Informatica di base, Mezzini, Appunti di Fondamenti di informatica

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Chiara Pitaffi

Università Roma Tre

EduNido

1. FONDAMENTI

Il termine computer indica qualcosa o qualcuno che effettua calcoli matematici. Il termine deriva dalla parola latina computare , che significa contare. L’idea di questo dispositivo è dovuta al matematico britannico Alan Turing , considerato il padre dell’informatica moderna e a cui è intitolato il più prestigioso premio internazionale nel campo delle scienze informatiche. Inizialmente, il dispositivo creato era solamente teorico ma successivamente fu sviluppato per fornire delle risposte a questioni teoriche di logica e matematica. Diagrammi di flusso Il dispositivo ideato da Turing, chiamato appunto, macchina di Turing , è strettamente legato al concetto di algoritmo. 4+3=4+1+1+1= a+b=a+1+1+…+1 (volte b) Chiamiamo A la mano che tiene 4 e B l’altra mano. Chiamiamo C il numero che teniamo in testa (3). Aggiungo 1 alla mano B e aggiungiamo 1 al risultato finale= assegnazione = associare alla mano un certo valore (prima operazione); (seconda operazione) aggiungere 1 alla mano B= iterazione condizionata illimitata. Se l’algoritmo è di tipo lineare esso può essere descritto elencando una dietro l’altra le operazioni da seguire. L’ algoritmo lineare è costituito da una sequenza di operazioni prestabilite; però capita di dover eseguire diverse operazioni, in questo caso si utilizzano i diagrammi di flusso , nei quali l’algoritmo viene rappresentato in forma grafica mediante uno schema. Qui le fasi del processo e le differenti condizioni che devono essere rispettate sono rappresentate da blocchi in cui sono inserite le operazioni elementari. I blocchi sono collegati tra loro da linee di giunzione. Il computer è quindi una macchina dotata di un dispositivo di memoria, in grado di leggere dalla memoria di un programma, mediante un diagramma di flusso ed è in grado di eseguire le tre operazioni elementari. Qualunque dispositivo con queste capacità è detto: calcolatore universale.

→ JPEG (Joint Photographic Experts Group); → GIF (Graphics Interchange Format) sostituito da PNG (Portable Network Graphics); Un filmato si compone di una parte visuale e di una parte audio. I filmati possono essere visti come una sequenza di immagini accompagnata da una traccia audio. Teoricamente quindi, un filmato può essere memorizzato come una sequenza di immagini ed utilizzare la stessa codifica di quelle. In questo caso le tecniche di compressione vengono portate all’estremo (MPEG: Moving Picture Experts Group).

3. COMPONENTI PRINCIPALI DI UN COMPUTER

In tutti i computer, l’elemento che contiene i circuiti per effettuare le operazioni di calcolo e di lettura/ scrittura della memoria viene chiamato CPU. Tale unità viene realizzata mettendo insieme miliardi di componenti elettronici miniaturizzati su un supporto di silicio di pochi cm2. 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; → Le operazioni aritmetico-logiche detta ALU; → Le operazioni di lettura e scrittura in memoria; l’operazione di lettura viene utilizzata sia per leggere le istruzioni sia per leggere i dati registrati nella memoria, mentre l’operazione di scrittura serve per registrare le operazioni effettuate sui dati iniziali e per scrivere il risultato finale di un algoritmo. La CPU si presenta come un elemento rettangolare sottile dove su di un lato si sporgono numerosi contatti metallici piedini o pin, per l’interconnessione della CPU con gli altri componenti del computer. Ciascun componente della CPU comunica con gli altri e questi a loro volta ricevono l'informazione dai primi, la elaborano e la inviano ad altre componenti o alla memoria. Al fine di sincronizzare e controllare in modo preciso il flusso di trasmissione e d'elaborazione dei segnali all'interno della CPU, si adotta un segnale di sincronizzazione simile ad un semaforo: questo è chiamato clock della CPU. Si presenta sotto forma di un'onda elettrica quadrata. Le CPU degli smartphone e dei computer hanno clock che variano da 1.5 a 3.0 GHz. Questo vuol dire che una CPU con un clock a 3.0 GHz cambia stato 3 miliardi di volte al secondo. Il clock serve quindi a fornire una misura di quanto è veloce il dispositivo nel fare i calcoli. Per lavorare, la CPU ha bisogno di una memoria da cui leggere le istruzioni e in cui leggere e scrivere i dati. Il secondo elemento più importante del computer è appunto la memoria. La memoria è composta da una sequenza numerata di byte e il numero di byte viene chiamato indirizzo. Per leggere un byte della memoria, la CPU invia a questa l’indirizzo del byte da leggere. Se invece la CPU vuole scrivere un byte in memoria deve inviare a questa sia il byte da scrivere sia il suo indirizzo. La memoria del computer è anche detta memoria principale ( RAM : Random Access Memory) che memorizza i dati fin tanto che c’è corrente elettrica che alimenta i suoi circuiti. Allo spegnimento del dispositivo, i dati memorizzati nella RAM svaniscono. Una variante della RAM è la memoria ROM (Read Only Memory) la quale può essere solo letta e non vi è la possibilità di modificare i dati al suo interno; infine il suo contenuto non svanisce se il dispositivo viene spento. Si dicono dispositivi di input e output quelli che scrivono o leggono direttamente i dati dalla memoria principale. → Un dispositivo di input consente di immettere le informazioni dall’esterno all’interno del computer nella memoria principale; → Un dispositivo output invece, consente di leggere o estrarre informazioni dall’interno all’esterno. All'interno della memoria RAM sono inseriti dei dispositivi in grado di memorizzare permanentemente i dati e sono chiamati memoria secondaria o di massa e sono classificati

4. SISTEMI OPERATIVI E RETI

L’insieme di attività svolte dall’operatore di sistema vengono effettuate da un programma apposito, chiamato sistema operativo , che si occupa di gestire i processi e le periferiche di input e output, cercando di tenere attiva la CPU per il maggior tempo possibile. Il sistema operativo ha come compito principale quello di gestire l’esecuzione dei programmi. Un altro compito fondamentale è quello di gestire le periferiche di input e output dei programmi e degli utenti. Infatti, il sistema operativo, fornisce un’interfaccia standard per l’accesso da parte dei programmi applicativi alle periferiche come il mouse o il video. Il sistema operativo non può conoscere il funzionamento di tutte le periferiche e a tal proposito, i costruttori di periferiche, forniscono al sistema operativo dei programmi, chiamati driver che, si presentano come interfaccia tra il dispositivo e il sistema operativo. Quest’ultimo definisce quali interfacce standard il driver deve mettere a disposizione. La periferica quasi sempre presente in un computer è la memoria di massa (costituita da dischi rigidi) che ha la funzione di memorizzare i dati della RAM. Il sistema operativo, presenta all'utente e ai programmi applicativi, un'interfaccia verso la memoria di massa che viene chiamata: sistema di gestione dei file o file system : basato sul concetto astratto di file: sequenza di byte. Il sistema operativo fornisce inoltre un modello per organizzare i file, detto: modello gerarchico , che prevede che il file system sia composto da file e cartelle e che ognuno di questi possieda un nome. Il percorso di un file è l'elenco di cartelle in cui è contenuto quel file a partire dalla cartella radice : cartella che non è contenuta in nessun'altra cartella.

• Estensione dei file : serve a capire con quale programma di elaborazione deve essere aperto un certo file;
• Compressione dei file : è quell'operazione che estrapola da un testo o da un discorso le parti più significative, tralasciando tutto quello che aggiunge un significato ulteriore. In Windows è possibile inviare un file ad una cartella compressa. Nel sistema Linux (Android) esiste il programma di libero dominio (GZIP) che comprime e decomprime ogni tipo di file. Tutte le applicazioni che devono accedere ad un file per lavorare hanno un set di comandi standard che sono: file- apri e file- salva con nome. Con l'aumento della potenza di calcolo della CPU e delle schede video, i sistemi operativi hanno potuto fornire un'interfaccia all'utente basata sulla rappresentazione di icone e finestra, denominata interfaccia grafica , realizzata mediante la metafora del desktop , nel quale troviamo delle icone che rappresentano file o cartelle. Esistono una serie di comandi e funzionalità che consentono di modificare e personalizzare il sistema operativo e consentono inoltre di configurare le principali periferiche. Infine, esistono delle funzionalità che servono a:
• Installare e disinstallare programmi;
• Visualizzare informazioni sul sistema, come per esempio: la quantità di memoria RAM, il modello e il clock della CPU ecc.; Tutte queste sono racchiuse in un programma chiamato: pannello di controllo o impostazioni.

Le reti di computer possono essere suddivise in diversi strati a formare una pila di protocolli. Il livello più alto die questa pila è il livello applicativo , che deve conoscere solo l'indirizzo del destinatario. Il secondo livello, detto di rete , specifica come devono essere assegnati gli indirizzi IP e il loro instradamento. Il terzo livello è invece chiamato fisico. Un tipo di livello fisico per una rete LAN è la rete ethernet , solitamente implementata all'interno del modem ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Spesso ci si trova a dover distinguere se il trasferimento dati avviene dal terminale o dalla rete e viceversa:

• Quando il trasferimento avviene dalla rete al terminale, parliamo di download ;
• Quando il trasferimento avviene da un terminale ad un altro della rete, parliamo di upload. Per misurare quanto è veloce il trasferimento di dati da un terminale all'altro, si usa la grandezza chiamata transfer rate che indica quanti bit al secondo (bit/s) transitano sul canale di trasmissione.

Spesso ci si trova a dover copiare i risultati del calcolo di una sequenza di formule in un altro posto nel foglio di lavoro o in un altro foglio o file Excel. Per incollare il valore occorre utilizzare il comando incolla valori.