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Informatica: il trattamento automatico dell'informazione Il termine informatica deriva dal francese informatique, neologismo coniato intorno agli anni sessanta, per indicare la disciplina tecnico-scentifica che si occupa della progettazione e della costruzione di macchine in grado di trattare e elaborare in modo automatico l'informazione. Nell' attività di elaborazione dell'informazione i calcolatori hanno delle caratteristiche in più rispetto all'uomo come : -riduzione dei tempi di elaborazione -minore probabilità di errori -liberazione dell'uomo da attività noiose Terminologia: TELECOMUNICAZIONI = Le telecomunicazioni si occupano della trasmissione dell'informazione a distanza. IL DATO, L'INFORMAZIONE E LA CONOSCENZA Dato, informazione e conoscenza si collocano rispettivamente su tre livelli, in ordine crescente di astrazione. Dato è un'insieme di simboli tracciati su un supporto fisico(es dati scritti su un foglio il supporto fisico è il foglio). Disporre di un dato non comporta alcun vantaggio a meno che esso non sia messo in relazione con la proprietà cui si riferisce e lo si trasformi quindi in relazione. Parliamo di conoscenza quando si dispone di regole che permettono di trarre vantaggio da tali informazioni(es. Sappiamo cosa significa una scritta su un foglio perché abbiamo una conoscenza). I linguaggi formali e linguaggi naturali Linguaggi naturali sono quei linguaggi come l'italiano, l'inglese, il francese. I linguaggi formali si caratterizzano per il fatto di essere ambigui, ovvero possono assumere più significati in base al contesto in cui ci troviamo. Ad esempio la parola cavallo può avere un significato diverso a seconda se ci troviamo in un contesto ippico, in una palestra, in un circolo scacchistico. Al contrario un linguaggio formale vengono sviluppati e impiegati in tutti quegli ambiti, come l'informatica, la matematica e la logica in
cui è importante evitare l'ambiguità. La definizione di un linguaggio formale prevede: -l'individuazione di un alfabeto, un elenco(finito) di simboli -la definizione di una grammatica formale, un insieme di regole sintattiche che specifichino come i simboli dell'alfabeto possano essere combinati tra loro per costruire frasi ben formate all'interno del linguaggio.
- le semantiche formali consentono di attribuire un significato alle frasi in un linguaggio formale. Gli strumenti per l'elaborazione dell'informazione Con l'espressione “elaborazione dell'informazione”o “trattamento dell'informazione” si indica qualsiasi attività condotta sull'informazione stessa come: creazione, modifica, confronto, conservazione(comunicazione a distanza nel tempo), trasmissione (comunicazione a distanza nello spazio) a soggetti specifici oppure a soggetti non predeterminati. Quando parliamo dell'elaborazione dell'informazione vengono usati in genere due termini: input e output. Con input si intente in generale, l'informazione in ingresso all'elaborazione, mentre quella prodotta in uscita dall'elaborazione stessa prende il nome di output. È necessario fornire ad un esecutore le istruzioni che gli consentono di operare una trasformazione fisica(ovvero generare nuovi dati e nuove sequenze di simboli) in modo autonomo e automatico. Possiamo informalmente definire algoritmo una tale descrizione. Come già detto in precedenza essendo il linguaggio naturale un linguaggio ambiguo è necessario utilizzare un linguaggio formale per l'algoritmo. Nel corso della storia l'uomo ha concepito diversi strumenti formali per l'elaborazione dell'informazione, combinazioni di linguaggi formali e algoritmi che consentono di descrivere la trasformazione fisica con la certezza che se i dati di partenza rappresentano correttamente informazioni sul mondo reale, anche i dati da essi generati rappresentano correttamente dopo la necessaria decodifica, informazioni sul mondo reale. I linguaggi di programmazione sono linguaggi formali progettati
potente strumento di calcolo analogico che consente di calcolare moltiplicazioni, divisioni, logaritmi decimali. Per secoli fu lo strumento + utilizzato in discipline come l'ingegneria e la finanza. Pochi anni dopo in Francia venne realizzato la “Pascalina” una calcolatrice meccanica che consentiva di eseguire addizioni e sottrazioni. In Germania invece venne realizzata una “ calcolatrice meccanica” a manovella in grado di eseguire le 4 operazioni aritmetiche. Nel 19 secolo un ingegnere inglese realizzo un calcolatore programmabile progetto chiamato “l'analytical engine” , che era in grado di eseguire 4 operazione aritmetiche, confronti e radici quadrate. Pochi anni dopo una matematica donna inglese Anna king aggiunse al progetto “l'analytical engine” un programma che avrebbe consentito al calcolatore di calcolare i numeri di Bernoulli. Durante la secondo guerra mondiale ci furono 3 grandi filoni in Germania, Francia ed Inghilterra. In Germania vennero realizzati calcolatori basati su relè elettromagnetici( un relè è un interruttore elettrico la cui apertura e chiusura può essere controllata tramite un altro circuito elettrico). In Inghilterra abbiamo il primo calcolatore completamente elettronico, basato su valvole termoioniche. Venne realizzato ENIAC il primo calcolatore elettronico universale con 18000 valvole e 30 tonnellate di peso, era in grado di eseguire le 4 operazioni aritmiche e calcolare la radice quadrata. Eniac presentava comunque molto limiti ed è per questo che prima del suo completamento venne introdotto EDVAC un calcolatore elettronico programmabile che si discostava del precedente per due motivi: -l'impiego di aritmetica binaria invece che decimale -l'utilizzo di un unico dispositivo di memoria per istruzioni e dati. Negli anni cinquanta iniziarono a farsi strada sul mercato i transistor dispostivi formati da semiconduttori che sostituivano le valvole termoioniche all'interno dei calcolatori. Negli anni 60 i transistor vennero sostituiti dai circuiti integrati (o microchip) che resero i calcolatori più piccoli, più veloci e più economici. L'hardware e il software
Il termine “software” è costituita dall'unione di due termini inglesi soft(morbido) e ware(manufatto) e la sua origine risale alla seconda guerra mondiale quando gli inglese dovevano decriptare i messaggi che i tedeschi crittografavano con la macchina Enigma. Essi dopo la scoperta che le istruzioni per la configurazione della macchina cambiavano di giorni in giorno, erano scritte su carta solubile nell'acqua per consentire una più facile distruzione prima che cadessero nelle mani del nemico, chiamarono tali istruzioni software (componente morbida) in contrapposizione a Hardware( componente dura) con cui Enigma era stata creata. Software assume significati molto ampi noi possiamo limitarci ad affermare che software si riferisce alle istruzioni codificate all'interno della memoria per essere eseguite dall'hardware. Spesso gli viene attribuito anche un significato + ampio che oltre alle istruzioni comprende anche i dati(informazioni) rappresentati su un dispositivo di memorizzazione. La struttura del calcolatore Un calcolatore è formato da: -unità centrale (tipicamente conosciuta come chassis o case) dotate di ventole in grado di forzare la circolazione dell'aria e garantire la dissipazione termica. All'interno è presente anche un alimentatore un componente in grado di connettersi alla comune linea elettrica per ricevere corrente alternata, e inoltre è in grado di erogare con cavi e connettori specifici, corrente continua a tutti gli altri componenti del Pc. -scheda madre anche la scheda madre è inserita all'interno del chassis. La scheda madre si presenta come una piastra di materiale plastico che funge da struttura portante per il calcolatore. È una struttura portante per il calcolatore perché su di essa sono presenti alloggiamenti(detti slot) per il monitoraggio degli altri componenti del Pc( come la memoria, e le varie periferiche) e da interfaccia di comunicazione tra tali componenti grazie all'integrazione su di essa dei circuiti che costituiscono il bus. Sugli slot possono essere istallate una o + scheda di memoria centrale(normalmente
funzioni del telefono. Un workstation è per molti versi simile ad un pc ma presenta delle caratteristiche superiori per quanto riguarda il processore, la memoria, la velocità quindi è più adatto per ambiti specifici come CAD(progettazione assistita da calcolatore) ambiti matematici, statistiche, ingegneria. I computer multi-utente sono quei computer che si basano sulla logica del client-server e distinguiamo tra di loro: -mini computer= usato in imprese medie e grandi -maniframe usato in grandi imprese con software ad hoc -supercomputer utilizzato soprattutto nell'ambito della ricerca tecnico-scientifica. Media center pc dedicato all'intrattenimento domestico dove abbiamo la riproduzione di film, musica, trasmissioni controllabili anche attraverso un telecomando. I calcolatori embedded sono meno visibili ma non per questo meno diffusi si trovano ad esempio nelle automobili.semafori stradali, lettori mp3. IL processore La CPU ha il compito di eseguire istruzioni codificate in binario all'interno della memoria centrale, andando cosi a modificare i dati presenti all'interno anch'essi in binario all'interno della memoria centrale stessa. Essendo la memoria centrale composta da più celle, il processore tramite il bus, legge o scrive in una cella di memoria specificandone l'indirizzo. Per svolgere le sue attività, si avvale di alcuni registri, piccole unità interne a essa e caratterizzate da una notevole velocità di scrittura e scrittura. Il processore dall'accessione fino allo spegnimento del pc, svolge 4 attività: la lettura della memoria, decodifica, esecuzione, scrittura. 1 fase Nella fase di lettura della memoria(fetch), il processore legge un'istruzione della memoria centrale e la memoria all'interno del registro IR. 2 fase “decodifica”
in questa fase viene identificato all'interno dell'istruzione la parte che specifica l'operazione da eseguire, e le altre parti che identificano i dati cui tale operazione deve essere applicata. 3 fase “esecuzione” l'esecuzione viene affidata all'unità aritmetico-logica 4 fase “scrittura” il risultato dell'esecuzione è scritto all'interno del CPU oppure all'interno della memoria centrale. All'interno del calcolatore è presente un dispositivo chiamato clock. Generando un impulso elettrico con frequenza regolare, scandisce le operazioni all'interno di tutti i circuiti elettronici del calcolatore incluso il processore, e li sincronizza. La frequenza di clock quella con cui emette il suo segnale , è misurata in herz e determina la velocità massima con cui il processore è in grado di operare. Nei pc odierni sono utilizzati processori multi-core, che integrano due o + processori, ciascuna delle quali è in grado di operare in parallelo. La memoria di centrale La memoria centrale (RAM) è il dispositivo di memorizzazione con cui il processore interagisce, tramite il bus, x leggere e scrivere istruzioni e dati( rappresentati in binario). È costituita da unità elementari di memorizzazione(celle) ciascuna delle quali può contenere un dato o un'istruzione, ed è identificata da un indirizzo numerico (anch'esso codificato in binario). Il processore, tramite il bus, legge o scrive in una cella di memoria specificandone l'indirizzo. La memoria centrale si caratterizza per la sua volatilità: 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. Vengono definite centrali per il ruolo che svolgono con le memoria di massa o secondarie. La capacità tipica della memoria centrale nei pc odierni è di 4 a 32 gb. La denominazione di Ram =RANDOM ACESS MEMORY deriva dal fatto che la memoria centrale supporta l'accesso diretto( dall'inglese letteralmente
del calcolatore la sua riparazione ovviamente è possibile ma prevede costi elevati e una possibile perdita dei dati. Per evitare che alla rottura si possa perdere materiale personale ma anche lavorativo ma anche per prevenire a cancellazioni accidentali o meglio indesiderate usiamo fare un backup dei dati. Con il termine backup intendiamo uno delle tecniche utilizzate per il disaster recovery ovvero un insieme di misure tecnologiche atte a ripristinare dati,istruzioni, informazioni a fronte di interventi dannosi. Il backup si caratterizza per la produzione di copie aggiuntive dei dati conservati su un dispositivo di memoria allo scopo di consentire il ripristino del contenuto informativo del calcolatore. In genere però il contenuto informativo di un supporto di memorizzazione ha in genere un valore maggiore di quello del supporto stesso. A seconda della tecnologia impiegata, le memoria di massa possono essere classificate in : dispositivi ottici, magnetici e memorie flash. Dischi e nastri magnetici i dispositivi magnetici sono memorie di massa il cui sopporto di memorizzazione è costituito da una superficie ricoperta da uno strato di materiale ferromagnetico. Nel disco rigido( hard disk) è costituito da uno o + dischi, detti piatti solitamente in vetro o in una lega d'alluminio, le cui superfici sono ricoperte da un sottile strato di materiale ferromagnetico e che sono sovrapposti e connessi al centro, con un unico perno di rotazione. In genere tutti componenti del disco rigido piatti e tutti gli altri componenti meccanici ed elettronici sono presenti all'interno del chassis ecco perché vengono chiamati qualche volta dischi rigidi. Il disco rigido è uno dei dispositivi di memoria di massa ad essere il + diffuso e viene spesso utilizzato come supporto per il backup. Sulle superfici del disco rigido sono presenti le tracce dove vengono scritti i dati. Le superfici sono divise in settori e viene definita blocco l'intersezione tra tracce e settori. È possibile formattare un disco rigido ovvero cancellazione totale dei dati. La deframmentazione che deve
essere condotta periodicamente, ottimizzando in questo modo le prestazioni del disco. Sui pc che devono soddisfare standar + elevati si ha la ridondanza ovvero la duplicazione dei dati su + supporti per garantire la sopravvivenza e la continuità nell'accesso anche in caso di guasti. I nastri magnetici è rappresentato da un lungo nastro di materiale di plastica, con una superficie ricoperta da materiale ferromagnetico, avvolto su una bobina o più frequentemente raccolto in una cassetta. A fronte di costi relativamente ridotti i nastri magnetici hanno un ottima capacità di memoria, ma possono essere utilizzati solo con accesso sequenziale e questo ne ha impedito la diffusione. Vengono utilizzati prevalentemente per il backup. I dischi ottici i dischi ottici sono supporti rimovibili che inseriti in un apposito drive(lettore), possono essere letti con l'ausilio di una luce laser. Un disco ottico è costituito a strati: un disco di materiale plastico denominato substrato, un sottile strato di alluminio riflettente, uno strato di vernice protettiva, un'etichetta che può essere stampata direttamente sulla vernice stesso o incollata col cartaceo sopra di essa. I dischi ottici vengono letti con una luce laser. Alcuni dischi ottici si configurano come memoria di solo lettura(rom), altri dischi invece sono messi in commercio vuoti e possono essere scritti da un masterizzatore. Nei supporti scrivibili possiamo avere una solo scrittura, mentre nei supporti riscrivili il contenuto informativo può essere scritto e modificato molte volte. Un difetto dei dischi ottici e che sono privi di involucri protettivi quindi sono molto + soggetti a graffi, ditate, sporcizia che possono compromettere la loro lettura e quindi il loro coretto funzionamento all'interno del calcolatore. I supporti ottici più diffusi sono: CD DV e BD (blu-ray) , che accomunati da un 12 centrimentri di grandezza sembrano ad occhi nudo uguali ma che in realtà si presentano completamente diversi tra di loro. Il CD è sicuramente il supporto ottico tecnologicamente + vecchio e
dati, spesso viene impiegato un lungo tempo di attesa prima che un dato sia letto o scritto in memoria. Per ridurre questa negatività viene introdotto il principio di località che si basa su due diverse forme: -località temporale se un programma nel corso della sua esecuzione fa riferimento ad una particolare cella di memoria, è molto probabile che in futuro, faccia riferimento alla stessa cella-- -località spaziale se un programma nel corso della sua esecuzione fa riferimento ad una particolare cella di memoria, è molto probabile che in futuro, faccia riferimento a celle vicine a essa. Oltre alla memoria centrale e alle memoria di massa, un calcolatore moderno dispone di una + particolare gerarchia di memorie che si caratterizzano per la velocità e per la capacità secondo il seguente schema: -registri del cpu contenuti nel cpu, garantiscono la massima velocità a fronte di una capacità di alcune centinai di byte -cache di livello 1 contenuta nel cpu -cache di livello 2 contenuta nel cpu -cache di livello 3 contenuta nel cpu o sulla scheda madre e garantisce una capacità di 2 megabyte. -Memoria centrale -dischi interni -dischi esterni Le periferiche Le periferiche sono dispositivi connessi con varie modalità all'unità centrale di un calcolatore che supportano I/O dei dati. La connessione del calcolatore con le periferiche La connessione di un calcolcolatore con la periferiche e con la memoria di massa si realizza tramite un apposita interfaccia collegata da una parte al bus e dall'altra al dispositivo. Su un pc l'interfaccia può trovarsi integrata nella scheda madre oppure trovarsi in uno slot di essa sotto forma di scheda di espansione. 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 + canali di trasmissioni paralleli consentendo quindi la trasmissione simultanea di gruppi di bit(in genere byte) Per un dispositivo possono essere presenti varie versioni che offrono connessioni a interfacce di tipo diverso. Una stampante ad esempio può presentare + connessioni di tipo usb e bluetooth ecc. Sui pc le connessioni + comuni sono: -connettore ps/2 specifico x la connessione della tastiera e del mouse. -connettore minijack per il collegamento della scheda audio, del microfono, speaker, altri dispositivi audio I/O. -connettore seriale per il collegamento seriale tra modem, mouse, terminali -connettore RJ11 per il collegamento del modem/fax interno alla rete telefonica. -connettore usb per il collegamento seriale di un'interfaccia usb con mouse, tastiere stampanti, scanner,drive usb, dischi rigidi, fotocamere digitali -interfaccia Irda per il collegamento seriale wireless(senza fili) a infrarossi di mouse, tastiere, stampanti(utilizza onde elettromagnetiche) -interfaccia bluetooh per il collegamento seriale wireless con caratteristiche simili a quelle dell'Irda (utilizza però onde radio) La tastiera La tastiera è il dispositivo di input + comune. Con una struttura simile a quella adottata per le macchine da scrivere, si presente come un insieme di tasti identificati da simboli. Ogni tastiera presenta tasti disposti in posizioni diverse a seconda della nazione in cui ci troviamo ad esempio in Inghilterra è inutile una tastiera che presenta le lettera accentate in quanto non sono previste dal loro alfabeto. Per scrivere è necessario fare una leggera pulsione col dito sul pulsante, che genererà il simbolo(carattere)
determinano quindi una migliore qualità della resa grafica. Ma abbiamo altre caratteristiche importanti come il colore, la luminosità, il contrasto, la frequenza d'aggiornamento. Le caratteristiche appena elencate dipendono dal video e dalla scheda grafica e molte delle caratteristiche dell'uno possono essere sfruttate soltanto a condizione che siano correttamente supportate dall'altra. Le tecnologie moderne impiegano x la costruzione del video cristalli liquidi e al plasma. In passato erano utilizzati la tecnologia a raggi catodici che produceva video molto pesanti e ingombranti. Gran parte di quanto detto vale anche per il videoproiettore. I dispositivi di puntamento Abbiamo vari dispositivi di puntamento, un dispositivo di puntamento per eccellenza è il mouse, un oggetto che mantenuto sotto il palmo della sua mano, viene fatto scivolare su una superficie. Il collegamento del mouse al calcolatore avviene via cavo, wireless, su una porta seriale. Lo scivolamento del mouse meccanico sulla superficie di appoggio determina il rotolamento di una pallina di gomma posizionata nella sua parte inferiore. Nel mouse ottico invece che della pallina di gomma troviamo un componente elettronico. L'essenza della pallina di gomma o di altri componenti meccanici semplifica la costruzione del mouse, ma possono manifestarsi + malfunzionamenti se usati su superfici lucide o trasparenti. L'opzione di cliccare su un icona con il mouse prende il nome di click, nel momento in cui viene trascinata un icona l'operazione viene chiamata drag-and-drop. Talvolta nel mouse è presente anche una rotella di scorrimento, nella parte superiore che permette di interagire più semplicemente con le icone. Esistono anche altri tipi di mouse come trackball,joystick ch che sono utilizzati per utenti particolari, abbiamo il touchpad una piccola superficie normalmente posizionata in prossimità della tastiera del neetbook, che si caratterizza per la presenza di sensori in grado di riconoscere la posizione e il movimento di un dito. La tavoletta grafica, dove l'utente scrive, disegna grazie all'utilizzo di
uno stylus. Il touchscreen dove abbiamo funzioni di I/O. La stampante La rappresentazione dell'otput del calcolatore sul video è volatile, pertanto quando si vuole renderla persistente nel tempo si può ricorrere ad una stampante, un dispositivo in grado di imprimere testo e immagini su fogli di carta o altri supporti. Come supporti vengono utilizzati fogli di vario spessore A3 A2 A1 A0 e A4 che viene utilizzata solo per grandi progetti. Ma oltre alla carta la stampante è in grado di gestire anche altri supporti come buste, carta fotografica, cartoncino, carta copiativa. È possibile stampare i fronte/retro, fascicolare, rilegatura. Ci sono alcune stampanti che stampano solo in bianco e nero e sono dette stampanti monocromatiche, e stampanti che stampano a colori che sono dette stampanti a colori. La velocità di stampa è misurata in ppm, mentre la risoluzione in DPI. Il collegamento tra il calcolatore e la stampante avviene tramite cavo, o una porta USB. Abbiamo vari tipi di stampanti: *Stampanti definite multifunzione, che hanno all'interno dello stesso dispositivo anche lo scanner e il modem che ne rendono possibile l'impiego come fotocopiatrice o come fax. *Le stampanti a getto d'inchiostro operano spruzzando sulla cartaceo *le stampanti laser la tecnologia di stampa è la stessa utilizzata dalla fotocopiatrice. Rispetto a quelle a getto di inchiostro sono più costose, ma in compenso presentano una velocità e una risoluzione migliore. *Nelle stampe a impatto la testina di stampa presenta gli aghi. Queste stampanti all'inizio le più comune e più diffuse hanno lasciato il posto alle stampante ad inchiostro e laser perché di dimensioni troppo grandi, troppo rumorose, scarsa risoluzione e una velocità scarsa. Resistono solo in ambiti per esempio in documenti in ambito fiscale e commerciale. I dispositivi per l' acquisizione delle immagini
che supera la lavagna tradizionale. Il docente scrive, disegna presenta immagini, suoni ai suoi allievi e i professori possono registrare quanto prodotto dalla lezione per poi renderlo fruibile agli allievi.
