantita. Tutte le applicazioni spesso presentano problemi di continuità o latenza (In informatica, il tempo impiegato da un’informazione per andare da un’unità all’altra di un sistema). I nomi dei server Supponiamo che il nostro Smartphone sia collegato ad una rete Wi-Fi. Quando navighiamo in internet o utilizziamo una delle grandi applicazioni che si basano su internet , come ad esempio: WhatsApp , l’indirizzo IP non compare mai. Eppure, l’indirizzo IP è un elemento fondamentale nella rete internet! Questo perché accade? Quando si deve specificare un terminale di una rete , come un sito web ad esempio , lo si fa generalmente attraverso un nome. Ogni server http ha un suo indirizzo IP , però siccome risulterebbe difficile memorizzare una sequenza di numeri, piuttosto che un nome, ecco perché viene usato il nome. Si è introdotto per questo un meccanismo che associa ad ogni indirizzo IP un nome. Questo meccanismo è svolto da un server chiamato DNS, Domain Name Server. Contiene una tabella con nomi dei server e il relativo indirizzo IP , cosicché a sua volta cerca
