INFORMATICA GENERALE | Schemi e mappe concettuali di Elementi di Informatica

INFORMATICA

L’informatica: nasce per trattare l’informazione

il suo scopo principale è permettere la creazione, raccolta, elaborazione, memorizzazione e

diffusione delle informazioni grazie ai sistemi di elaborazione dell’informazione ovvero i

computer.

La parola nasce da:

- Informazione

- Automatica

Quando l’informazione entra in un computer  diventa dato (cioè un’informazione allo stato

grezzo che può essere manipolata)

Ci sono diversi tipi di dati:

- Dati semplici es.numeri

- Dati complessi es. suoni immagini

la possibilità di gestire dati complessi dipende dalla potenza di calcolo dei computer

moderni.

Ciclo di elaborazione dell’informazione: trasformare dati grezzi in informazione segue uno

schema:

1. Input: fase in cui si inseriscono i dati (es.con il mouse, tastiera ecc)

2. Elaborazione: i dati vengono elaborati seguendo le istruzioni del software (es. creazione

di un’immagine)

3. Output: il risultato dell’elaborazione viene restituito all’utente ovvero un output è un

input elaborato es. visibile o ascoltabile tramite come schermo, stampante ecc.

4. Memorizzazione: l’output vengono salvati su memorie permanenti

5. Distribuzione: gli output possono essere condivisi es. stampante

 questo ciclo non finisce mai, perché l’output può diventare un nuovo input per un’ulteriore

elaborazione.

Digital divide: non tutti possono usare i computer e la tecnologia allo stesso modo, quindi crea

il digital divide, cioè la differenza tra chi ha accesso alla tecnologia e chi non ce l’ha.

Come il computer vede le cose?

Il computer utilizza la logica binaria, ovvero tutte le informazioni proveniente dal monto

esterno (es. parole o immagini) vengono codificate in forma binaria. Per questo usa:

- Bit: è l’unità minima di informazione e può assumere solo 2 valori (0 o 1)

- Codifica binaria o Byte: un insieme di 8 bit forma 1 byte, che permette 256

combinazioni diverse (2^8)

i byte possono raggruppati in multipli come KB (2^10), MB (2^20), GB (2^30), TB

(2^40), PB (2^50)

- Un insieme di bit prende il nome di word, che possono essere di 16,32,65 bit

il word è importante perché influenza la larghezza del bus, la dimensione dei registri

interni ecc.

Sistema numerici: per rappresentare i numeri in modo comprensibili anche da una macchina

abbiamo bisogno dei sistemi numerici che possono essere:

- Posizionale: il valore della cifra non dipende dalla posizione es.numero romano

- Non posizionale: il valore della cifra dipende dalla posizione

Tra i principali sistemi numerici sono:

decimale (base 10); binario (base 2- 1 bit) , ottatale ( base 8 – 3 bit), esadecimale ( base

16-4 bit).

Problema: un computer ha una memoria infinita, questo significa che esiste un numero

massimo di bit che possono essere memorizzati , utilizzando n bit  è possibile rappresentare

fino a 2^n-1 valori diversi

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INFORMATICA

L’informatica: nasce per trattare l’informazione il suo scopo principale è permettere la creazione, raccolta, elaborazione, memorizzazione e diffusione delle informazioni grazie ai sistemi di elaborazione dell’informazione ovvero i computer. La parola nasce da:

Informazione
Automatica Quando l’informazione entra in un computer  diventa dato (cioè un’informazione allo stato grezzo che può essere manipolata) Ci sono diversi tipi di dati:
Dati semplici es.numeri
Dati complessi es. suoni immagini la possibilità di gestire dati complessi dipende dalla potenza di calcolo dei computer moderni. Ciclo di elaborazione dell’informazione: trasformare dati grezzi in informazione segue uno schema:

Input: fase in cui si inseriscono i dati (es.con il mouse, tastiera ecc)
Elaborazione: i dati vengono elaborati seguendo le istruzioni del software (es. creazione di un’immagine)
Output: il risultato dell’elaborazione viene restituito all’utente ovvero un output è un input elaborato es. visibile o ascoltabile tramite come schermo, stampante ecc.
Memorizzazione: l’output vengono salvati su memorie permanenti
Distribuzione: gli output possono essere condivisi es. stampante  questo ciclo non finisce mai, perché l’output può diventare un nuovo input per un’ulteriore elaborazione. Digital divide: non tutti possono usare i computer e la tecnologia allo stesso modo, quindi crea il digital divide, cioè la differenza tra chi ha accesso alla tecnologia e chi non ce l’ha. Come il computer vede le cose? Il computer utilizza la logica binaria , ovvero tutte le informazioni proveniente dal monto esterno (es. parole o immagini) vengono codificate in forma binaria. Per questo usa:

Bit: è l’unità minima di informazione e può assumere solo 2 valori (0 o 1)
Codifica binaria o Byte: un insieme di 8 bit forma 1 byte, che permette 256 combinazioni diverse (2^8) i byte possono raggruppati in multipli come KB (2^10), MB (2^20), GB (2^30), TB (2^40), PB (2^50)
Un insieme di bit prende il nome di word, che possono essere di 16,32,65 bit il word è importante perché influenza la larghezza del bus, la dimensione dei registri interni ecc. Sistema numerici: per rappresentare i numeri in modo comprensibili anche da una macchina abbiamo bisogno dei sistemi numerici che possono essere:
Posizionale: il valore della cifra non dipende dalla posizione es.numero romano
Non posizionale: il valore della cifra dipende dalla posizione Tra i principali sistemi numerici sono: decimale (base 10); binario (base 2- 1 bit) , ottatale ( base 8 – 3 bit), esadecimale ( base 16-4 bit). Problema: un computer ha una memoria infinita, questo significa che esiste un numero massimo di bit che possono essere memorizzati , utilizzando n bit  è possibile rappresentare fino a 2^n-1 valori diversi

 se si volesse sapere quanti bit servono per rappresentare un valore X , si utilizza la formula n= log2X quando si supera la capacità di bit disponibili, si verifica un overflow. Codifica dei testi: per memorizzare lettere/simboli, il computer utilizza tabelle di corrispondenza, il codice più diffuso è:

L’ASCII: ogni carattere è rappresentato con 7 bit, permettendo di rappresentare 128 simboli
L’ASCII ESTESO: ogni carattere è rappresentato da 8 bit, permettendo di rappresentare 256 simboli
UNICODE: ogni carattere è rappresentato da 16 bit, permettendo di rappresentare 65000 simboli (permette tutte le lingue) SOFTWARE è l’insieme di programmi che permettono al computer di funzionare si divide in:
Software di sistema: comprende tutti i programmi necessari per far funzionare il computer es. sistema operativi
Programmi applicativi: comprende tutti i programmi utilizzati per lavorare o far divertire l’utente es.musica, guardare un video. Il programma più importante è il: SISTEMA OPERATIVO: permette di coordinare e controllare i hardware e software, permettendo all’utente di usare il computer anche senza conoscere tutti i dettagli tecnici. quando un’utente compie un’azione, una parte del sistema operativo chiamata interprete dei comandi interpreta l’input e avvia il programma richiesto. I sistemi operativi attuali sono:
Multitasking: permettono di utilizzare più programmi alla volta es. scrivere e ascoltare musica
Multithreading: permettono di eseguire più operazioni nello stesso momento e nello stesso programma. L’evoluzione del sistema operativo viene in maniera graduale: prima migliora l’hardware (es. processori migliori), poi il sistema operativo (si aggiorna) e infine i programmi applicativi (si adattano alle migliorie) l’utente comunica con il computer attraverso: l’interfaccia utente: ci sono diversi tipi:
A caratteri: in cui si usano comandi scritti con la tastiera (tipica dei vecchi sistemi)
A grafica (GUI): basata su icone, finestre e mouse (tipica dei moderni sistemi) Nelle interfacce grafiche troviamo:  Tecnologia WYSIWYG: permette di vedere sullo schermo il risultato finale  Standardizzazione dei comandi: i principali comandi sono uguale in tutti i programmi es.copia-incolla. AVVIO DEL COMPUTER: quando il computer viene acceso, entra in funzione il BIOS, un programma che fa da ponte fra hardware e software, il bios permette al computer di avviarsi correttamente e di comunicare con i vari componenti del computer. Es. interpretare i dati inseriti tramite la tastiera, visualizzare i dati sullo schermo. IL CALCOLATORE Il calcolatore (computer) è un sistema formato da più parti che lavorano insieme per ottenere un risultato. Si divide in 2 macro-componenti:
Hardware: è la parte fisica del computer
Software: è l’insieme di programmi che permettono all’hardware di funzionare Hardware

Tipi di istruzioni: la cpu esegue istruzioni precise:

Aritmetico-logiche: servono per fare calcoli e confronti
Di controllo del flusso: servono per decidere l’ordine delle operazioni
Di trasferimento: servono per spostare i dati tra cpu-memoria- periferiche DATA PATH: è il percorso interno dei dati ovvero: i registri inviano i dati all’ALU, dopo di che l’ALU esegue l’operazione, e il risultato torna in un registro i dati entrano vengono elaborati dentro l’ALU e poi escono CICLO DI ESECUZIONE (fetch-decode- execute): è il percorso che fa il computer ogni volta che esegue un programma:
Fase fetch: La cpu va in memoria e prende le istruzioni dalla memoria
Fase decode: La cpu interpreta l’istruzione e capisce cosa fare
Fase execute: La cpu esegue davvero l’operazione questo ciclo si ripete tante volte PROCESSORE: è il cuore operativo del computer, perché legge interpreta ed esegue le istruzioni del sistema. problema: lavora lentamente; Soluzione: i registri i registri sono fondamentali perché evitano di accedere continuamente alla RAM , rallentizzando tutto Possono essere di 2 tipi:
Registri speciali: servono per controllare l’esecuzione del programma  PC: indica la prossima istruzione da eseguire  IR: contiene l’istruzione in esecuzione  PSW: segnala lo stato dell’operazione es.errore, overflow  MAR: indica l’indirizzo di memoria da usare  MDR: trasporta i dati tra cpu e memoria  R0,R1,R2: registri generici usati per i calcoli
Registri di uso generale: servono durante l’esecuzione delle istruzioni es.memorizza il risultato di un calcolo ecc. non importante Ci tipi di processori:
CISC: dispone di molte istruzioni complesse, quindi meno comandi necessari per un programma. vantaggi: rendono la programmazione più semplice, sfrutta bene la memoria, riduce la distanza fra linguaggio macchina e linguaggio programmatori svantaggi: istruzioni più lente perché complicate, processo più grande
RISC: dispone di poche istruzioni semplici, quindi più comandi necessari per un programma. vantaggi: il processore lavora con alta frequenza di clock, cioè compie più operazione al secondo, le istruzioni hanno la stessa lunghezza e occupano lo stesso spazio in memoria svantaggi: servono più istruzioni per svolgere operazioni complesse, il codice finale è più lungo. Diversi tipi di velocità della cpu:
Frequenza di clock: misura quante operazioni la CPU svolge in un secondo hearts.
Periodo di clock: misura il tempo che passa fra 2 cicli, più breve il ciclo allora più veloce la CPU. UNITA ARITMETICO-LOGICA (ALU) È la parte del processore che esegue i calcoli, si occupa di operazioni aritmetiche (somma, sottrazione ecc) e logiche (confronti tra numeri)

Come funziona? L’alu prende i dati dai registri (svolge i calcoli richiesti dal programma), li elabora e rimetti il risultato in un altro registro. Come sono codificate le istruzioni? Le istruzioni che esegue il processore sono in formato digitale, scritta in codice binario, cioè con sequenze di bit (0 e 1) ogni sequenza/configurazione di bit indica, una cosa precisa che la CPU deve fare. tutte queste sequenze/configurazioni vengono memorizzate nella RAM, dove il processore le legge, interpreta e la trasforma in azioni concrete. ALGEBRA BOOLEANA è il sistema matematico alla base dell’informatica e dei circuiti digitali si basa su variabili booleane, che assumono solo 2 valori 1(vero) e 0(falso) Con le variabili booleane si costruiscono le funzioni booleane es. F(x,y,z) (vengono rappresentate da una tabella di verità), le funzioni booleane possono essere:

Completamente specificate: il valore è definito per ogni combinazione
Non completamente specificate: il valore non è definito per alcune combinazioni I principali operatori con l’algebra booleana sono:

Operatori logici: servono a mettere in relazioni variabili e costanti e possono essere:

Monadici: se agiscono solo su 1 variabile
Diadici: se agiscono su 2 variabili I principali operatori sono:  NOT (monadico): inverte il valore  AND (diadico): restituisce 1 solo se entrambi sono 1  OR (diadico): restituisce 1 se almeno una variabile vale 1  XOR (diadico): restituisce 1 solo se le variabili sono diverse

Operatori universali: sono chiamati cosi, perché da soli permettono di costruire qualsiasi funzione  NAND: restituisce 0 se entrambi le variabili sono 1  NOR: restituisce 1 se entrambi le variabili sono 0 ALGORITMO È una sequenza di istruzioni che partendo da alcuni dati inziali permette di arrivare a un risultato finale risolvere un problema significa scrivere un algoritmo perché mi dice i passaggi nell’ordine giusto per ottenere il risultato corretto. Caratteristiche di un buon algoritmo:

Finitezza: la sequenza deve essere composta da un numero finito cioè prima o poi deve terminare
Non ambiguità: ogni sequenza deve avere un solo significato, cosi la sequenza dell’algoritmo produce sempre lo stesso risultato (è deterministico)
Realizzabilità: la sequenza deve poter essere eseguito davvero cioè usando la potenza, la memoria del computer. Come si rappresenta un algoritmo? Deve essere scritto in un linguaggio formale, che possa essere trasformato facilmente in un programma. Esistono 2 modi principali per rappresentare un algoritmo:
Diagramma di flusso (flow chart): è una rappresentazione grafica con simboli e frecce che mostrano l’ordine delle operazioni.
Pseudocodice: è una rappresentazione testuale che mostrano l’ordine delle operazioni es.linguaggio di programmazione. Simboli del flow chart:
Ovale: inizio/fine dell’algoritmo

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