Scarica infromatica documenti e più Schemi e mappe concettuali in PDF di Fondamenti di informatica solo su Docsity!
Documento di Studio Completo - Informatica II (Laboratorio)
Indice: Introduzione all'Informatica Definizione e Origine Dati vs. Informazione Funzioni delle Tecnologie Informatiche Ciclo di Elaborazione dell'Informazione Problem Solving, Algoritmi e Programmi Problema Algoritmo (Definizione, Operazioni, Proprietà) Programma Introduzione alla Programmazione con Scratch Cos'è Scratch L'Ambiente Scratch (Sprite, Stage, Script, Blocchi) Concetti Base di Programmazione in Scratch Sequenza e Eventi Cicli (Ripetizione) Variabili Decisioni (Condizioni) Interazione tra Sprite (Messaggi) Liste (Strutture Dati) Esercizi Pratici in Scratch (con Soluzioni) Esercizio 8: Biglietti Cinema Esercizio 9: Gioco delle Tabelline Esercizio 10: Ordinazione Ristorante Reti di Computer e Internet Concetti Base (Comunicazione, Modem) Reti Locali (LAN) Definizione e Caratteristiche Topologie (Bus, Ring, Star) Ethernet (Cavo Condiviso, Repeater, Bridge/Switch) Reti Geografiche (WAN)
Definizione e Caratteristiche Pacchetti, Store-and-Forward Affidabilità e Tolleranza ai Guasti Struttura di Internet Combinazione di LAN e WAN Router Internet Service Provider (ISP) e Gerarchia Protocolli di Comunicazione: TCP/IP Protocolli (Definizione) Il Modello TCP/IP a 5 Livelli Livello Fisico Livello Data Link Livello Network (IP) Livello Transport (TCP) Livello Application (HTTP, etc.) Incapsulamento dei Dati Introduzione alla Sicurezza Informatica (Cybersecurity) Concetti Base (Sicurezza, Minacce) Hacker vs. Cracker Autenticazione Login e Password (Problemi) Funzioni Hash (One-way, Fixed-length) Attacchi Brute Force Password Forti Autenticazione a Due Fattori (2FA) Autorizzazione (Permessi) Minacce dalla Rete (Virus, Worm, Trojan Horse) Difese (Antivirus, Firewall, Patch, Cautela) Phishing Crittografia Obiettivi (Confidenzialità, Integrità) Crittografia Forte (Dimensione Chiave) Crittografia a Chiave Pubblica (Asimmetrica) Chiave Pubblica e Privata
AI Oggi e Considerazioni Etiche Interaction Design (IxD) e User Experience (UX) Importanza del Design (Esempi Buoni e Cattivi) Progettare per l'Utente (Chi, Come, Perché, Dove) Definizioni Interaction Design (IxD) Usabilità (ISO 9241: Efficacia, Efficienza, Soddisfazione) User Experience (UX) User Interface (UI) (Comandi, Display) Processo di Progettazione Centrato sull'Utente (User-Centered Design - UCD) Iteratività, Coinvolgimento Utente, Valutazione Continua Fasi: Definizione Requisiti, Generazione Alternative, Prototipazione, Valutazione Principi UCD ("Il progettista non è l'utente", Evitare Feature Creep e Falsi Idoli) Principi di Design dell'Interazione Visibilità Feedback Vincoli (Constraints) Mapping Consistenza (Interna ed Esterna) Affordance (Inviti all'Uso)
1. Introduzione all'Informatica Definizione e Origine: L'informatica deriva dal francese "informatique" (informazione + automatica). È la scienza che studia come rappresentare ed elaborare automaticamente i dati. Dati vs. Informazione: Dati: Simboli oggettivi che rappresentano la realtà Informazione: Notizia ottenuta dall'elaborazione dei dati, il cui valore dipende dal contesto e dal ricevente (es. "Ferrari, 8" in un hotel significa che la stanza 8 ha ordinato uno spumante Ferrari). Funzioni delle Tecnologie Informatiche: Elaborare dati per ottenere informazioni significative (Algoritmi). Mantenere le informazioni elaborate per usi futuri (Basi di dati, Rappresentazione dell'informazione). Organizzare le informazioni per renderle più comprensibili e utili (Interazione Uomo-Macchina). Ciclo di Elaborazione dell'Informazione: Input: Immissione dati (tastiera, mouse, microfono...). Elaborazione: Manipolazione dei dati (calcoli, formattazione...). Memorizzazione: Salvataggio di dati e programmi non in uso (dischi, nastri...). Output: Presentazione dei risultati (schermo, stampante, altoparlanti...). Distribuzione: Condivisione dei risultati (stampa, invio via rete...). 2. Problem Solving, Algoritmi e Programmi Problema: Specifica una relazione tra dati di ingresso (input) e dati di uscita (output). Esempi: trovare il massimo in un insieme di numeri, ordinare nomi. Algoritmo: Una procedura definita per risolvere un problema tramite una sequenza ordinata di operazioni semplici, eseguibili da un esecutore (es. computer) in tempo finito. Esempi: ricetta (se ben definita), istruzioni di montaggio. Operazioni Semplici: Espressioni: Calcolano un valore (es. 3+5, z<5). [30] Comandi: Eseguono un'azione (es. stampa, x = x+3). [31] Istruzioni di Controllo: Modificano il flusso (es. se...allora, ripeti N volte).
Decisioni (Condizioni): Per eseguire blocchi di codice diversi a seconda se una condizione (un confronto, es. numero = 0, numero mod 2 = 0) è vera o falsa. Si usano i blocchi se ... allora e se ... allora ... altrimenti. [91, 92, 96] Interazione tra Sprite (Messaggi): Gli sprite possono coordinarsi inviando e ricevendo messaggi (invia messaggio, quando ricevo messaggio). [105, 107, 108, 109, 110] Liste (Strutture Dati): Variabili "più capienti" che possono contenere più valori ordinati sotto un unico nome. Utili quando si ha un numero variabile di dati dello stesso tipo (es. elenco di nomi, sequenza di numeri). Si può aggiungere, cancellare, leggere elementi specifici (tramite la loro posizione), e conoscere la lunghezza della lista. [127-131] Esercizi Pratici in Scratch (con Soluzioni): [Info 3.pdf, Info 4.pdf] Esercizio 8 (Biglietti Cinema): Calcolare il costo per persona di biglietti del cinema con una promozione (1 gratis ogni 5), chiedendo all'utente di indovinare il risultato. Richiede variabili per costi e numero persone, calcoli aritmetici, e confronto della risposta utente. [265-267, 884-886] Soluzione: [269-273] Esercizio 9 (Gioco delle Tabelline): Porre 10 domande di moltiplicazione casuali, assegnare punti per risposte corrette e dare un premio (diverso sprite) in base al punteggio finale. Richiede variabili (numeri random, punteggio), cicli (ripeti 10), condizioni (se/altrimenti per la risposta, se/ altrimentiannidati per il punteggio), uso di operatori, invio di messaggi per mostrare il premio corretto. [274-278, 888-892] Soluzione: [280-290] Esercizio 10 (Ordinazione Ristorante): Simulare un'ordinazione telefonica. Il ristorante elenca i piatti (da una lista), il cliente ordina (aggiungendo a un'altra lista solo se il piatto esiste), il ristorante riepiloga l'ordine e calcola il totale (usando una terza lista per i prezzi). Richiede uso estensivo di liste (menu, prezzi, ordine), cicli (ripeti fino a quando), condizioni (contiene?), accesso a elementi di liste tramite posizione, variabili (totale ordine). [291-295, 894-898] Soluzione: [297-305] Introduzione all’Intelligenza Artificiale (AI) Origini e contesto storico Fin dall'antichità, l’uomo ha immaginato esseri artificiali capaci di pensare. La logica formale e il ragionamento meccanico sono stati studiati dai filosofi greci e poi da matematici moderni come Alan Turing. Turing propose di concentrarsi non sul se una macchina fosse intelligente, ma se potesse mostrare un comportamento intelligente. 📜 Storia dell’AI 1956 : nasce il termine “Artificial Intelligence” (John McCarthy).
1959 : i computer iniziano a giocare a dama meglio degli umani. Nei decenni successivi si alternano grandi aspettative e fallimenti → AI winters (periodi di scarso interesse e finanziamenti). 1997 : Deep Blue batte il campione di scacchi Garry Kasparov. 2011 : Watson di IBM vince a Jeopardy! contro i campioni umani. 2016 : AlphaGo batte Lee Sedol, uno dei migliori giocatori di Go al mondo, mostrando intuizione e creatività (“mossa 37”). 🧩 Problemi e algoritmi Classificazione dei problemi: (P) : problemi risolvibili in tempo polinomiale (es. trovare il massimo in un array). (NP) : problemi per cui la soluzione può essere verificata in tempo polinomiale, ma non necessariamente trovata facilmente (es. miglior mossa a scacchi). Senza soluzione computabile : problemi come dimostrare la correttezza di un algoritmo o riprodurre il ragionamento umano. P vs NP Una delle questioni fondamentali dell'informatica teorica: P = NP? Non ancora risolta. 🧠 Il ragionamento umano È la capacità di dare senso alle cose, applicare la logica, adattare idee e pratiche. Tipi principali: deduttivo , induttivo , intuitivo. 🤖 Dalle reti neurali biologiche alle Artificial Neural Networks (ANNs) Ispirazione biologica I neuroni biologici ispirano il modello del perceptron , la prima rete neurale artificiale, con output binario (acceso/spento). Problemi:
Output: 10 neuroni , uno per ciascun numero da 0 a 9. Ogni neurone riceve un insieme di pesi (weights) e bias. Totale: circa 13.002 parametri (pesi + bias) da regolare. 🧪 Cosa significa “apprendere” per una rete neurale? Apprendere = trovare la configurazione ottimale di pesi e bias affinché la rete: Riceva in input l’immagine. Fornisca come output il numero corretto. Minimizzi l’errore tra il risultato atteso e quello effettivamente calcolato. 📉 Come apprendono le reti neurali? Inizio casuale : si assegnano valori casuali a pesi e bias. Addestramento (Training set) : Si forniscono moltissimi esempi con l’etichetta corretta (es. immagine + numero). La rete confronta il proprio output con quello corretto. 🤖 Stato attuale dell’AI Le reti neurali sono oggi al centro di molti progressi dell’AI. Ma ci si interroga anche su impatti etici e sociali : l’AI è buona o cattiva?
4. Reti di Computer e Internet Concetti Base: Comunicazione: Trasmissione di segnali (es. digitali 1010) su un mezzo. [456] Modem (Modulator-Demodulator): Converte segnali digitali in analogici per la trasmissione su linee tradizionali e viceversa. [456-458] Reti Locali (LAN - Local Area Network): Definizione: Collega dispositivi (computer, stampanti) in prossimità geografica (stanza, edificio, campus). [459, 460, 464] Il proprietario dei dispositivi è anche proprietario dei mezzi di comunicazione. [466] Topologie (Disposizione geometrica): [463, 470]
Bus: Nodi connessi a un unico cavo condiviso. Messaggi collidono se trasmessi simultaneamente. [471, 472, 488] Ring (Anello): Nodi connessi in cerchio, messaggi circolano fino a destinazione. [476, 493] Star (Stella): Nodi connessi a un nodo centrale che instrada i messaggi. [477, 478, 494] Ethernet: Tecnologia LAN più diffusa, usa tipicamente topologia a bus (logica). [461, 515, 517] Velocità comuni: 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps. [462] Implementazione: Cavo Condiviso: Cavo fisico a cui i nodi si collegano con transceiver. [521, 522, 538] Cavi Multipli: Cavi separati connessi da: [524, 541] Repeater: Amplifica e inoltra il segnale; le LAN connesse funzionano come una sola. [525, 527, 542] Bridge/Switch: Dispositivo "intelligente" che inoltra messaggi solo se il destinatario è sull'altra rete. [528, 529, 545] Reti Geografiche (WAN - Wide Area Network): Definizione: Collega dispositivi non vicini (città, nazioni, continenti). [550] Funzionamento: I messaggi (divisi in pacchetti di dimensione fissa) "saltano" (hop) da un nodo all'altro ( store-and-forward ) lungo un percorso determinato dalla rete per raggiungere la destinazione. [550, 551, 553] Pacchetti dello stesso messaggio possono seguire percorsi diversi. [554, 569, 584] Affidabilità: Il guasto di un singolo nodo o linea non blocca necessariamente la rete, poiché percorsi alternativi possono essere usati (tolleranza ai guasti). [555, 570, 600, 645] Motivo storico per lo sviluppo (ARPANET). [453, 559, 604] Struttura di Internet: È un'interconnessione globale di reti LAN e WAN. [658, 660] Router: Dispositivo che connette reti diverse (anche con tecnologie differenti, es. Wi-Fi e Ethernet) e instrada i pacchetti tra di esse. [563, 578, 608, 661, 664, 674] ISP (Internet Service Provider): Azienda che fornisce accesso a Internet a privati o ad altre reti. [669, 681, 682] Gerarchia ISP: Gli ISP sono organizzati gerarchicamente (locali, regionali, nazionali, internazionali/Tier-1/Backbone) per fornire copertura globale. [671, 672, 686, 687]
5. Protocolli di Comunicazione: TCP/IP [Info 8.pdf]
Hiding: Difficile indovinare l'input dall'hash se l'input proviene da un insieme vasto e non prevedibile. [793] Puzzle Friendliness: Difficile trovare un input x tale che H(k|x) (hash della concatenazione di k e x) dia un risultato specifico h, dove k è noto e casuale. Usato nel proof-of-work. [795] Attacco Brute Force: Tentare sistematicamente tutte le possibili password finché non si trova quella corretta. Più facile con password semplici. [762, 763] Password Forti: Lunghe (>8 caratteri), complesse (lettere maiuscole/minuscole, numeri, simboli), uniche per ogni sistema, non banali (evitare date, nomi). [764] Autenticazione a Due Fattori (2FA): Richiede due prove di identità (es. password + codice da smartphone) per accedere. [765] Autorizzazione: Definire cosa un utente autenticato può fare (permessi di lettura, scrittura, esecuzione, cancellazione). [766] Minacce dalla Rete (Malware): Virus: Codice malevolo che si attacca a programmi legittimi e si replica quando questi vengono eseguiti. [767] Worm: Programma malevolo autonomo che si replica e diffonde attraverso la rete. [767] Trojan Horse: Programma malevolo mascherato da software utile o innocuo. [767] Difese: Software antivirus e firewall aggiornati. [768] Installare patch di sicurezza. [768] Cautela con allegati email e download da fonti sconosciute. [768] Non fornire dati personali/finanziari via email. [768] Phishing: Pratica illegale per ottenere informazioni sensibili (credenziali, numeri di carta) tramite email o siti web fasulli che imitano quelli legittimi. [769, 771] Crittografia: Tecnica per rendere i dati incomprensibili a chi non è autorizzato. Obiettivi: [774] Confidenzialità: Impedire l'accesso non autorizzato ai dati. Integrità: Assicurare che i dati non siano stati modificati. Crittografia Forte: Usa chiavi lunghe (es. 256 bit) difficili da "rompere". [775, 776]
Crittografia a Chiave Pubblica (Asimmetrica): Usa una coppia di chiavi: una pubblica (condivisibile) e una privata (segreta, nota solo al proprietario). [778, 802] Confidenzialità: Per inviare un messaggio segreto a Bob, Alice lo critta con la chiave pubblica di Bob. Solo Bob può decrittarlo con la sua chiave privata. [781, 784 (caso 1)] Autenticazione/Integrità (Firma Digitale): Per firmare un messaggio, Alice lo (o un suo hash) critta con la sua chiave privata. Chiunque può verificare la firma decrittandola con la chiave pubblica di Alice e confrontando il risultato con il messaggio (o il suo hash). Questo prova che il messaggio proviene da Alice e non è stato alterato. [782, 784 (caso 2), 805] Combinazione: Si possono usare entrambi i meccanismi per confidenzialità e autenticazione/ integrità. [783, 784 (caso 3)] SSH (Secure Shell): Protocollo di rete crittografico che usa crittografia forte e a chiave pubblica per connessioni remote sicure (privacy, integrità, autenticazione, autorizzazione). [806-810] Steganografia: Nascondere l'esistenza stessa di un messaggio all'interno di un altro file (es. immagine). Si modificano bit poco significativi (Least Significant Bit - LSB) dei pixel di un'immagine per codificare i bit del messaggio nascosto. La modifica è spesso impercettibile all'occhio umano. [812, 815, 819-823]
9. Interaction Design (IxD) e User Experience (UX) [Info 10.pdf] Importanza del Design: Molti sistemi informatici sono difficili da usare. Il buon design li rende accessibili ed efficaci per tutti. [309-313] Esempi di cattivo design (etichetta nascosta, porte incoerenti, cassetto bloccato, bottoni ambigui) [314-321] e buon design (Marble answering machine
- intuitiva) [322]. Progettare per l'Utente: Considerare chi sono gli utenti, come/dove/perché useranno il prodotto. Ottimizzare l'interazione per i loro bisogni e obiettivi. [324] Definizioni: Interaction Design (IxD): Progettazione di prodotti interattivi per supportare comunicazione e interazione nella vita quotidiana/lavorativa. Si occupa di come l'utente agisce per raggiungere un obiettivo e quali elementi (indizi, inviti) fornire. [326, 327, 352-356] Usabilità: "Grado in cui un prodotto può essere usato da particolari utenti per raggiungere certi obiettivi con efficacia, efficienza e soddisfazione in uno specifico contesto d'uso" (ISO 9241). [331, 332]
Mapping: Corrispondenza logica e chiara tra controlli e loro effetti. Esempio: disposizione dei controlli del fornello che rispecchia quella dei fuochi. [423] Consistenza: Usare operazioni ed elementi simili per compiti simili (interna all'applicazione, esterna tra applicazioni diverse). Rende più facile imparare e usare. [424, 425] Inconsistenza (es. layout tastierino telefono vs calcolatrice [434]) crea difficoltà. [431-433] Affordance (Invito all'Uso): Attributo di un oggetto che suggerisce come usarlo (maniglia -> ruotare, bottone -> premere). Nelle interfacce digitali si parla di "affordance percepite" basate su convenzioni (icona cestino -> cancellare). [436, 438, 439]
10. Informazioni sull'Esame [Info 10.pdf, pg 58] L'esame per questo modulo sarà scritto, di tipo pass/fail (superato/non superato). Prevederà domande chiuse e/o aperte sugli argomenti trattati: Problemi, Algoritmi, Programmi (Scratch) Intelligenza Artificiale (Prospettive, esempi Chat-GPT, reti neurali) Reti di Comunicazione Digitali Sicurezza e Crittografia (Chiave Pubblica, Hash) Interaction Design, Interfacce, User Experience . Intelligenza Artificiale - Quando parli delle reti neurali artificiali, potresti citare il concetto di funzione di attivazione ReLU (Rectified Linear Unit), oggi molto usata nelle reti profonde (deep learning), più efficace della sigmoidale per evitare il problema del "vanishing gradient". 2. Come apprendono le reti - Potresti menzionare l’importanza del test set e di un eventuale validation set , usato per valutare la performance del modello durante l’addestramento e evitare l’overfitting (quando la rete impara troppo bene i dati del training ma non generalizza). 3. AI – Etica e rischi Hai accennato al “buona o cattiva”: potresti ampliare con esempi concreti: - Deepfake , discriminazione algoritmica, privacy.
- Ma anche impieghi etici: medicina, accessibilità, sostenibilità. 4. Sicurezza Informatica Potresti rafforzare con:
- Concetto di minaccia vs vulnerabilità vs attacco.
- Riferimento al principio del privilegio minimo (limitare i permessi agli utenti al minimo necessario). 5. Interaction Design Aggiungerei una distinzione utile: - UI (User Interface) = ciò che l’utente vede e usa. - UX (User Experience) = come l’utente si sente usando quel sistema (piacevolezza, frustrazione, soddisfazione...).
