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CAPITOLO 1- FONDAMENTI DI INFORMATICA E HARDWARE
1.1 Informatica: il trattamento automatico dell’informazione
Il termine “informatica”(in inglese information technology ) deriva dal francese _informatique= information
- automatique._ L’informatica si occupa di macchine in grado di elaborare automaticamente l’informazione e in grado di:
- Ridurre i tempi di elaborazione;
- Garantire una minore probabilità di errori;
- Liberare l’uomo da incombenze noiose;
- Svolgere delle funzioni che pochi uomini sarebbero in grado di fare.
Le telecomunicazioni si occupano della trasmissione dell’informazione a distanza dando origine ad una nuova disciplina: information and communication technology tecnologie come personal computer, cellulari, macchine fotografiche, CD.
1.2 Il dato, l’informazione e la conoscenza
Il dato è un insieme di simboli tracciati su un supporto fisico. Un dato è utile solo nel momento in cui viene messo in relazione con l’informazione. Un’informazione è un dato messo in relazione con la proprietà cui si riferisce. Esempio: affermare che la temperatura corporea di Luca è di 38 ° mette in relazione una sequenza di simboli (38°) con una proprietà fisica attribuendole così un significato e trasformandola in informazione.
1.3 I linguaggi formali
I linguaggi naturali (italiano, inglese, francese, ecc) possono risultare ambigui poiché molte parole possono acquisire diversi significati a seconda del contesto. Per comunicare con un calcolatore l’ambiguità dei linguaggi naturali rappresenta un grosso problema; a questo proposito vengono sviluppati dei linguaggi formali. Al fine di definire un linguaggio formale bisogna:
a. (^) Individuare un elenco finito di simboli
b. Definire una grammatica formale che specifichi come i simboli debbano essere combinati per costruire frasi di senso compiuto.
1.4 La codifica e la rappresentazione dell’informazione
Nei calcolatori ogni informazione è codificata in bit ( binary digit ) alfabeto che contiene solo i simboli 0 e 1 Si definisce byte una sequenza di otto bit. La capacità della memoria di un calcolatore viene misurata, quindi, in bit, byte e multipli di essi.
1.5 Gli strumenti per l’elaborazione dell’informazione
Con l’espressione “elaborazione dell’informazione” si indicano attività come:
a. Creazione di dati
b. (^) Modifica ed eliminazioni di dati
c. Confronto di dati
d. Conservazione e comunicazione a distanza di tempo di dati
e. Trasmissione e diffusione di dati
L’informazione in ingresso all’elaborazione è denominata input mentre quella prodotta in uscita dall’elaborazione stessa output. È detto algoritmo quell’insieme di istruzioni che consente di eseguire un’operazione. Vista l’ambiguità dei linguaggi naturali, gli algoritmi necessitano di essere espressi attraverso un linguaggio formale. I linguaggi di programmazione sono linguaggi formali progettati per descrivere gli algoritmi (sintassi semplice, semantica limitata e assenza di ambiguità). La formulazione di un algoritmo è detta: programma ; la persona che scrive un programma è detto programmatore.
1.6 I dispositivi automatici per l’elaborazione dell’informazione
I sistemi manuali forniscono una codifica dei dati ma affidano completamente all’uomo l’esecuzione delle trasformazioni fisiche su di essi. I sistemi semi automatici rigidi sono in grado di operare singole trasformazioni fisiche sui dati ma richiedono continue indicazioni da parte dell’uomo che deve di volta in volta indicare la trasformazione che dev’essere eseguita. I sistemi automatici flessibili, come il calcolatore, dispongono di una memoria all’interno della quale sono rappresentati i dati, le istruzioni e la codifica esplicita delle trasformazioni fisiche da operare sui dati stessi.
1.7 L’architettura di Von Neumann
Tra il 1943 e il 1945 all’Università della Pennsylvania venne realizzato il primo calcolatore elettronico universale, l’ENIAC. Poco dopo il matematico ungherese John Von Neumann progettò l’EDVAC, un altro calcolatore elettronico che differiva dal primo per l’utilizzo dell’aritmetica binaria invece che decimale e per l’utilizzo di un unico dispositivo di memoria per istruzioni e dati. L’obiettivo di Von Neumann era quello di realizzare un calcolatore universale(general purpose) dotato di un dispositivo di memorizzazione in cui fosse possibile rappresentare con la medesima codifica dati e istruzioni, utilizzando l’aritmetica binaria al posto di quella decimale e separando il dispositivo di memorizzazione da quello di elaborazione. Il calcolatore di Von Neumann è quindi così composto:
- Processore legge le istruzioni e le esegue operando trasformazioni sui dati;
- Memoria insieme di unità elementari di memorizzazione che contengono dati o istruzioni;
- Interfaccia (interfaccia di input e interfaccia di output) gestisce l’interazione con l’ambiente esterno collegandosi con le periferiche (dispositivi di input e/o output);
- (^) Bus canale di comunicazione che gestisce lo scambio di informazioni tra gli altri sottoinsiemi.
Quando si progetta una CPU bisogna identificare tutte le operazioni elementari che è in grado di compiere e assegnare a ciascuna di esse un’istruzione, che indicherà alla CPU quale operazione elementare dovrà svolgere per eseguirla. L’insieme di tutte le istruzioni in codice binario per una determinata CPU è detto linguaggio macchina. Due calcolatori sono tra loro compatibili quando utilizzano CPU che adottano il medesimo linguaggio macchina.
book reader, registratore audio, ecc). Un PDA (Personal Digital Assistant)/ handheld PC (“PC che può essere tenuto in mano”)/ palmtop PC (“PC che può essere tenuto sul palmo della mano”)/ pocket PC (“PC tascabile”) racchiude le caratteristiche di un tablet. Uno smartphone è un PDA che integra le funzioni di un cellulare.
Ci sono computer multi-utente progettati per essere utilizzati da più persone: minicomputer (calcolatore impiegato per elaborazioni dipartimentali nell’ambito di imprese medie e grandi), mainframe (calcolatore impiegato per elaborazioni massive nell’ambito di grandi imprese), supercomputer (calcolatore in grado di offrire elevatissime prestazioni richieste nell’ambito della ricerca tecnico-scientifica). I calcolatori embedded sono calcolatori specificatamente ottimizzati per l’utilizzo di particolari SW e per essere collocati all’interno di automobili, semafori stradali, lettori MP3, caldaie, ecc.
1.11 Il processore
La CPU ha il compito di eseguire istruzioni codificate in binario all’interno della memoria centrale andando a modificare dati della stessa memoria centrale. Essa per svolgere le sue attività utilizza dei registri unità di memorizzazione interne alla CPU caratterizzate da un’elevata velocità di scrittura/lettura. La CPU continua a svolgere dall’accensione allo spegnimento le attività di: lettura della memoria, decodifica, esecuzione, scrittura. Nella fase di lettura della memoria la CPU legge un’istruzione dalla memoria centrale e la memorizza nel registro IR. Il Program Counter è un registro della CPU che mantiene l’indirizzo dell’istruzione successiva da eseguire. All’interno dell’istruzione nella fase di decodifica vengono identificate: la parte che specifica l’operazione da eseguire e le parti che identificano gli operandi(dati cui tale operazione deve essere applicata). L’ esecuzione è demandata all’unità aritmetico-logica. Il risultato dell’esecuzione viene trascritto in uno dei registri interni della CPU o all’interno della memoria centrale ( scrittura ). Le istruzioni di salto , previste dal linguaggio macchina di ogni CPU, modificano il valore del program counter per consentire la modifica del flusso di esecuzione delle istruzioni. Il clock è un dispositivo situato all’interno del calcolatore che scandisce le operazioni all’interno di tutti i circuiti elettronici del calcolatore e li sincronizza. La sua frequenza è misurata in hertz. Attualmente vengono impiegati processori multi-core chip che integrano due o più CPU capaci di operare ad alta frequenza.
1.12 La memoria centrale (RAM)
La RAM è il dispositivo di memorizzazione con cui la CPU interagisce per leggere e scrivere istruzioni e dati. La RAM è volatile: la sua capacità di memorizzazione richiede un continuo flusso di alimentazione elettrica per cui lo spegnimento del calcolatore determina la cancellazione di tutto il suo contenuto. Viene definita memoria centrale per sottolineare la sua importanza rispetto ai dispositivi di memorizzazione secondari. Qualsiasi dispositivo di memoria può supportare uno dei seguenti tipi di accesso: accesso sequenziale, accesso diretto, accesso misto, accesso associativo. La denominazione Random Access Memory denota il fatto che la memoria centrale supporta l’accesso diretto (dato l’indirizzo di una cella, ne è possibile l’accesso immediato).
Ogni calcolatore dispone anche di una piccola memoria aggiuntiva detta ROM( Read Only Memory ) memoria di sola lettura. Spesso questa memoria è una EPROM ( Erasable Programmable Read-Only Memory ) memoria non volatile il cui contenuto può essere modificato dal calcolatore tramite procedure di aggiornamento.
1.13 Le memorie di massa
A differenza della RAM, la memoria di massa è persistente. Rispetto alla memoria centrale, la memoria di massa è caratterizzata da una maggiore capacità e un minor costo per byte di memorizzazione con, però, tempi di accesso più lunghi. Alcune memorie di massa si basano su supporti rimovibili, per la cui lettura e scrittura il calcolatore dev’essere dotato di un drive, e che possono facilmente essere spostati da un calcolatore all’altro per lo scambio di dati. Altre memorie di massa sono fisse. Se un dispositivo di memoria di massa dovesse guastarsi e quindi dovesse essere sostituito, verrebbe perso irrimediabilmente tutto il suo contenuto informativo. Il contenuto informativo di un supporto di memorizzazione ha in genere un valore maggiore rispetto a quello del suo supporto. A questo proposito è necessario ricorrere a misure tecnologiche atte a prevenire la perdita dei dati di una memoria di massa; il backup è una di queste tecniche produzione di copie aggiuntive dei dati conservati su un dispositivo di memoria per permettere il ripristino del contenuto informativo di un calcolatore.
A seconda della tecnologia impiegata le memorie di massa possono essere classificate in: dispositivi magnetici , dispositivi ottici , memorie flash.
- I dispositivi magnetici sono memorie di massa il cui supporto di memorizzazione è costituito da una superficie ricoperta da uno strato di materiale ferromagnetico. Nel disco rigido il supporto di memorizzazione è costituito da uno o più dischi(piatti) le cui superfici sono ricoperte da un sottile strato di materiale ferromagnetico. Questi piatti sono sovrapposti e connessi con un unico perno di rotazione. Mentre i piatti ruotano le testine di lettura/scrittura sono in grado di operare. Il disco rigido rappresenta oggi la memoria di massa più comune. Per la manutenzione dei dischi magnetici sono molto importanti la formattazione e la deframmentazione. La frammentazione comporta la cancellazione totale di eventuali dati preesistenti, l’individuazione di eventuali blocchi danneggiati, che così vengono contrassegnati come inutilizzabili, e la predisposizione della struttura logica per archiviare i dati. La deframmentazione ottimizza le prestazioni del disco riorganizzando l’utilizzo dei blocchi.
Nei nastri magnetici il supporto di memorizzazione è rappresentato da un lungo nastro di materiale plastico con una superficie ricoperta di materiale ferromagnetico avvolto in una bobina o raccolto in una cassetta. I nastri magnetici sono in grado di offrire un’elevata capacità, costi e tempi di lettura/scrittura ridotti.
- I dischi ottici sono supporti rimovibili che possono essere letti con l’ausilio di una luce laser. Esso è costituito a strati: sulla superficie del substrato è presente una spirale sulla quale sono disposte delle microscopiche fosse( pit ) per codificare i dati. Quando il supporto è inserito nel drive la traccia viene illuminata d auna luce laser che, dopo essere stata riflessa, viene distorta dai pit permettendo, così, ad una testina di lettura di ricostruire i dati codificati. Alcuni dischi ottici si configurano come ROM(il calcolatore può leggere il contenuto informativo ma non può modificarlo); altri non hanno contenuto informativo che può, quindi, essere scritto tramite un masterizzatore e risultando così leggibili da parte del lettore del calcolatore. Nei supporti scrivibili il masterizzatore può scrivere una sola volta; in quelli riscrivibili, invece, il contenuto informativo può essere scritto e modificato diverse volte. I dischi ottici non hanno involucri protettivi quindi se danneggiati possono creare gravi problemi di lettura del contenuto. I supporti ottici più diffusi sono CD, DVD E BD(Blu-ray Disc). I CD-ROM sono di sola lettura; i CD-R sono scrivibili e i CD-RW sono riscrivibili. Allo stesso modo i DVD-ROM sono di sola lettura, i DVD-R e DVD +R sono scrivibili e i DVD-RAM sono riscrivibili. Il BD consente la distribuzione di materiale audiovisivo ad alta risoluzione.
applicativi; i tasti freccia hanno funzioni specifiche nell’ambito dell’editing del testo. Nei calcolatori la tastiera è esterna e collegata via cavo o wireless; nei notebook è integrato nel chassis.
- (^) Il video / schermo / monitor / display è il dispositivo di output più comune in grado di visualizzare immagini, testo e filmati. Esso è costituito da una matrice di piccolissimi rettangoli detti pixel. Il sistema è in grado di attribuire ad ogni pixel un colore generando ciò che all’occhio umano appare come un insieme di punti colorati generanti un’immagine. La CPU, grazie ad una scheda grafica, è in grado di visualizzare una mappa dello schermo che gli indica tutte le informazioni relative al colore da attribuire a ciascun pixel. La dimensione dell’immagine visibile su un video è misurata in pollici lungo la diagonale. Il rapporto d’aspetto , invece, è la frazione che esprime il rapporto tra le dimensioni della base e dell’altezza dell’immagine visualizzata. Il valore standard è 4:3; il formato panoramico è 16:9. La risoluzion e indica il numero massimo di pixel visualizzabili nelle due dimensioni. A parità di dimensioni dello schermo, risoluzioni più alte indicano pixel più piccoli e determinano quindi una migliore qualità della resa grafica. Profondità di colore : quantità di colori alternativi che possono essere assunti da ciascun pixel/ numero di bit impiegati per rappresentare i colori. Frequenza di aggiornamento : numero di volte in cui in un secondo viene ridisegnata l’immagine sullo schermo. Angolo di visibilità : angolo massimo, rispetto alla verticale, da cui si può guardare l’immagine senza che questa risulti deteriorata in misura inaccettabile. Le tecnologie più frequentemente impiegate per la costruzione del video sono quelle a cristalli liquidi (LCD) e al plasma.
- (^) I dispositivi di puntamento l’interfaccia grafica richiede un dispositivo di puntamento. Il dispositivo di puntamento per eccellenza è il mouse. Il collegamento del mouse al calcolatore può essere via cavo, su una porta seriale o wireless. L’operazione che consiste nello schiacciare e rilasciare uno dei tasti del mouse è detto click. Se questo movimento viene ripetuto due o tre volte è detto doppio o triplo click. L’operazione di premere un pulsante e mantenerlo premuto durante un trascinamento è detto drag-and-drop.
La trackball consiste in un mouse meccanico rovesciato; viene utilizzata nelle applicazioni CAD. L’analog stick/ thumbstick è una versione più piccola del joystick ; così come il pointing stick collocato all’interno o in prossimità della tastiera sui notebook. Nel touchscreen il video si trasforma in un potente dispositivo I/O.
- (^) La stampante Una stampante è detta monocromatica se generalmente stampa in nero su supporti bianchi; altrimenti è detta stampante a colori. La risoluzione, misurata in DPI , indica il numero di punti che la stampante è in grado di generare in un pollice lineare. La velocità di stampa è misurata in ppm ( pages per minute ).
Il collegamento della stampante al calcolatore avviene solitamente tramite un cavo. Una stampante di rete dispone di una scheda di rete che le consente di offrire il servizio di stampa a tutti i calcolatori connessi alla rete. Le stampanti a getto d’inchiostro spruzzano microscopiche gocce di inchiostro sulla carta attraverso gli ugelli presenti nella testina di stampa.
Nelle stampanti laser un raggio laser proietta un’immagine della pagina da stampare su un rullo elettricamente carico e ricoperto da un materiale fotosensibile. Nelle aree non esposte alla luce, quindi ancora cariche, vengono attirate particelle di inchiostro in polvere (toner).
Nelle stampanti a impatto sono presenti degli aghi all’interno della testina che incontrando un nastro inchiostrato e poi un foglio di carta, genera su quest’ultimo un punto. Questo genere di stampanti è perlopiù in disuso.
- Lo scanner è un dispositivo Input in grado di digitalizzare un’immagine proveniente da un supporto come quello cartaceo. Lo scanner piano digitalizza l’immagine appoggiata su una finestra orizzontale di vetro; lo scanner manuale, invece, acquisisce l’immagine mentre l’operatore lo fa scorrere sulla superficie dell’immagine; lo scanner per pellicola acquisisce immagini presenti sulla pellicola fotografica.
La risoluzione di uno scanner si misura in ppi ( pixel per inch ). L’ OCR (Optical Character Recognition riconoscimento ottico dei caratteri) serve a riconoscere i caratteri da un'immagine di una pagina scritta a mano o stampata.
- I dispositivi per la gestione dell’audio
Una scheda sonora/ scheda audio è una scheda di espansione che supporta l’I/O di segnali audio per il calcolatore. Essa dispone in output di un convertitore digitale-analogico in grado di codificare un segnale sonoro e inviarlo ad amplificatori o cuffie per permetterne l’ascolto. La digitalizzazione di segnali sonori in input, invece, consente di utilizzare il calcolatore come un registratore. Quando il calcolatore converte il testo in parlato si parla di sintesi vocale ; quando invece il calcolatore converte il parlato in testo si parla di riconoscimento vocale.
CAPITOLO 2- IL SOFTWARE
2.1 Gli algoritmi
- Un algoritmo è una sequenza di istruzioni per realizzare un trattamento dell’informazione.
- Un algoritmo presuppone la presenza di un esecutore e dev’essere formulato in un linguaggio comprensibile e non ambiguo per l’esecutore.
- L’algoritmo deve prevedere soltanto istruzioni elementari che richiedono all’esecutore la conduzione di operazioni elementari.
- Un algoritmo può richiedere l’esecuzione di altri algoritmi precedentemente specificati dall’esecutore.
- Un algoritmo deve specificare senza ambiguità l’ordine di esecuzione delle istruzioni a cui l’esecutore deve attenersi scrupolosamente.
- Un algoritmo dev’essere formulato in un numero finito di istruzioni.
- Un algoritmo dev’essere deterministico.
- Un algoritmo parametrico è quello in grado di risolvere una classe di problemi non uno solo.
2.2 I programmi, i linguaggi di programmazione, i traduttori
Un linguaggio di programmazione è un linguaggio formale impiegato per descrivere algoritmi che devono essere eseguiti da un calcolatore. Il linguaggio macchina è un linguaggio di programmazione. Un programma è un algoritmo espresso in un linguaggio di programmazione. Un programmatore è una persona che “insegna” algoritmi ai calcolatori scrivendo programmi. I
utilizzarlo, lo può acquistare. Un prodotto con licenza freeware , invece, viene distribuito gratuitamente dal titolare del diritto d’autore. Questo prodotto può essere copiato e distribuito liberamente. Esistono inoltre il software libero e il software open source.
2.6 Il software applicativo
Il software per i calcolatori viene classificato in:
- software applicativo applicazioni (programmi) che risolvono problemi/ aiutano l’utente a risolvere i problemi che si sono andati a creare in determinati ambiti applicativi;
- software di base programmi di utilizzo generale che consentono l’interazione dell’utente con il calcolatore, gestiscono le risorse in dotazione e supportano l’esecuzione del software applicativo.
I software di produttività individuale spesso sono distribuiti in pacchetti come Microsoft Office. Tra questi vi sono:
- applicazioni videoscrittura (word processor) supportano la stesura di documenti di testo e la stampa;
- applicazioni per la gestione di fogli elettronici (fogli di calcolo) supportano l’effettuazione di calcoli, l’elaborazione di dati anche mediante rappresentazioni grafiche;
- applicazioni per la produzione di presentazioni multimediali basate su diapositive ;
- applicazioni di desktop publishing supportano la produzione di volantini e brochure;
- applicativi per la gestione di basi di dati supportano la raccolta e l’organizzazione di dati in tabelle e la creazione di finestre per la loro gestione, query per la ricerca e prospetti di stampa;
- applicazioni grafiche e di fotoritocco supportano l’acquisizione, la manipolazione, l’archiviazione e la stampa di fotografie;
- applicazioni per la realizzazione di diagrammi ;
- applicazioni per la gestione delle finanze individuali ;
- organizer sostituiscono l’agenda cartacea nella gestione della rubrica e degli appuntamenti;
- applicazioni di project management supportano la gestione della pianificazione temporale di un progetto e il monitoraggio del suo stato di avanzamento;
- applicazioni OCR per il riconoscimento dei caratteri all’interno delle immagini derivanti dall’acquisizione con scanner di pagine di testo;
- applicazioni CAD orientate al disegno tecnico, anche tridimensionale;
- videogiochi ;
- applicazioni per la fruizione ed eventuale manipolazione di materiale multimediale ;
- applicazioni per la masterizzazione di supporti ottici.
Le mobile application (app) sono applicazioni specificatamente realizzate per smartphone, tablet o PDA che, però, spesso presentano limiti come la capacità di memoria e le dimensioni dello schermo.
2.7 Il software di base: il sistema operativo
Un sistema operativo è costituito da macchine virtuali. Generalmente un moderno sistema operativo include: ° Nucleo (kernel) gestisce la CPU e il suo impiego da parte dei programmi; ° Gestore della memoria; ° Gestore dei dispositivi di I/O; ° File system gestisce l’archiviazione e il reperimento dei dati sulle memorie di massa; ° Gestore della rete gestisce la comunicazione con altri calcolatori connessi in rete, la condivisione delle risorse lcoali e l’utilizzo delle risorse remote; ° Interprete dei comandi gestisce l’interazione con l’utente.
Sistemi operativi più utilizzati:
Unix
Linux
Windows
Mac OS
iOS
Android
2.8 La gestione della CPU
I primi calcolatori elettronici (1940) erano monoprogrammati ovvero in grado di eseguire solo un programma per volta e non disponevano alcun sistema operativo. Il suo linguaggio macchina era codificato su schede perforate. Negli anni ‘50 viene introdotto una prima versione di sistema operativo : il monitor. Negli anni ’60 i calcolatori divennero sistemi multiprogrammati, in grado cioè di tenere in RAM più programmi. Negli stessi anni le schede perforate scomparirono e nacquero diverse applicazioni. Queste ultime venivano classificate in:
- applicazioni I/O bound interattive, favoriscono lo spreco della risorsa CPU;
- applicazioni CPU bound non interattive, richiedono in modo massiccio l’elaborazione da parte della CPU. Si collegarono allora più terminali allo stesso calcolatore che divenne un sistema timesharing o multitasking in grado di offrire un parallelismo virtuale.
Il processo è un insieme di istruzioni in linguaggio macchina. Quando è richiesta l’esecuzione di un programma il sistema operativo crea nuovo processo. In ogni istante un processo si trova in uno dei seguenti stati:
- pronto ; - in esecuzione ;
- in attesa. Alla sua creazione il processo viene posto in stato di “pronto” e inserito nella corrispondente lista di attesa. Quando lo scheduler (una componente del kernel) lo ritiene opportuno, il processo viene messo “in esecuzione”. A questo punto il processo può essere posto “in attesa” o “pronto”. Quando un processo “in esecuzione” transita in uno degli altri stati, il kernel opera il context swapping (scambio di contesto).
2.9 La gestione della memoria centrale
La memoria virtuale rende disponibile ad ogni processo un suo spazio di indirizzamento virtuale, per cui ogni programma opera come se avesse a sua completa disposizione l’intera RAM. In realtà il gestore, situato all’interno del sistema operativo, suddivide la memoria centrale in pagine. Quando un programma posizionati nelle pagine libere della RAM. Se i processi richiedono l’occupazione di un numero di pagine maggiore di quello disponibile, il gestore provvede allo swapping (trasferimento nell’area di swap di quelle il cui impiego è meno probabile.
2.10 La gestione delle periferiche
A partire dagli anni ’60 i sistemi operativi hanno cominciato a inglobare un gestore con lo scopo di consentire ad ogni processo di lavorare su periferiche virtuali. Il driver fornisce al sistema operativo di tutti i dettagli operativi per gestire una periferica.
2.11 La gestione dei file
Nei sistemi operativi più vecchi l’interazione uomo/macchina avveniva mediante un’interfaccia a linee di comandi (CLI). Le prime applicazioni interattive offrivano all’utente un’interfaccia interattiva modale. Con il tempo si arrivò a creare un’interfaccia interattiva non-modale. Attualmente ci si orienta verso interfacce multimediali(che si avvalgono di più media).
2.14 La virtualizzazione
Negli anni ’70 è nato il termine “ realtà virtuale ” applicazioni basate su calcolatori che sono in grado di simulare la presenza di una persona al loro interno mediante l’invio a quest’ultima di stimoli sensoriali. Le “ piazze virtuali ”, invece, sono dei servizi che consentono a persone fisicamente distanti fra loro di comunicare e intrattenere relazioni sociali mediante la connessione dei calcolatori in rete.
La virtualizzazione dell’hardware
Su un calcolatore(host machine) viene installato un software a metà tra l’hardware e il sistema operativo, l’hypervisor. L’ hypervisor supporta l’applicazione di una o più guest machine (macchine virtuali) che operano autonomamente come se avessero il pieno controllo delle risorse dell’hardware che, in realtà, vengono gestite dall’hypervisor. Vantaggi: la possibilità di far convivere più macchine virtuali su un’unica host machine consente di sfruttare al meglio le risorse dell’hardware.
2.15 I software maligni
I malware ( malicious software ) / virus sono dei programmi progettati per infiltrarsi e apportare danni all’interno di un calcolatore senza il consenso informato del proprietario; internet ne facilita la distribuzione. Un virus è un insieme di istruzioni nascosto all’interno di un programma di uso comune. Un virus si diffonde da un calcolatore all’altro con il trasferimento di un programma infetto. Un worm è, invece, un intero programma che, mediante la rete, invia copie di se stesso ad altri calcolatori e genera problemi sulla rete. Un trojan horse/ trojan è un programma che si presenta come un’inutile applicazione che le persone sono incentivate a installare sul proprio calcolatore. In realtà esso durante l’esecuzione apre la possibilità a degli hacker di accedervi. Uno spyware è un programma installato senza autorizzazione su un personal computer per raccogliere informazioni sull’utente e sulle sue abitudini.
Un adware è un programma che, installato su un calcolatore, propone all’utente pubblicità all’utente sotto forma di immagini, animazioni, filmati, pagine web. Se è installato senza il consenso del proprietario del pc è detto adware disonesto. Un crimeware è un software progettato per il furto d’identità. Un hoax (“bufala”) è un messaggio di posta elettronica che, senza alcun fondamento, annuncia l’imminente arrivo di altri messaggi infettati da virus molto pericolosi.
Esistono sistemi automatici di difesa:
- Firewall dispositivi hardware o software che crea una barriera elettronica contro gli attacchi in stile trojan.
- Antivirus software in grado di prevenire, individuare e rimuovere i programmi malware.
CAPITOLO 3 – LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI PER LE SCIENZE
UMANE
3.1 La rappresentazione decimale posizionale
L’aggettivo “decimale” fa riferimento alla cardinalità dell’alfabeto utilizzato nella codifica. L’aggettivo “posizionale” indica il fatto che ogni cifra assume un diverso ruolo in funzione della sua posizione 10 è la base del nostro sistema di rappresentazione numerica posizionale.
3.2 Le rappresentazioni non posizionali
Il sistema di numerazione romano testimonia la possibilità di rappresentare i numeri con notazioni non posizionali. In origine costituiva un sistema di numerazione additivo. Nel corso del Medioevo il sistema perse la sua caratteristica puramente additiva.
3.3 La codifica binaria
Per la rappresentazione dei dati all’interno di un calcolatore viene adottata una codifica binaria. Per i numeri si ricorre quindi alla notazione binaria posizionale: le cifre binarie 0 e 1 (bit) sono moltiplicate per le diverse potenze di 2. Con un byte (sequenza di 8 bit) si possono esprimere 2^8 (=256) numeri naturali. Con un nibble (sequenza di 4 bit) si possono esprimere 2^4 (=16) numeri naturali. Un nibble può essere sinteticamente rappresentato da una cifra esadecimale. Per la conversione di un numero naturale da binario a decimale si procede sommando i prodotti ottenuti dalla moltiplicazione di ciascuna cifra binaria per la corrispondente potenza di 2. All’inverso, la conversione in binario di un numero naturale espresso in decimale si ottiene con ripetute divisioni intere per 2.
Esempio 149 = 10010101 in base 2 149 : 2= 74 con resto 1 74 : 2= 37 con resto 0 37 : 2= 18 con resto 1 18 : 2= 9 con resto 0 9 : 2= 4 con resto 1 4 : 2= 2 con resto 0 2 : 2 = 1 con resto 0 1 : 2 = 0 con resto 1
3.4 La quantità di informazione: incertezza e probabilità
La teoria dell’informazione nasce nel 1948 per opera di Claude Shannon e si occupa dello studio sistematico delle basi teoriche dell’informazione e della comunicazione. L’unità di misura della quantità di informazione è definita in bit.
3.5 L’informazione quantitativa: codifica analogica e digitale
La codifica analogica di una grandezza richiede l’individuazione di una grandezza analoga: ad ogni incremento/ decremento della prima dovrà corrispondere un corrispondente incremento/ decremento della seconda. La codifica digitale di una grandezza richiede invece l’introduzione di un alfabeto di simboli e di un insieme di regole di codifica che specifichino come ogni possibile valore della grandezza sia rappresentato da una sequenza di questi simboli. per rappresentare analogicamente la quantità di caramelle di un bambino si useranno un corrispondente
3.8 Le immagini
I dispositivi di acquisizione di immagini le campionano suddividendole in bitmap/ pixmap, una matrice di pixel, e individuano per ciascuno di essi un singolo colore che gli possa essere attribuito. Si definisce profondità di colore il numero di bit impiegati per codificare il colore associato a ciascun pixel. La rappresentazione dei colori prevede l’individuazione di alcuni colori primari e la combinazione di essi per costituire tutti gli altri. I modelli di colore in cui si parte da uno sfondo bianco e in cui la miscela dei colori primari produce il nero sono chiamati modelli di colore sottrattivi in quanto gli inchiostri colorati sottraggono luminosità al bianco. CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key) è un modello sottrattivo in cui ogni colore è dato dalla combinazione dei colori primari ciano, magenta, giallo e nero. Nei modelli di colore additivi, al contrario, si parte da uno sfondo nero e la combinazione dei colori primari produce il bianco. RGB (Red, Green, Blue) è un modello additivo basato sui colori primari rosso, verde e blu impiegato soprattutto nel video del calcolatore.
IL FORMATO DEI FILE CONTENENTI IMMAGINI
■ JPEG ( Joint Photographic Experts Group ) formato truecolor supportato da quasi tutte le macchine fotografiche digitali e associate ad algoritmi di compressione lossy che consentono di ottenere file di dimensioni estremamente ridotte , atte alla trasmissione in Internet;
■ GIF ( Graphics Interchange Format ) formato caratterizzato da un massimo di 256 colori ma molto comune nelle pagine web per la possibilità di gestire animazioni, sfondi trasparenti, compressione lossless;
■ (^) BMP ( Windows Bitmap ) formato non compresso standard del sistema operativo Windows;
■ TIFF ( Tagged Image File Format ) famiglia di formati che supportano la compressione lossy e lossless;
■ PNG ( Portable Network Graphics ) formato truecolor caratterizzato da compressione lossless e supportato da alcuni web browser.
- Formato vettoriale rappresenta le immagini come composizioni di primitive geometriche. Il loro impiego più comune è nelle applicazioni CAD, nella modellazione tridimensionale e nelle generazione di animazioni.
■ CGM ( Computer Graphics Metafile )
■ SVG ( Scalable Vector Graphics )
■ (^) WMF ( Windows Metafile )
■ DXF ( Drawing Interchange Format )
La riproduzione di un’immagine vettoriale su un video o la sua stampa ne richiede comunque la conversione in formato raster. La rasterizzazione delle immagini vettoriali consente di sfruttare al meglio risoluzioni anche molto elevate del dispositivo pur mantenendo il file in dimensioni estremamente contenute.
3.9 I suoni
Stereofonia due canali che riproducono la distribuzione spaziali delle sorgenti sonore; Frequenza di campionamento 44 100 Hz. Quantizzazione 65 536 livelli
IL FORMATO DEI FILE AUDIO
- WAV ( Waveform Audio Format ) e AIFF ( Audio Interchange File Format ) formati audio non compressi più comuni sui calcolatori;
- MP3 il più comune formato audio che impiega una compressione lossy che lo rende efficiente in termini di spazio occupato sui dispositivi di memoria e tempo impiegato per la trasmissione in Internet;
- AAC ( Advanced Audio Coding ) formato caratterizzato da una compressione lossy che garantisce una qualità migliore del formato MP3.
3.10 I filmati
Un filmato in formato digitale è costituito da una serie di fotogrammi.
IL FORMATO DEI FILMATI DIGITALI
QuickTime è una famiglia di formati per filmati digitali:
- MPEG-2 impiegato nei filmati distribuiti su supporto DVD e Bluray caratterizzato da compressione lossy sia nel filmato sia nella colonna sonora;
- FLV ( Flash Video ) formato progettato per la fruizione di filmati in Internet mediante Adobe Flash Player
- AVI ( Audio Video Interleave ) formato introdotto per la riproduzione di file multimediali in Windows.
3.11 La compressione
La compressione di un file consente di ridurne le dimensioni per contenere lo spazio occupato sui dispositivi di memorizzazione o per ridurre il tempo della sua trasmissione. Una compressione lossy prevede una perdita irreversibile di informazione.
3.12 Sicurezza informatica
C’è una branca dell’informatica che si occupa di progettare, mettere in atto e monitorare tutte le misure atte a progettare i sistemi informatici e i dati in essi memorizzati dai potenziali rischi alla sicurezza.
- Riservatezza (privacy ) protezione dei dati da letture non autorizzate;
- Integrità protezione di dati da modifiche non autorizzate che, nel caso di trasmissione dei dati, comprende i seguenti fattori;
- Autenticità garanzia della certezza dell’identità del destinatario, del contenuto del messaggio;
- (^) Non ripudiabilità garanzia che la sorgente non possa negare la trasmissione del messaggio e che il destinatario non possa negare la ricezione.
- Rete locale ( LAN , Local Area Network) interconnette i calcolatori in un edificio o in edifici adiacenti (calcolatori di aziende, scuole e abitazioni);
- (^) Rete metropolitana ( MAN , Metropolitan Area Network) si estende su un’area più ampia della LAN ma è limitata all’area urbana;
- Rete geografica ( WAN , Wide Area Network) si estende su un’ampia area geografica;
- Rete globale ( GAN , Global Area Network) si estende a livello globale.
Una rete privata virtuale (VPN, Virtual Private Network) è la simulazione della connessione diretta tra due calcolatori o tra due LAN. Molto diffuse anche in ambiente domestico sono le WLAN (Wireless LAN) e le WPAN reti locali e personali senza fili. Internetworking processo per cui è possibile connettere due nodi appartenenti a due reti diverse dando origine ad un’unica rete estesa quanto la somma delle due reti originarie. Si può essere in rete anche senza essere connessi ad Internet.
4.2.La comunicazione
Un requisito essenziale affinché due o più calcolatori costituiscano una rete è che essi siano in grado di comunicare ovvero di scambiarsi informazioni. Affinché la comunicazione possa compiersi è necessario che sorgente e destinatario condividano lo stesso contesto attribuendo, cioè, il medesimo contenuto informativo a un dato messaggio. Un canale di trasmissione è un sistema fisico in grado di trasferire un segnale e alle cui estremità si trovano rispettivamente un trasmettitore e un ricevitore. Questi ultimi, conoscendo l’alfabeto condiviso da sorgente e destinatario e le caratteristiche del segnale, concordano una codifica dell’alfabeto (es. codice Morse).
Ciascun canale è soggetto all’influenza e agli effetti perturbanti del rumore (qualunque segnale indesiderato che interferisca con quello trasmesso) cosicché il segnale ricevuto presenta differenze rispetto a quello trasmesso determinando differenze tra il messaggi inviato dalla sorgente e quello giunto al destinatario. Per evitare o ridurre al minimo effetti negativi dovuti al rumore in genere trasmettitore e ricevitore concordano l’utilizzo di tecniche di codifica con ridondanza: oltre ai simboli del messaggio, nel segnale vengono codificati simboli aggiuntivi che consentono al ricevitore di verificare la corrispondenza del messaggio ricevuto con quello trasmesso e, in caso negativo, correggere l’errore dovuto al rumore o chiedere la ritrasmissione del messaggio.
4.3.I mezzi fisici
I segnali delle reti possono viaggiare su linee fisiche(mezzi guidati), ma possono propagarsi anche via etere (mezzi non guidati o wireless). Per distinguerle dalle reti wireless, le reti che ricorrono a mezzi guidati sono in genere chiamate reti cablate Ogni mezzo di comunicazione è caratterizzato da proprietà fisiche che determinano: _ la distanza massima oltre la quale il segnale trasmesso si degrada al punti da risultare eccessivamente deteriorato e quindi illeggibile;
- la velocità massima con la quale i dati possono essere trasmessi; la velocità di trasmissione si misura in bit al secondo(bps) o multipli di esso.
Mezzi guidati:
- Doppino telefonico prezzo contenuto, dimensioni ridotte, semplicità di installazione, velocità di trasmissione. È il mezzo fisico più comune nell’ambito delle LAN.
- Cavo UTP dispositivo che funge da centrale di smistamento nelle comunicazione tra calcolatori collegati ad una LAN;
- (^) Cavo coassiale impiegato per la trasmissione di segnali elettrici;
- Fibra ottica consente la trasmissione di segnali luminosi. La fibra ottica risulta essere particolarmente utile nell’interconnessione di LAN e nelle MAN.
Mezzi non guidati:
- Trasmissione IrDA utilizza onde elettromagnetiche infrarosse. Può essere impiegata per connettere dispositivi fra i quali non ci sono ostacoli ed è piuttosto lenta;
- Bluetooth tecnologia basata su onde radio particolarmente adeguata alla creazione di WPAN(reti personali senza fili);
- Wi-Fi (Wireless Fidelity) tecnologia basata su onde radio per la realizzazione di WLAN. In una rete Wi-Fi è possibile interconnettere calcolatori dotati di un’interfaccia di rete Wi-Fi e di connetterli a loro volta a una LAN cablata e quindi a Internet. Questo dispositivo è molto diffuso in ambito domestico dove consentono la realizzazione di LAN e la condivisione dell’accesso a Internet in luoghi pubblici come stazioni ferroviarie, università e internet cafè.
4.4.Internetworking
Un dispositivo è on line quando risulta connesso ad una rete; off line quando invece è disconnesso. La connessione ad internet da parte di un privato, di un’impresa o di un ente pubblico si realizza con il tramite di un’azienda specializzata nella fornitura di connettività detta Internet Service provider (ISP, “fornitore di servizi internet”) oppure Internet Access Provider (IAP, “fornitore di accesso ad internet”). Spesso la connessione verso l’ISP si realizza attraverso una linea telefonica, cui l’utente connette il proprio calcolatore tramite un modem. La parola modem deriva dai termini:
- modulazione il modem riceve dal calcolatore un flusso di bit e lo codifica sotto forma di segnali elettrici che trasmette lungo la linea telefonica; *demodulazione il modem decodifica i segnali elettrici che gli arrivano dalla linea telefonica, traducendoli in sequenze di bit che invia al calcolatore.
Per collegare fra loro due reti si utilizzano i router. Un router è in grado di analizzare i blocchi di dati in transito all’interno di una rete, riconoscere quelli destinati a un’altra rete e instradarli verso il router corrispondente.
Con un modem analogico è possibile collegare tra loro due calcolatori mediante una linea telefonica commutata. La connessione su una linea telefonica commutata e su ISDN ( Integrated Services Digital Network ) rientra nella categoria dial-up è attiva solo quando il modem impegna la linea.
Le imprese che necessitano connessioni più consistenti si collegano all’ISP tramite una linea dedicata( CDN, Circuito Diretto Numerico ) la quale garantisce, co il pagamento di un canone mensile, la connessione ad internet 24h al giorno.
La tecnologia DSL ( Digital Subscriber line, “linea digitale per i privato cittadino” ) consente a privati, aziende o enti di piccole dimensioni di connettersi all’ISP ad una connessione maggiore rispetto alle soluzioni dial-up. Questo genere di tecnologia consente anche di realizzare una connessione in banda
