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Una panoramica sulle principali caratteristiche che permettono di differenziare i diversi tipi di calcolatori, come minicomputer, mainframe e supercomputer. Vengono analizzate caratteristiche come velocità di elaborazione, capacità di archiviazione, affidabilità, sicurezza, dotazioni di periferiche, capacità di connessione, dimensioni, modularità e scalabilità. Inoltre, il documento approfondisce aspetti relativi alla cpu, agli algoritmi, ai software applicativi e di base, alla rappresentazione dell'informazione attraverso il sistema binario, alla codifica dei dati e alla gestione dei file. Vengono inoltre trattati temi legati alla sicurezza informatica, alle reti di calcolatori e ai protocolli di comunicazione, al web e ai motori di ricerca, fino ad arrivare all'evoluzione del web 2.0 e all'utilizzo delle tecnologie digitali nell'ambito dell'istruzione, come i mooc.
Tipologia: Schemi e mappe concettuali
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Nuove tecnologie della comunicazione (TIPICA DOMANDA D’ESAME) Un motore di ricerca, nel momento in cui riceve una richiesta da parte di un utente, dove va a cercare? ● Nei propri archivi RISPORTA CORRETTA ● In tutto il web ● In tutto il web, ad eccezione del web profondo ● In tutti i siti noti al DNS ● Nell’indice generale dei siti del Word Wide web Cosortium COS’E’ L’INFORMATICA? Lo studio teorico dell’informazione e degli strumenti di elaborazione automatica. Benefici dati dagli elaboratori automatici di informazioni: ● Riduzione dei tempi di calcolo ● Maggiore affidabilità ● Automazione del lavoro ● Diffusione di metodi di elaborazione che riedono competenze specifiche E’ importante mettere in relazione il significato “dato” , “informazione” e “conoscenza”. DATO oggetto nel mondo reale.= un insieme di simboli (sequenza), tracciati su un supporto fisico che rappresenta una proprietà di un
INFORMAZIONE = è un dato messo in relazione con la proprietà cui si riferisce. CONOSCENZA = permette di trattare l’informazione, quando si disponga di regole che permettono di trarre vantaggio da tale informazione. QUALI POSSONO ESSERE LE DIFFICOLTA’ DELL’ELABORAZIONE AUTOMATICA DELL’INFORMAZIONE? Il linguaggio naturale è ambiguo. Per evitare queste problematiche e comunicare con il calcolatore, sono stati introdotti i linguaggi formali che sono composti da: ● Alfabeto di simboli ● Grammatica formale, ovvero un insieme di regole sintattiche che specifichino come i simboli dell’alfabeto possano avere una sola interpretazione. Esistono quindi delle semantiche formali per attribuire il significato alle frasi di un linguaggio formale. CHE ‘LINGUA’ PARLA QUESTO CALCOLATORE? Per poter codificare le informazioni nei calcolatori si utilizza una cifra binaria il BIT. Nel calcolatore vengono usati solo 2 valori: 0 e 1, questo perché sono in grado di mantenere solo due stati stazionari distinti per salvare l’informazione. tutti i dispositivi tecnologici si basano su memorie bistabili, ovvero
DI COSA PARLIAMO QUANDO DICIAMO “ELABORAZIONE DELL’INFORMAZIONE”? Parliamo di tutte quelle operazioni riguardanti l’informazione come:
● Creazione ● Modifica o eliminazione ● Confronto ● Conservazione (salvataggio in maniera permanente) ● Trasmissione Chi si occupa di tutte queste elaborazioni sono gli algoritmi, che è quella sequenza di comandi da applicare che permette la corretta elaborazione dell’informazione. Tipicamente l’algoritmo è una sequenza d’istruzione che prevede un dato in ingresso e comunica una risposta in uscita: INPUT (immissione d’informazioni) E OUTPUT (informazione di uscita). GORDON MOORE Negli anni 60, un ingegnere aveva previsto questa evoluzione: Gordon Moore Gordon Moore prevedeva che ogni 2 anni la potenza di calcolo (velocità di elaborazione) di transistor aumenterà. (TIPICA DOMANDE D’ESAME)
MEMORIA DI MASSA- Disco rigido Permettono di mantenere l’informazione, anche quando il dispositivo è spento, garantiscono la persistenza di dati, l’accesso in lettura e scrittura è più lento rispetto alla RAM. ● Backup- copia di sicurezza dei dati. ● Formattazione- la cancellazione totale di eventuali dati pre-esistenti. ● Ridondanza- è la duplicazione dei dati su più supporti allo scopo di garantire la sopravvivenza e la continuità nell’accesso anche in caso di guasti. Le memorie di massa si possono classificare in tre categorie: a) b) Dispositivi magneticiDispositivi ottici – compact disc, DVD, blu-ray disk – floppy disk, disco rigido, nastro magnetico c) Memorie flash – memory card, drive USB, hard disk a stato solido. GERARCHIE DI MEMORIA Cosa si intende con il “collo di bottiglia di von Neumann”? Per risolvere questo problema (il collo di bottiglia), sulla memoria centrale, che sono dei sono state inventate delle tecniche principi di località che si basano su strategia che vanno operare sul processore e che sono:
● Principio di località temporale 🡪 se un programma, nel corso della sua esecuzione, fa riferimento a una particolare cella di memoria è estremamente probabile che in futuro faccia riferimento alla stessa cella (lettura di memoria in tempi successivi) ● Principio di località spaziale 🡪 se un programma, nel corso della sua esecuzione, fa riferimento a una particolare cella di memoria celle vicine ad esse. , è estremamente probabile che in futuro faccia riferimento alle
Oltre alla memoria centrale e alle memorie di massa, di memorie che si caratterizzano per maggior velocità e minor capacità: un calcolatore dispone di una determinata gerarchia
● Registri della CPU: contenuti nelle CPU e garantiscono la massima velocità a fronte di una capacità ci alcune centinaia di byte. ● Cache di livello 1: contenuta nella CPU, garantisce una capacità di qualche decina di kilobyte ● Cache di livello 2: contenuta nella CPU, garantisce una capacità di 512 kilobyte ● Cache di livello 3: contenuta nella CPU o nella scheda madre, garantisce una capacità di 2 megabyte ● Memoria centrale ● Dischi interni ● Dischi esterni INTERFACCIA DELLE PERIFERICHE Le periferiche sono dispositivi che è connesso all’unità centrale del calcolatore, che permette l’immissione o l’emissione dei dati. Le periferiche si connettono usando le interfacce che vengono inserite nelle schede madri dei PC. La comunicazione tra l’interfaccia e il dispositivo può essere di due tipi:
● Seriale: prevede la presenza di un unico canale consentendo quindi la trasmissione di un singolo bit alla volta. ● Parallela: prevede la presenza di più canali di trasmissione di gruppi di bit. Le principali periferiche: ● Tastiera (input) ● Video: scheda grafica, risoluzione, CRT,LCD,OLED,AMOLED, videoproiettore ● Dispostivi di puntamento: cos’è una GUI (interfaccia grafica) che può essere mouse, trackball (mouse con la palla sopra), touchpad, tavoletta grafica, touchscreen ( MA NON SONO SOLO DEI DISPOSITIVI DEI PUNTAMENTO) ● Stampante (plotter-stampante che stampa formati cartacei più grandi, più del A4) e la risoluzione? Getto d’inchiostro (inchiostro liquido) , laser (inchiostro in polvere), impatto. Ovviamente la qualità cambia in base a ciò che si usa. (Maggiore è la risoluzione, maggiore è la qualità del lavoro che uscirà. ● Acquisizione di immagini: scanner (OCR- Riconoscimento ottico dell’immagine o documento), fotocamera digitale, Videocamera digitale, Webcam, lettore di codici a barre. ● Dispositivi audio: scheda sonora, media center, lettore mp ● Combinazione di periferiche: google glasses (occhiali di google), realtà aumentata , Cave Automatic Virtual Environment, Lim (usata a volte come proiettore purtroppo), realtà virtuale (usata anche in psichiatria) ed è molto diversa dalla realtà aumentata, es. gioco degli occhiali per videogiochi, casco virtuale.
● è una realtà simulata si basa su un ambiente tridimensionale. ● simulato l’utente può interagire tramite periferiche. ● l’utente è immerso nell’ambiente virtuale e isolato dall’ambiente. ● A seconda del setting, il sistema di RV può includere solo il movimento della testa (sinistra) o di tutto il corpo (destra). ● I controller (sinistra) vengono usati per interagire con l’ambiente virtuale (identificano la posizione delle mani). ● I sistemi di tracking (destra) rilevano la posizione precisa dei visori (e quindi delle persone).
Attualmente sono moltissimi i campi di applicazione della RV:
-Desktop -Tower -Small form factor
2. Laptop -Notebook -Tablet PC -Netbook -Ultrabook **3. PDA. Palmare o pocket pc
2.Software applicativo 3.Sistema operativo
1. ALGORITMO Sequenza di istruzioni la cui esecuzione consente di risolvere uno specifico problema Ogni algoritmo deve avere delle seguenti caratteristiche: ● Deve avere un esecutore (calcolatore) ● Ha tipicamente dei dati di input e output ● Deve essere formato in un linguaggio (comprensibile all’esecutore) ● Deve contenere solo istruzioni elementari ● Non deve essere ambiguo ● Deve fornire dati di output in un tempo finito, es. calcolatrice che prima o poi deve darti il risultato ● Deve essere deterministico, ovvero deve dare sempre la stessa risposta in base allo stesso input ● I dati di input possono essere parametrici, cioè è un algoritmo che è in grado di risolvere non un solo problema ma una classe di essi. (Es. “multipli”). ES. DI ALGORITMO VESTIRSI: prima nudo poi vestito (soluzione) LA MACCHINA DI TURING Alan Turing (1912-1954) è il padre della moderna informatica, egli crea la macchina di Turing è un dispositivo per l’elaborazione dell’informazione che si dimostra molto potente.
È un dispositivo (astratto) per l’elaborazione dell’informazione dell’elaborazione automatica dell’informazione, degli algoritmi e della complessità, permette di analizzare le proprietà.
La macchina di Turing è costituita da: ● Un alfabeto finito di simboli ● Un nastro infinito diviso in celle ● Una testina che legg e scrive alle celle di spostarsi
● Gestione di fogli elettronici ● Produzione di presentazioni multimediali ● Desktop publishing (volantini..) ● Gestione di basi di dati ● Editor web ● Grafica e fotoritocco ● Realizzazione di diagrammi ● Gestione finanziaria ● Organizer ● Project management ● Applicazioni legate a internet e al web Software di base gestiscono le risorse in dotazione allo stesso e supportano l’esecuzione del software applicativo.: programmi di utilizzo generale che consentono l’interazione dell’utente con il calcolatore,
Un sistema operativo è un software di base che permette l’interazione tra utente e calcolatore tramite una serie di programmi.
In genere un moderno sistema operativo include:
La combinazione di un calcolatore con un sistema operativo costituisce a sua volta una macchina virtuale, con l’interfaccia per i programmi applicativi e una per l’utente, solitamente chiamata piattaforma.
I sistema operativi più comunemente impiegati sono: ● Unix : sviluppato presso i Laboratori Bell, alla fine degli anni ’60. ● Linux : sistemi operativi basati su Unix ● Windows ● Mac OS : SO della Apple per personal computer Macintosh ● iOS : versione del SO della Apple per dispositivi mobile ● Android : SO per dispositivi mobile
1. La gestione della CPU Cosa indicano i termini timesharing e multitasking? Indicano la possibilità di avere un parallelismo virtuale. Diversi processi vengono gestiti dalla CPU in modo tale che l’utente creda che la loro esecuzione sia parallela. La CPU gestisce anche i processi di esecuzione che si possono trovare in tre stati: ● Pronto: è inserito in una lista dei processi pronti e attende il suo turno per essere chiamato a transitare allo stato ‘in esecuzione’ ● In esecuzione: il processo ha accesso alla CPU che ne segue le istruzioni ● In attesa: il processo è in attesa del completamento di un operazione asincrona e di poter quindi transitare allo stato ‘pronto’. 2. La gestione della memoria centrale- RAM La multiprogrammazione richiede la presenza di un gestore della memoria in grado di : ● Controllare la RAM in maniera efficiente ● Gestire lo spazio necessario a ciascuno processo ● Proteggere lo spazio di ogni processo ● Gestire lo spazio comune tra processi (usato per lo scambio di messaggi) Per questo motivo sono stati introdotto alcuni concetti: ● Memoria virtuale ● Pagine (blocchi di memoria): quando un programma viene caricato nella RAM, senza che esso se ne accorga ● Memory Management Unit (dispositivo hardware) ● Swapping (area di swap): trasferimento in un’apposita area su memoria di massa di quelle in cui impiego nell’immediato futuro è meno probabile 3. La gestione delle periferiche Le periferiche virtuali: ● Un processo opera su una periferica come se essa sia a sua completa disposizione ● Il processore è Device Independence grazie al driver (il driver fornisce al sistema operativo tutti i dettagli operativi per gestire una periferica) L’impiego di una periferica in un sistema operativo è dipendente della presenza di un driver specifico 4. La gestione dei file
● Utente applicativo: utente che può esclusivamente usare i software che sono presenti sul calcolatore e non può fare delle modifiche I Software maligni Con il termine software maligni si intende malware , chiamate semplicemente virus e si indica una classe di programmi specificamente progettati per infilarsi e apportare danni all’interno di un calcolatore senza il consenso informato del suo proprietario.
Esisto diversi tipi di software maligno:
● Una descrizione delle istruzioni che consentono ad un esecutore di compiere autonomamente un’elaborazione RISPOSTA CORRETTA ● Una delle componenti della macchina di von Neumann ● L’inversa della funzione esponenziale
La rappresentazione dei dati per le scienze umane
Il trattamento dell’informazione può essere così modellato: ● Su un sopporto fisico si rappresentano i dati, le sequenze di simboli che codificano l’informazione
● I simboli scritti in ordine decrescente vengono valutati sommando il loro valore ● Se una copia di simboli è scritta in ordine crescente, il valore del primo viene sottratto dal secondo ● Una barra sopra un simbolo ne moltiplica il valore per mille ● Due barre laterali e una sopra un simbolo indicano che il suo valore è moltiplicato per 100. La notazione posizionale decimale ● La cardinalità dell’alfabeto utilizzato è 10 ● I simboli sono le cifre: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 L’aggettivo posizionale indica che ogni cifra assume un diverso ruolo a seconda della posizione in cui si trova ● In un numero naturale si hanno (partendo da destra): unità, decine, centinaia, migliaia .. ● Ogni cifra è moltiplicata per potenza di 10 (partendo da destra): 10^0 , 10^1 , 10 2 .. ● 10 è la base del nostro sistema di rappresentazione numerica posizionale. Il sistema di numerazione romano è un sistema additivo, che può essere così descritta: ● è composto da un insieme di simboli letterari a cui viene associato un valore numerico ● un numero è rappresentato da una sequenza di tali simboli ● il valore di un numero è dato dalla somma dei valori corrispondenti ai simboli contenuti nella sequenza che lo rappresenta ● se ultimo bit è uno è un numero dispari, se ultimo bit è zero è un numero pari ● La codifica binaria Codifica binaria = è la codifica usata nei calcolatori. Viene usata una notazione binaria posizionale, i bit O e 1 vengono moltiplicati per le potenze di 2. Sappiamo come si trasforma un numero binario in decimale, ma decimale a binario. come si fa la trasformazione inversa? Da
● Al primo passo il dividendo è il numero da convertire ● Si divide sempre per due ● Ai passi successivi il dividendo è dato dal quoziente della divisione precedente ● Il processo termina quando il dividendo è nullo ● Al termine, la sequenza dei resti delle divisioni, trascritti in ordine inverso rispetto a come sono stati generati, costituisce il numero binario. La quantità di informazione: incertezza e probabilità
La teoria dell’informazione, nata nel 1948, dal matematico statunitense teoria matematica della comunicazione”) si occupa dello studio sistematico delle basi teoriche Claude Shannon (saggio “Una dell’informazione e della comunicazione. ● Se i dati portano informazione si può pensare di misurare la quantità di informazione contenuta in un supporto ● Questa viene definita come la differenza tra i logaritmi delle probabilità attribuite al verificarsi di un evento rispettivamente valutate dopo e prima della lettura del supporto ● Se i logaritmi sono in base due l’unità di misura della quantità di informazione definita bit Codifica analogica e digitale:
1. Codifica analogica- quando stiamo andando a memorizzare le informazioni individuando delle grandezze analoghe a quelle che noi vogliamo misurare e che ci permettono di spiegare che cosa stiamo misurando. ● Richiede l’individuazione di una grandezza analoga ● Ad ogni variazione della prima deve corrispondere una variazione della seconda 2. Codifica digitale- richiede due cose: ● Richiede l’introduzione di un alfabeto di simboli ● Richiede regole di codifica per associare una grandezza a una sequenza di simboli. Una possibile rappresentazione analoga della quantità di caramelle possedute da un bimbo, per esempio, è data da un corrispondente numeri di sassolini (quindici sassolini per rappresentare quindici caramelle) mentre una sua rappresentazione digitale potrebbe essere la comune notazione numerica decimale posizionale (la sequenza dei simboli ‘15’ per rappresentare quindici caramelle). PRO E CONTRO: ● L’approccio digitale è più compatto: la sequenza di simboli ‘18453’ è certamente più gestibile di un mucchio di diciottomilaquattrocentocinquantatre sassolini. ● La codifica analogica, a differenza di quella digitale, contiene meta informazioni (informazioni sull’informazione) di tipo ordinale e metrico ● Digitale. Chiunque, per esempio, sarebbe in grado di capire senza alcuna spiegazione che un mucchietto di tre sassolini rappresenta un valore maggiore rispetto a quello rappresentato da un solo sassolino o che togliendo tre sassolini a un mucchietto di cinque si avrà un mucchietto di due sassolini.
E’ impossibile invece, in assenza di esplicite informazioni (sulla regola della codifica) comprendere che la sequenza ‘31’ rappresenta un valore maggiore rispetto a quello rappresentato da ‘13’.
A differenza del numero di caramelle, che è una riconducibile ai numeri naturali), la temperatura, per esempio, è invece una grandezza discreta (insieme dei suoi possibili valori è grandezza continua (l’insieme dei suoi possibili valori è riconducibile ai numeri reali). La rappresentazione della grandezza discreta (a gradini) prevede un processo di processo necessario poter codificare in maniera finita l’informazione del mondo reale quantizzazione , l’idea è che quando, cioè, è un
E gli errori di trasmissione? messaggio risulta corretto. In ogni caso gli errori non possono essere corretti dal ricevente. Gli errori singoli vengono identificati, MA se cambiano 2 bit dello stesso byte, il
L’informazione non numerica Quando bisogna codificare delle informazioni NON NUMERICA, bisogna utilizzare il codice. Codice incontrano di diverso tipo: : sequenza di simboli impiegati per rappresentare sinteticamente oggetti nel mondo reale e se ne
● numero di matricola nell’università (cifre decimali – lunghezza variabile) ● codice fiscale (alfanumerico – 4 caratteri) ● codice catastale ● partita IVA ● codice ISBN (codice identificativo di un libro) ● numero di telefono ● codice IBAN (alfanumerico – 27 caratteri) Chiunque può liberamente definire, a proprio uso, delle codifiche ma ovviamente la comunicazione è possibile soltanto a condizione se mittente e destinatario concordano il tipo di codifica tutti i codici sono costituiti da sequenze di bit. ; nei calcolatori
Quante sequenze posso esprimere con n bit? 2 n Quanti bit servono per codificare i giorni della settimana? 3 bit 🡪 23 = 8 sequenze (una resta inutilizzata) ● lunedì = 000 ● martedì = 001 ● mercoledì = 010 ● giovedì = 011 ● venerdì = 100 ● sabato = 101 ● domenica = 110 Il testo La rappresentazione di un testo all’interno di un calcolatore è in genere realizzata con codici binari corrispondenti ai singoli caratteri spazio. Per questo ci sono dei codici, regolamentati in maniera internazionale, così tutti possono codificare i: lettere maiuscole e minuscole, cifre decimali, segni d’interpunzione, vari messaggi: ● ASCII , è una codifica secondo la quale ogni carattere è rappresentata da una sequenza i 7 bit (2^7 = caratteri) ed è stato adottato dall’ISO. ● ASCII esteso , è un evoluzione del’ASCII originario; usa una codice a 8 bit. ISO ha rilasciato diverse versione di ASCII esteso, tra cui:
● ISO 8859-1 (detto Latin1) che contiene caratteri per i linguaggi dell’Europa occidentale ● ISO 8859-2 contiene caratteri per i linguaggi dell’Europa orientale ● ISO 8859-5 che contiene caratteri cirillici ● Unicode , è una codifica dei caratteri gestita e diffusa da un consorzio internazionale di aziende finalizzato a favorir l’interoperabilità (capacità di sistemi informatici di cooperare e di scambiare informazione). ● Usa una codifica a 21 bit – 2 milioni di caratteri ● Comprende ASCII esteso (Latin1), caratteri di lingue vive e morte, ideogrammi, simboli matematici, ecc.. Nelle memorie di massa di un calcolatore è opportuno distinguere i file in base al codice utilizzato: ● File txt (SO windows) - contengono esclusivamente caratteri ● File doc (Microsoft word o OpenOffice Write) – contengono il testo e le informazione sulla formattazione ● File scritti con linguaggi di marcatura ● RFT - sviluppato per supportare lo scambio di testo tra sistemi e applicazioni ● PostScript – linguaggio di programmazione che consente di descrivere l’impaginazione ● PDF – sviluppato da Adobe System Incorporated è diventato standard ISO, formato più usato Le immagini Metodi di acquisizione campionano un’immagine in due modi: campionamento sono utilizzati anche per la rappresentazione dell’immagini, i dispositivi di
● la suddividono in una bitmap (o pixmap), è una matrice di pixel ● i pixel , l’unità di misura di un immagine; è il punto più piccolo che si può rappresentare in un’ immagine Naturalmente, se i pixel sonno molto grossi la ricostruzione dell’immagine risulterà, all’occhio umano, sgranata. Se, al contrario, sono molto piccoli, essa potrà invece apparire molto fedele all’immagine. Anche i metodi di quantizzazione sono utilizzati anche per la rappresentazione di immagini ● la quantizzazione viene usata per rappresentare i colori ● la profondità di colore (color depth) è il numero di bit usato per rappresentare il colore dei pixel ● in un’immagine monocromatica in bianco e nero, il colore dei pixel viene codificata con un bit ( 0 nero, 1 bianco) ● in un immagine in tonalità di grigio si possono usare 8 bit per rappresentare le 256 tonalità di grigio La rappresentazione dei colori prevede l’individuazione di alcuni colori primari e la combinazione di essi, a vari livelli di intensità, per costruire tutti gli altri. ● Modelli sottrattivi-a partire dal colore bianco