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INFORMATICA MODULO 1
Oggi andremo ad affrontare il tema del calcolatore, in particolar modo il contenuto di questa lezione è strutturato in tre ambiti principali: lo studio del calcolatore, l’analisi dei precursori del calcolatore per poi spostarci verso le macchine programmabili. Che cos'è il calcolatore? Il protagonista della scena dell'informatica e l’artefice dell'informatizzazione è proprio il calcolatore digitale o definito anche come calcolatore to CUR, computer o elaboratore e dunque la macchina dedicata all'elaborazione automatica delle informazioni digitali, macchina dotata di capacità universali in questo ambito. I calcolatori sono entrati ormai nella nostra vita quotidiana, tutti conosciamo le straordinarie capacità delle macchine per l'elaborazione delle informazioni e iniziamo a vedere quali sono questi elementi. Innanzitutto l'elaboratore è in grado di compiere operazioni matematiche ad altissima velocità (una comune calcolatrice tascabile è superiore ad esempio a qualsiasi essere umano nel calcolo aritmetico), è inoltre in grado di registrare enormi quantità di informazioni in spazi ridottissimi , fenomeno della miniaturizzazione , quindi un disco ottico di pochi centimetri diametro in grado di contenere un interi ciclopedia e allo stesso modo di ritrovare i dati richiesti Con un incredibile rapidità e quindi in proprio frazioni di secondo. Altro elemento da considerare è la possibilità di trasmettere le informazioni a grandi distanze e con enorme velocità: due calcolatori quindi situati a migliaia di chilometri di distanza sono in grado di scambiarsi milioni di informazioni in pochi secondi. Inoltre è in grado di governare quelli che sono dispositivi meccanici che compiono operazioni di precisione, quali ad esempio i robot, è in grado anche di eseguire programmi che svolgono compiti molteplici quale l'elaborazione di testi, la gestione di archivi, l'effettuazione di calcolo scientifico, gestione della contabilità. I calcolatori ormai sono diffusi in tutte quelle che possiamo definire attività produttive, amministrative e professionali dove sono in grado di offrire prestazioni sempre più elevate a costi sempre più bassi; essi sono ormai i componenti essenziali all'interno della nostra società, basti pensare che senza di essi cesserebbero di funzionare le fabbriche, le banche, le scuole, gli alberghi, i tribunali e allo stesso tempo si fermerebbero tutti quelli che sono i mezzi pubblici, diventerebbero inutilizzabili apparecchiature mediche, elettrodomestici, telefoni e automobili. Tale dipendenza si accresce a mano a mano che si compie il passaggio verso la società dell'informazione. Per quest'ultima uno sciopero generale informatico e quindi l’ipotetica e contemporanea interruzione di tutti i calcolatori nel mondo equivarrebbe di fatto alla paralisi totale. Tuttavia Il Calcolatore, strumento che viene utilizzato dalla molteplicità di soggetti, resta per tutti ancora uno sconosciuto, poiché non tutti siamo in grado di conoscere caratteristiche e potenzialità dello strumento: anche se interagiamo quotidianamente con il calcolatore, di fatto ne ignoriamo la storia, la struttura e i principi di funzionamento.
Le macchine e gli algoritmi per elaborare l'informazione
Quali sono le caratteristiche che determinano per il calcolatore la possibilità di ritenerlo un protagonista all'interno della nostra epoca e uno strumento che per noi lo si può intendere come ineliminabile nella quotidianità che ne andiamo diciamo a svolgere tutti i giorni? Il funzionamento del calcolatore è di fatto dovuto alla combinazione di due componenti: l'hardware, che rappresenta l'insieme dei dispositivi materiali (ciò che noi quindi possiamo toccare con mano) e che elaborano l’ informazione stessa, mentre dall'altro il software cioè
l'insieme dei programmi informatici che governano il funzionamento del calcolatore, andando quindi ad indicare in un modo preciso ed univoco le elaborazioni da seguire STORIA... Possiamo quindi trovare le radici dell'informatica in due linee di ricerca che di fatto però possono convergere fra loro : da un lato il tentativo di realizzare macchine capaci di elaborare le informazioni e dall'altro invece il tentativo di definire procedimenti ,che possiamo intendere come precisi e univoci, ossia gli algoritmi, che sono poi in grado di elaborare le informazioni. L'idea quindi di poter utilizzare dispositivi materiali per le informazioni non è un un'idea nuova: l’abaco o pallottoliere ad esempio risale a circa 7000 anni fa e anche l'idea poi di definire metodi precisi per elaborare le informazioni ha una lunga storia. Per esempio Euclide, grande matematico greco vissuto ad Alessandria d'Egitto tra il IV e il III secolo a.C., inventò un famoso algoritmo per effettuare il calcolo del massimo comune divisore. Il nome però algoritmo deriva da un matematico persiano Mohammed al-Khwarizmi, vissuto nel IX secolo, i cui scritti contribuirono proprio ad introdurre in Europa i numeri decimali e l'algebra. In particolar modo proprio al-Khwarizmi indicò quelle che sono le regole precise da seguire, passo dopo passo, e che noi abbiamo ad utilizzare sin dalle scuole elementari per aggiungere, sottrarre, moltiplicare e dividere quelli che sono i numeri decimali. Questi possiamo definirli come delle procedure, quindi degli algoritmi che ci sembrano ovvi e alle volte anche banali ma che rappresentano poi un enorme progresso rispetto alle precedenti tecniche per poter eseguire calcoli numerici. Un altro soggetto che andò a costruire uno strumento elettronico fu Blaise Pascal che nel XVII secolo realizzò la Pascalina, ossia una macchina in grado di compiere addizioni e sottrazioni. Lo stesso Leibniz andò a perfezionare la pascalina, costruendo invece un apparecchio che era anche in grado di eseguire le moltiplicazioni. Tanto la pascalina quanto l'apparecchio di Lyoness erano poi delle calcolatrici automatiche ma meccaniche quindi non erano elettroniche, esse quindi funzionavano grazie a una serie di ingranaggi a delle ruote dentate e non mediante il passaggio di elettroni, cosa che avviene nei computer moderni. Inoltre potevano eseguire di volta in volta solo una delle operazioni rientranti nella loro competenza, ad esempio una sola addizione, quindi non le possiamo definire come macchina programmabili poiché non potevano di fatto eseguire automaticamente un’intera combinazione di tali operazioni secondo le indicazioni che ne abbiamo fornito. PROGRAMMABILITÀ Per trovare quindi le origini della programmabilità si deve un po' uscire dall'ambito della matematica e della filosofia e ci si deve spostare in ambito tecnologico, anzi anche industriale. Infatti agli inizi dell'Ottocento un artigiano francese Joseph Marie Jacquard inventò un nuovo tipo di telaio che era in grado di tessere da solo e quindi automaticamente diversi tipi di trame. Le trame da tessere si indicavano inserendo nel telaio speciali carte perforate e la posizione dei fori determinava la scelta dei fili e le altre attività che avrebbe dovuto svolgere la macchina. Al telaio di Jacquard si sarebbe poi anche ispirato il matematico inglese Charles Babbage, il quale, dopo aver progettato una macchina in grado di calcolare i logaritmi, concepì proprio il motore analitico Ossia una macchina dotata di una competenza generale capace di eseguire qualsiasi calcolo. La peculiarità del motore analitico era proprio la sua programmabilità, ossia oltre ad essere in grado di compiere le operazioni aritmetiche di base, il motore analitico era in grado di eseguire qualsiasi combinazione digitale di operazioni pertanto la combinazione delle operazioni da eseguire (ciò che noi poi andiamo attualmente a definire
utilizzato proprio per andare a decifrare quelli che sono i codici utilizzati dall'esercito tedesco, lo Zuse che venne comunque realizzato tramite lo Z3 (primo calcolatore basato sul sistema binario degli anni ‘30-’40) ed utilizzato per la progettazione di aeroplani ed infine l’ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer 1941-45), basato sul sistema decimale ed utilizzato per calcolare le traiettorie dei proiettili. Il calcolatore inizialmente veniva utilizzato quale strumento per svolgere una serie di operazioni ma che erano di natura meccanica, quindi non avevamo la realizzazione dell'elaboratore così come adesso la andiamo ad immaginare e quindi con un insieme di hardware e software che all'interno sono strumentazioni elettroniche che funzionano tramite i circuiti, ma avevamo un sistema di ingranaggi che era in grado di eseguire una serie di operazioni ed in particolar modo la caratteristica essenziale di questi strumenti era data proprio dalla possibilità di eseguire una singola operazione per volta , quindi io programmo lo strumento per realizzare una singola attività che poi doveva essere nuovamente riprogrammata. Con l'evoluzione dell'elaboratore, grazie soprattutto anche a Lady Augusta, la prima programmatrice della storia, abbiamo avuto anche strumenti che erano in grado di essere configurati ed essere programmati e quindi erano in grado di svolgere le operazioni di volta in volta, senza dover essere nuovamente riconfigurati. Abbiamo assistito di fatto a un passaggio progressivo tra quella che era una prima processione di elaboratore (con ingranaggi) ad una evoluzione dell'elaboratore che poi ha portato a quelli che noi adesso definiamo calcolatori elettronici. I PRIMI CALCOLATORI Per trovare i primi calcolatori moderni, definiti anche poi digitali ed elettronici, dobbiamo spostarci al tempo della seconda guerra mondiale, quando i primi calcolatori poi furono inventati contemporaneamente ma indipendentemente nei vari paesi belligeranti. In Inghilterra ad esempio un gruppo di matematici e ingegneri, guidato proprio da Alan Turing, realizzò il Colossus nel 1941, un calcolatore elettronico a di fatto però non programmabile. Il colossus fu impiegato con successo nel decifrare i codici utilizzati per la comunicazione dell'esercito tedesco. In contrapposizione a questo, in Germania Konrad zuse, tra la fine degli anni 30 e l'inizio degli anni 40, realizzò lo Z3, il primo calcolatore programmabile basato poi sul sistema binario. Il Calcolatore di Zuse trovò qualche impiego nella progettazione di aeroplani ma il terzo Reich non seppe poi cogliere l'importanza dell'invenzione. Negli Stati Uniti infine tra il 1941 ed il 1945, presso l'Università della Pennsylvania, fu realizzate invece l’ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) elettronico e universale però basato ancora su un sistema decimale e non su un sistema binario come siamo abituati adesso a vedere l'elaboratore elettronico. Infatti la finalità principale fu proprio quella di utilizzarlo per calcolare quelle che sono le traiettorie dei proiettili. All'inizio degli anni ‘50 avvenne il salto tecnologico che poi consentì di passare ai primi veri calcolatori moderni: si trattava della registrazione del programma stesso all'interno della memoria del calcolatore e ciò consentiva di accedere con rapidità alle singole istruzioni da eseguire ma soprattutto compiere anche salti condizionati. In base ai risultati già ottenuti potevano essere eseguite o saltate certi istruzioni del programma. La memorizzazione interna del programma caratterizza proprio alla macchina di Von Neumann. L'architettura adottata nei moderni calcolatori fu definita negli anni 40 da un gruppo di lavoro cui partecipava il matematico statunitense anche se di origini ungheresi John Von Neumann.
L’elaboratore era composto da due unità l'unità di controllo (dette control unit - CU) e l'unità di calcolo o unità aritmetico-logica che costituisce poi l'unità centrale di elaborazione (la CPU, detta anche processore). Essi attuano una stretta cooperazione: la prima identifica l'istruzione da eseguire e i relativi dati, la seconda invece esegue l'operazione. Dati ed istruzioni vengono prelevati dalla memoria centrale (definita anche in memoria principale, primaria o interna) nella quale vengono trasferiti i risultati delle elaborazioni. La memoria centrale è un dispositivo di memorizzazione ad alta velocità di lettura e scrittura tipicamente volatile, quindi si cancella quando il calcolatrice spegne. Essa deve essere poi distinta da quelle che sono le memorie di massa (dette anche secondaria esterne oppure periferiche) costituite da dispositivi, solitamente dischi magnetici o ottici, capaci di contenere permanentemente grandi quantità di informazioni. Affinché le informazioni che sono contenute all'interno delle memorie di massa (sia i dati che i programmi) possono essere elaborate dalle unità centrale di elaborazione esse debbono esser trasferite e quindi riprodotte all'interno della memoria centrale, la sola che è direttamente accessibile all'unità centrale. Ciò significa che l'esecuzione di un software residente sul disco di un computer ne comporta poi la sua duplicazione. Il software quindi deve essere copiato nella memoria centrale e questo poi è un aspetto rilevante anche per fornire una sorta di paternità al software stesso, quindi affermare chi sia l’inventore e lo sviluppatore del software. Il modello di Von Neumann, oltre che dalla memorizzazione del programma, è anche poi di fatto caratterizzato dalla natura sequenziale delle elaborazioni. Le istruzioni sono eseguite una alla volta e dopo ogni istruzione si passa poi alla successiva o a quella indicata dalla precedente istruzioni di salto. L'architettura quindi di Von Neumann fu adottata nel calcolatore EDVAC nel 1952, alla cui realizzazione contribuì lo stesso Von Neumann e divenne poi lo standard cui si sarebbero ispirati tutti quelli che sono i maggiori produttori. Tale architettura ha di fatto stravolto quella che era la precedente concezione dell'elaboratore stesso. Elaboratori che in passato nascevano per soddisfare una specifica esigenza, quindi la possibilità di poter compiere una singola operazione ma soprattutto non programmabili e in particolar modo dove l'informazione che veniva elaborata all'interno del dell'elaboratore stesso fosse un'informazione che non dava la possibilità al soggetto di poter poi nuovamente eseguire la medesima operazione se non andandola a riprogrammare. I primi elaboratori elettronici quindi antecedenti all'architettura Von Neumann, e senza quindi la presenza dell' unità centrale della CPU, non avevano la possibilità di poter esser programmati ma allo stesso tempo l'elaboratore non ricordava la programmazione che era stata fatta al suo interno, cosa che invece avviene con l'architettura di Von Neumann. Grazie ad egli abbiamo un elaboratore elettronico che è capace di immagazzinare quelle informazioni al suo interno, grazie al software determina l'output corrispondente e quindi dà la possibilità di compiere una o più operazioni. L'elemento forte della dell'architettura di Von Neumann è data dalla possibilità di voler Installare il software all'interno della memoria dell’elaboratore stesso ed in questo modo si dà poi la possibilità all'utente di poterlo più utilizzare, essendo una parte della memoria fissa che quindi viene confermata all'interno dell'elaboratore stesse ricorda il software stesso e un'altra parte di memoria volatile che invece si cancella allo spegnimento. Grazie a questa operazione non era più necessario ogni volta dover riconfigurare la macchina per fargli compiere magari un'operazione ma soprattutto la macchina era in grado di compiere infinite operazioni e una molteplicità di operazioni a seconda del software che si andava ad installare. Quando abbiamo visto ad esempio la macchina di turing, il Colossus, il
La grande invenzione però degli anni ‘70 fu proprio il microprocessore, si tratta di fatto di un circuito integrato che comprende l'intera unità centrale di elaborazione, realizzato in un unico chip. Alla sua realizzazione contribuirono di fatto numerosi scienziati tra cui possiamo ricordare anche un italiano Federico Faggin,il quale diresse il gruppo di lavoro che sviluppò proprio il primo processore di impiego generale (cosiddetto General-purpose). Gli anni seguenti hanno visto una rapidissima crescita sia nel numero di transistor inclusi in un microprocessore, che possiamo definire come integrazione del processore, sia nella velocità dei microprocessori stessi, come misurata dall'orologio (il cosiddetto Clock). Ciò ha successivamente consentito la realizzazione di microcalcolatori, quindi calcolatori la cui unità centrale di elaborazione è costituita da un unico microprocessore sempre più potenti ma lo stesso tempo sempre meno costosi. I microcalcolatori si sono presto diffusi negli ambienti di lavoro e nelle case divenendo poi calcolatori personali, ciò che noi adesso definiamo come personal computer, destinati all'uso individuale. Essi hanno consentito l'ingresso dell'informatica in tutti gli ambiti della vita individuale e sociale, In particolar modo anche in attività che possono essere più delicate quali l'attività pubblica e giuridica (quindi la possibilità di accedere agli uffici pubblici, ai Tribunali). Il microprocessore, grazie alla sua estrema miniaturizzazione, ha potuto introdursi nei più svariati macchinari e dispositivi tecnologici dall'automobile, alla lavatrice, alla cyclette, al telefono, all'interno della carta di credito, consentendo l'integrazione dell'informatica con le più svariate tecnologie. Negli ultimi anni, grazie allo sviluppo delle tecnologie biomediche il microprocessore, sta riuscendo ad entrare addirittura nel corpo umano dove è in grado di governare dispositivi che rilasciano medicamenti o che sono in grado di rilevare lo stato di salute del soggetto ma può anche operare in diretto collegamento con il sistema nervoso, sostituendo organi difettosi o integrando nelle funzionalità, così ponendo rimedio ad alcune forme di handicap ad esempio i difetti dell'udito. Noi ovviamente qui non possiamo esaminare tutte le tecnologie che vengono utilizzate per la costruzione dei microprocessori ma è opportuno Magari di scriverne solo la straordinaria rapidità di sviluppo e l'emblema tica della rapida evoluzione proprio delle tecnologie hardware. PRIMA LEGGE DI MOORE L'enunciazione di fatto più famosa al riguardo è proprio quella fatta da Gordon Moore, grazie alla sua cosiddetta legge di Moore, formulata nel 1964 da questo co-fondatore della Intel, impresa che oggi domina il mercato dei microprocessori. Secondo la legge di Moore, la potenza dei calcolatori raddoppia circa ogni 2 anni. Tale legge che delinea una crescita rapidissima, Anzi sempre più accelerata, è stata finora confermata: i calcolatori di oggi sono circa 1000 volte più potenti di quelli disponibili solo 20 anni fa e circa un milione di volte più potenti di quelli disponibili 40 anni fa.
SECONDA LEGGE DI MOORE
Si discute sulla continuazione digitale della crescita che dovrà poi scontrarsi prima o poi con i limiti fisici della miniaturizzazione : a un certo punto raggiungeremo dimensioni così piccole da rendere di fatto impossibile la realizzazione o il funzionamento dei circuiti. Resta aperta peraltro la possibilità che una crescita ulteriore sia poi consentita dal passaggio a tecnologie magari che sono completamente diverse rispetto a quelle che siamo abituati ad utilizzare, come quelle ottiche che sostituiscono alla luce ai elettronica o anche quelle quantistiche che sfruttano certi effetti atomici e subatomici. L'altra faccia dello sviluppo tecnologico nel settore dei microprocessori è peraltro data dalla cosiddetta seconda legge di Moore, secondo la quale il costo dello sviluppo di un circuito integrato raddoppia ad ogni generazione di microprocessori e questo infatti spiega proprio perché pochissime imprese siano in grado di progettare nuovi microprocessori per microcalcolatori ed infatti Noi abbiamo non più di 3 o 4 imprese che sono in grado di dominare il mercato dei microprocessori e come abbiamo detto poc'anzi una di esse Com'è la Intel ad esempio ne copre all'incirca il 90% della produzione e anche di vendita. Lo sviluppo quindi delle prestazioni dei microcalcolatori ha determinato una profonda trasformazione nell'hardware e conseguentemente nell'industria informatica. I microcalcolatori non si sono limitati ad aprire nuove applicazioni all'informatica ma hanno di fatto sostituito i calcolatori di maggiori dimensioni in molte delle funzioni già affidate a questi ultimi negli ultimi decenni. La parola chiave infatti che si va dare è proprio quella del downsizing (= ridimensionamento) ossia del passaggio delle applicazioni informatiche dai grandi calcolatori a calcolatori di minori dimensioni. Di conseguenza i tradizionali produttori di hardware che un tempo dominavano il mercato dell'informatica grazie Proprio alla produzione di grandi e laboratori sono stati poi affiancati e spesso anche sostituiti da nuove imprese che son capaci di produrre diciamo microcalcolatori con economicità ed efficienza. Le leggi di Moore descrivono di fatto un’evoluzione di quelli che sono i microprocessori e spiegano proprio perché sono poche se non pochissime le aziende che sono in grado di poter reggere la realizzazione e l'implementazione di un microprocessore perché al di là del fenomeno della miniaturizzazione, fenomeno che nel tempo si può modificare e che in realtà stiamo già vivendo al giorno d'oggi. L'esempio può essere dato dall'utilizzo degli smartphone e in passato di quelli che erano i precedenti cellulari: c'era un'idea iniziale con l'utilizzo del cellulare nel voler avere il cellulare sempre più piccolo e tascabile, adesso con lo smartphone, essendo cambiata l'idea e l'utilizzo dello strumento stesso, si cerca di utilizzare uno smartphone che abbia una gran che ci consenta di compiere tutta una serie di operazioni e quindi magari non si punta tanto alla miniaturizzazione del processore quanto alla possibilità in un processore di piccole, piccolissime dimensioni di renderlo sempre più potente e quindi andare a compiere un'attività di ricerca non tanto sulla possibilità di miniaturizzare lo strumento quanto sulla capacità di poter rendere quel singolo strumento ,che magari Rispetto al precedente alla medesima dimensione, magari il doppio più potente e quindi siamo molto più performante.
poteva accedere a risorse informatiche solo collegandosi ai grandi elaboratori, i cosiddetti mainframe, che di solito erano condivisi da più utenti o anche gestiti da un centro di calcolo. Ciò quindi comportava l'esigenza di inserirsi nell'ambito di una struttura organizzativa e anche di sottoposti alle sue regole, in cambio vi era però la possibilità di poter accedere a una serie di risorse condivise, ai programmi informatici, ai loro aggiornamenti, agli archivi di dati, ai dispositivi di input e output e allo stesso tempo di comunicare con gli altri utenti del centro di calcolo. Grazie al personal computer invece ogni individuo poteva disporre in piena autonomia delle proprie risorse informatiche, poteva quindi sviluppare liberamente la propria creatività senza incontrare i limiti della volontà altrui. Ciò comportava peraltro la trasformazione di ogni utente ,quindi unito al suo sistema informatico, in una sorta di monade isolata quindi priva della possibilità di condividere risorse e anche di comunicare con altri. Negli anni successivi l'isolamento del personal computer sarebbe stato di fatto superato cioè il microcalcolatore si sarebbe dotato di dispositivi di comunicazione in modo poi da potersi collegare a sua volta ad altri calcolatori e dispositivi remoti, quali ad esempio il modem, la scheda di rete, il collegamento radio a rete locale o alla rete telefonica, diventando di fatto capace di colloquiare poi con altri calcolatori e anzi poi inserirsi proprio in reti informatiche via via più ampi. Ciascun calcolatore ha conservato quindi la propria capacità di elaborazione autonoma e ciascun utente ne ha mantenuto il controllo ma è divenuto possibile Poi interconnettere i singoli calcolatori e quindi poi comunicare e allo stesso tempo condividere risorse, dati, programmi e attrezzature. In questo modo si sono realizzate in una nuova sintesi sia le esigenze di integrazione e collegamento, espresse dalle strutture centralizzate, sia poi le esigenze di autonomia e allo stesso tempo economicità che stavano alla base del personal computer. All'interazione poi uomo-macchina si è fiancata l'interazione tra uomo,macchina e nuovamente uomo ossia l'interazione tra esseri umani mediata dalla macchina stessa (dalla cosiddetta rete di macchine). Per utilizzare la classica forma della dialettica hegeliana quale mero schema espositivo privo di ogni implicazione filosofica possiamo dire che alla tesi dell'informatica centralizzata, definita come uso condiviso ma vincolato di un grande calcolatore centrale, si era poi contrapposta l'antitesi dell’informatica individuale definita come uso libero ma allo stesso tempo isolato del personal computer. Tesi e antitesi sono state poi anche a loro volta superate nella sintesi delle reti dei microelaboratori, definita proprio come uso individuale del personal computer e condivisione grazie a reti informatiche. Possiamo pertanto vedere come il personal computer ha di fatto modificato il modo in cui l'utente si approcciava ad un elaboratore. Nelle idee iniziali che avevamo di computer, ipotizziamo il Colossus di Alan turing o lo Z3 di Zuse, avevamo calcolatori immensi e presenti in stanze enormi dove l'utente aveva la possibilità di accedervi per reperire una serie di informazioni all'interno delle banche dati, ma di fatto l'utente non aveva un suo personal computer quindi doveva “sottostare” a quelli che erano i programmi presenti all'interno di quel elaboratore e quindi accettare o meno di utilizzare quei particolari software. Il personal computer, nato poi negli anni 80, dà la possibilità ad ogni utente di crearsi il proprio laboratorio e quindi caricare all'interno dello stesso tutta una serie di informazioni, una serie di dati, di software per compiere le proprie attività. L'elemento poi forte è che una volta che il si è avuta la nascita e l'evoluzione dei personal computer e che quindi ogni uomo o una buona parte di loro aveva il primo personal computer si iniziò a ragionare sull'idea di voler creare una rete di calcolatori e quindi la possibilità di andare ad ampliare la
comunicazione tra i calcolatori stessi,cosa che in passato non era ritenuta possibile e non era considerata: il soggetto accedeva ad una mainframe, prendeva le informazioni che a lui servivano, usciva dal mainframe ma non aveva la possibilità di comunicare con altre elaboratori. Il personal computer invece, dotato delle Infrastrutture hardware e software e di una connessione di rete, dava la possibilità di poter dal computer A trasferire l'informazione al computer B e quindi mettere in comunicazione due esseri umani che magari si trovavano collocati ad una distanza di centinaia e centinaia di chilometri grazie ad uno strumento elettronico. Quindi l'idea del computer quale strumento personale, utile a quelle esigenze, nasce tendenzialmente dalla scelta degli utenti a voler poi utilizzare un proprio elaboratore per elaborare quelle che sono le informazioni ma allo stesso tempo nasce anche con la finalità di poter mettere agevolmente in comunicazione le persone fra di loro, senza dover giungere in un luogo terzo e quindi recarsi fisicamente ma accedendo comodamente dalla propria abitazione ad una serie di opportunità che la rete offriva in quel periodo (anni 80) e che dava poi la possibilità di mettere in comunicazione soggetti fra di loro e condividere fra loro esperienze e l'opportunità. I primi elaboratori e personal computer che sono stati utilizzati generalmente sono partiti per finalità di ricerca (il ricercatore ad esempio dell'università italiana aveva interessi a comunicare con il ricercatore presente in America per condividere delle informazioni, delle ricerche che erano stati dati dal collega americano) e quindi l'idea del personal computer nasce dalla possibilità di condividere fra più utenti Informazioni grazie ad uno strumento che, a differenza del mainframe, si trova all'interno della propria abitazione ed è costruito a uso dell'utente che ha deciso di acquistare quel determinato strumento Bisogna affrontare due modelli che si sono poi affermati nel corso dell'ultimo ventennio, in particolar modo il modello clientelare (client-server) ed un modello peer to peer, soffermandoci sulle differenze fra questi due modelli ma allo stesso modo i punti di forza di un modello a fronte di un altro, le finalità e gli usi che gli utenti ne hanno fatto. MODELLO CLIENTELARE ---> CLIENT-SERVER Il modello client-server è rappresentato dalla figura che vedete all'interno della slide e in questo modello si ha un rapporto che si viene a ingenerare all'interno della rete stessa dove il server rappresenta il soggetto che fornisce una serie di servizi ai vari clienti e i clienti sfruttano quei servizi in modo passivo, accettando le condizioni previste all'interno del server per usufruire di quel servizio. Nel mondo del web è possibile ritrovare tantissime ipotesi di sistema client-server in quanto esso è caratterizzato dal fatto che tutte le informazioni, tutti i dati e tutti i servizi sono contenuti all'interno del server (un esempio banale potrebbe essere proprio la connessione ad internet: si accede ad essa proprio grazie al sistema client-server, il cliente che è il nostro router o il singolo elaboratore accede e fa sì che il computer possa accedere ad un servizio e erogato da un server centrale). In un modello client-server potremmo unire servizi che possono essere poi erogati a pagamento ma che possono essere gratuiti (come l'utilizzo della posta elettronica: i tanti servizi di posta elettronica che utilizziamo possono essere degli strumenti gratuiti perché io che sono cliente accedo a Gmail, fornisco quelli che sono i miei dati manifesti il consenso al trattamento degli stessi e ho la possibilità di beneficiare di uno o più servizi che mi vengono forniti dalla rete stessa. La caratteristica quindi di questo sistema è che di fatto però il cliente non è un utente che partecipa attivamente a questa rete perché in realtà il sistema è r eticolare verso il centro perché tutti i vari clienti che orbitano intorno a quel server non hanno la possibilità di poter
finalità illecita nell’utilizzo dello strumento stesso sia allo stesso tempo per un problema di sovraccarico della rete. Il sovraccarico si realizza perché ogni nodo della rete, essendo cliente e servitore, può ricevere l'informazione e il dato dagli altri ma allo stesso tempo tutti gli altri utenti che partecipano alla rete hanno la possibilità di accedere all'elaboratore stesso e quindi si rallenta la rete stessa : se uno dei nodi della rete è un nodo debole in quanto ha una connessione lenta e difficile da raggiungere, rallenta l'intero sistema di nodi all'interno della rete oppure se uno di quei computer non è un computer tecnologicamente avanzato perché ha ancora un'infrastruttura hardware e software obsoleta si pone anche in quel caso il problema perché di fatto quel computer fornirà a un input ricevuto un output con un tempo molto più lungo rispetto agli altri e questo determina la difficoltà di comunicazione tra i nodi all’interno della rete. Siamo passati pertanto da un sistema quale quello clientelare dove il server dava una serie di attività è una serie di funzioni ad un sistema peer to peer dove l'utente dava la possibilità di poter essere più partecipativo all'interno della rete. Il sistema peer-to-peer nasce da un'esigenza: dalla voglia di condivisione delle informazioni da parte degli utenti. Non lo ipotizziamo solo nel caso della pirateria informatica (dove le persone magari scaricavano MP3 o film) ma ipotizziamolo anche per attività di ricerca, attività lavorative dove un utente aveva magari la necessità di condividere con un collega determinate informazioni bypassando il sistema del server e quindi creando un nodo o un collegamento diretto tra un elaboratore ed un altro al consentire la comunicazione delle informazioni tra quel nodo e l'altro. Purtroppo le difficoltà che il sistema peer to peer ha dovuto affrontare sono legate in parte al periodo in cui si è andato ad affrontare, intorno alla metà e fine degli anni ‘90, e quindi la difficoltà di mettere in comunicazione elaboratori fra di loro che di fatto avevano connessioni lente e allo stesso tempo l'utilizzo che poi ne è stato fatto ha portato tendenzialmente questo sistema ad essere pian piano abbandonato ritornare poi tendenzialmente ad un sistema nuovamente client-server dove l'utente paga Magari una fee di partecipazione per ricevere una serie di servizi. Tutti i servizi per vedere film on-line, tipo Netflix, Dazon e similari sono tutti strutturati con un sistema client-server cioè l'utente che si iscrive paga un mensile per accedere a tutti quelli che sono i film presenti all'interno di quel server, cosa che in passato non veniva realizzata e anzi,col sistema peer-to-peer si garantiva un sistema paritetico di contenuti, ma adesso con un sistema nuovamente clientelare con pagamento di fee mensili si dà la possibilità al singolo utente di poter accedere a quelle informazioni nuovamente su di un server che però ha una potenza di calcolo molto più grande. Quindi il passaggio che non abbiamo avuto è stato: client--server iniziale dove si regalano una serie di servizi, modello peer to peer garantendo una condivisione paritetica di contenuti e ritorno ad un modello client-server più avanzato dove la maggior parte dei server sviluppano siamo programmi o erogano servizi dietro il pagamento di un corrispettivo, una fee tendenzialmente mensile. CLOUD COMPUTING Quando parliamo di modello Cloud dobbiamo fare riferimento al fatto che la possibilità di realizzare architetture virtuali ha determinato negli ultimissimi anni una rinnovata tendenza verso la centralizzazione. Mentre negli anni ‘90 si era assistito allo snellimento delle
apparecchiature hardware, ossia la sostituzione dei macro calcolatori con i microcalcolatori, i primi anni del 2000 sono stati caratterizzati invece dal ritorno dei macro calcolatori nei centri di calcolo più avanzato. I nuovi macro calcolatori sono macchine di enorme potenza che sono in grado di sostituire decine di server di piccola o media taglia, i quali vengono visualizzati, ciò significa che i piccoli o medi server non esistono più come entità reali distinte, quindi macchinari elettronici fisici, ma hanno invece un'esistenza meramente virtuale che di fatto risulta dai processi eseguiti dal macro calcolatore. Quest'ultimo è in grado di simulare contemporaneamente il funzionamento dei molteplici microcalcolatori eseguendo tutti i programmi che sarebbero stati eseguiti da questi. Lo sviluppo delle tecnologie per la virtualizzazione e la migliorata velocità della rete hanno determinato un'evoluzione dei sistemi informatici, che va sotto il nome di cloud computing , quindi letteralmente elaborazione della nuvola. Con il termine nuvola si fa riferimento poi alle risorse informatiche disponibili su internet, risorse che nel loro insieme appaiono all'utente quali aspetti di una realtà unitaria, priva di dimensione fisica a cui egli può accedere ovunque si trovi. Nel modello del cloud computing l'utente rinuncia di fatto al possesso di proprie risorse hardware e software,al di là della strumentazione minima necessaria per accedere alla rete, ed accede invece alle infrastrutture hardware quali potenza di calcolo, spazio di memoria e alle applicazioni software acquisendole attraverso internet secondo i propri bisogni. Gli utenti evitano quindi di acquistare e mantenere apparecchiature che per loro sarebbero molto costose. VANTAGGI DEL CLOUD Nel modello del Cloud trova quindi piena applicazione l'idea del passaggio dalla proprietà ai diritti di accesso quale modello organizzativo e giuridico volto a governare l'utilizzo delle risorse. La fornitura di servizi di cloud è quindi concentrata in poche imprese che sono in grado però di offrire un'ampia gamma di funzioni ai propri clienti, grazie a grandi infrastrutture di calcolo distribuite. Gli utenti quindi non sanno dove siano collocati i sistemi che utilizzano, la scelta di voler utilizzare un fornitore di cloud è quindi proprio il risultato dell'attività di numerosi data center, ossia centri di elaborazione di dati, ciascuno dei quali può consistere in centinaia o migliaia di calcolatori, le cosiddette server farm (= fattorie di server). Oltre a poter fruire di specifiche applicazioni informatiche, gli utenti possono acquistare dal fornitore di servizi di Cloud spazi di memoria o addirittura computer virtuali. Nel primo caso l'utente acquista la disponibilità di una certa quantità di spazio di disco che risiederà su uno o più dei computer della nuvola nel quale registrare i propri dati,mentre nel secondo caso l'utente acquista un computer virtuale risultante dall'attività di uno o più server all'interno della nuvola da utilizzare per le proprie elaborazioni. L'utente potrà accedere ai propri dati o al proprio computer virtuale semplicemente collegandosi alla rete internet ovunque egli si trovi. PREOCCUPAZIONI DEL CLOUD Accanto ai notevoli vantaggi però non mancano le preoccupazioni collegate proprio alla diffusione del modello di Cloud.
- Innanzitutto il rischio dell' oligopolio , ossia la possibilità che poche imprese offrano questo tipo di servizi, in gran parte anche statunitensi, e quindi la difficoltà proprio di poter avere un una grande cerchia di soggetti che sfruttino questi servizi.
garantire un sistema più sicuro di conservazione delle informazioni elettroniche, di conservazione dei dati digitali e per far sì che questi dati possano essere fruiti facilmente ed agevolmente in qualunque parte del mondo, ovunque si trovi l'utente che ha deciso di attivare quelle credenziali. MODERNI CALCOLATORI La breve storia del moderno calcolatore, come abbiamo visto, è stata caratterizzata di fatto da uno sviluppo rapidissimo: nel giro di meno di 60 anni non solo si sono diffusi i calcolatori con estrema velocità (4/5 calcolatori che esistevano agli inizi degli anni cinquanta hanno oggi centinaia di milioni di successori) ma essi poi si sono ampliati enormemente, hanno ampliato le proprie capacità di elaborazione, sono venuti ad assumere forme sempre più differenziate poiché siamo passati dai grandi calcolatori ai microcalcolatori, i portatili, i palmari, i calcolatori inseriti all'interno di macchine di ogni tipo, tutti i calcolatori inseriti all'interno degli elettrodomestici e all'interno delle apparecchiature industriali. Nonostante questa rapida evoluzione, che ha portato dei cambiamenti radicali, le caratteristiche principali del calcolatore sono rimaste fondamentalmente immutate cosicché noi possiamo continuare a considerare in realtà tutti i calcolatori,passati e presenti, quali membri di una stessa specie, ossia il moderno calcolatore, e in quanto tali possiamo poi farli oggetto anche di una trattazione unitaria. CARATTERISTICHE PRINCIPALI Le caratteristiche principali del moderno calcolatore quindi le possiamo specificare in una serie di elementi da considerare:
- innanzitutto i calcolatori sono digitali, ossia elaborano informazioni, espressioni numeri e in particolar modo i numeri binari
- I calcolatori inoltre sono elettronici, ossia sfruttano il comportamento degli elettroni,cioè le particelle atomiche che ruotano attorno al nucleo dell'atomo, particelle che si spostano sui circuiti elettrici e che di fatto poi determinano la creazione di campi magnetici.
- I calcolatori sono programmabili cioè operano seguendo le indicazioni di programmi
- In particolar modo i calcolatori sono informatici cioè si esprimono in linguaggi comprensibili da parte del calcolatore,che non sono altro poi che algoritmi, ossia precise specificazioni delle elaborazioni da eseguire.
- Inoltre i calcolatori sono universali cioè ogni calcolatore è in grado di eseguire in linea di principio, ossia prescindendo quindi dalle limitazioni del tempo e della memoria di cui dispone, ogni tipologia di algoritmo. L’ERA DIGITALE Uno dei fenomeni più importanti e pervasivi del nostro tempo è proprio il passaggio dall'analogico al digitale. Si tratta questo di una trasformazione tecnologica che riguarda un po' tutti anche se molti ne hanno una consapevolezza limitata. Nel giro di pochi anni abbiamo di fatto abbandonato il giradischi analogico a favore dei lettori CD e successivamente poi dei DVD, abbiamo poi abbandonato la macchina fotografica analogica a favore della macchina fotografica digitale, stiamo via via abbandonando il telefono analogico a favore del telefono digitale e stiamo procedendo ad abbandonare sempre più la televisione analogica a favore di quella digitale. Questa tendenza poi ha di fatto dato luogo a numerose riflessioni tecnologiche, sociologiche e anche di natura un po' filosofiche. Alcuni
autori ad esempio hanno ravvisato nel trapasso dall'analogico al digitale il tratto distintivo della tecnologia, dell'economia ma allo stesso tempo anche della cultura all'interno della nostra epoca. DIFFERENZE TRA ANALOGICO E DIGITALE Dobbiamo quindi tenere in considerazione, non potendo qui ovviamente riprendere questioni di natura filosofica, analizzare in particolare modo proprio la differenza fondamentale tra le tecnologie analogiche e le tecnologie digitali. Confrontiamo ad esempio un vecchio registratore di cassette a nastro e un moderno masterizzatore CD. Il registratore è dotato di una testina che percorre il nastro realizzando poi su di esso una struttura fisica che possiamo definire traccia, le cui caratteristiche corrispondono proprio alle caratteristiche delle onde sonore riprodotte che sono rilevate proprio dal microfono o da una testina di lettura, la traccia quindi è analoga alle onde sonore. Possiamo difatti assumere che la traccia magnetizzata presenti oscillazioni più alte se il suono è più forte mentre il passaggio opposto si compie invece quando, a partire dalla traccia, si produce il suono corrispondente. In tal caso le onde magnetizzate sono quindi trasformate in onde sonore analogiche e la traccia analogica è quindi continua come di fatto il fenomeno rappresentato. Essa non procede per gradini ma si sviluppa senza soluzione di continuità. Il masterizzatore di cd registra invece il suono in una struttura che non assomiglia al fenomeno sonoro e quindi non va a mimare le caratteristiche ma il suono Nel digitale è espresso mediante una sequenza di numeri interi quindi, a partire da quei numeri, il lettore,anche poi con l'aiuto della riproduzione tramite le casse, riproduce il suono corrispondente. I valori registrati sono discreti, ciascuno di essi quindi rappresenta un preciso numero che differisce per un certo numero di unità per un determinato gradino dal numero successivo. Pertanto la registrazione su CD comporta la digitalizzazione, quindi la trasformazione di grandezze continue in quantità digitali, possiamo dire quindi i numeri interi distinti. Nella figura nella slide è possibile quindi vedere come un fenomeno fisico continuo,come ad esempio le onde sonore, possa avere una rappresentazione analogica o invece una rappresentazione discreta nella quale l'andamento continuo è sostituito da gradini (e quindi dai vari gradi) ciascuno dei quali è multiplo di un unità di misura denominata. Questi gradini possono essere rappresentati mediante numeri decimali: ogni numero di fatto indica l'altezza di un tratto orizzontale di lunghezza unitaria sulla linea sul disegno. Infine i numeri decimali possono poi essere sostituiti da numeri binari. La rappresentazione digitale sembra più imprecisa e rozza rispetto alla rappresentazione analogica: le differenze tra i punti che rientrano in uno stesso gradino spariscono, ad esempio i punti da 1 fino a 1,5 inclusi sono tutti abbassati al livello 1 mentre i punti tra 1, escluso e 2 vengono tutti innalzati al livello 2.Tuttavia è possibile rendere i gradini così piccoli da offrire una rappresentazione sufficientemente precisa per i fini che si vogliono perseguire così che, per esempio, l'uditore non è in grado di distinguere il suono prodotto sulla base della traccia analogica da quello prodotto sulla base della corrispondente traccia digitale; allo stesso modo quando un'immagine è raffigurata sullo schermo di un calcolatore ciò avviene mediante la combinazione di punti distinti, ciascuno dei quali ha un preciso colore come ad esempio nel quadro di un pittore. Tuttavia i punti sono così piccoli che il nostro occhio non è in grado di percepirli singolarmente ma siamo in grado solo di coglierne il risultato coloristico nella loro combinazione. VANTAGGI RAPPRESENTAZIONE DIGITALE
Un'unità periferica, o più semplicemente periferica, indica un qualsiasi dispositivo hardware di input o di output che fa parte di un sistema di elaborazione (generalmente, ma non esclusivamente, un computer) e che funziona sotto il controllo dell'unità di elaborazione centrale. Esistono in generale tre tipologie di periferiche:
- I dispositivi di input che interagiscono con l'utente o inviano i dati immessi al computer (come mouse, tastiere)
- I dispositivi di output che invece forniscono all'utente l’output generato dal computer stesso (come monitor e stampanti)
- I dispositivi input/output invece che sono in grado di svolgere entrambe le funzioni (come il touchscreen e il cd-rom). Ulteriore classificazione suddivide poi
- le periferiche interne, per esempio una stampante è un dispositivo esterno che viene collegato al computer mediante un cavo. Le periferiche interne sono collegate direttamente alla scheda madre e in tal senso sono definite come periferiche integrate
- le periferiche esterne, un'unità disco ottico come il cd-rom è tipicamente situata all'interno del computer Il concetto di unità periferica non implica il fatto che questi dispositivi non siano indispensabili per il funzionamento del computer (alcuni come una stampante possono essere collegati senza problemi mentre altri come il monitor svolgono di fatto un ruolo vitale). Le periferiche possono essere collegate agli altri componenti del computer tramite un cavo e una porta in modalità wireless e sono controllate dal sistema operativo per mezzo di un driver software ed un controller di periferica. Il driver invece è un programma che deve essere installato per consentire al sistema operativo e al computer di riconoscere e gestire la periferica nel sistema operativo, per esempio visualizzando correttamente le immagini sullo schermo. Le versioni più recenti dei sistemi operativi consentono di installare automaticamente le periferiche non appena vengono collegate mentre in passato l'installazione del driver richiedeva l'uso di un disco di installazione. Il controller è un chip quindi una scheda di espansione o un dispositivo autonomo che si interfaccia con la periferica per gestirne il funzionamento e la comunicazione con il bus del computer. Modulo 2 COMPUTER Un computer o calcolatore elettronico è un dispositivo che è in grado di eseguire automaticamente sequenze di operazioni aritmetiche o logiche. La capacità dei computer di eseguire set di operazioni generalizzate, che possiamo chiamare programmi , consente loro di svolgere un'ampia gamma di attività. La maggior parte dei computer moderni infatti basa il suo funzionamento sull’architettura di Von Neumann, descritta proprio nel 1945 dal matematico John Von Neumann sulla scorta di quanto teorizzato dalla macchina di Alan turing. un computer basato su questa architettura è detto anche modello di Von Neumann o computer a programma memorizzato. L’idea principale alla base di questa architettura è che il programma da eseguire richiede nella memoria del computer insieme ai dati sui quali il programma deve operare, lo schema quindi possiamo definire che è basato su cinque componenti fondamentali:
- La prima è l' unità di elaborazione centrale o CPU, che si divide a sua volta in:
- Unità Operativa , nella quale uno dei sottosistemi più rilevanti è l'unità aritmetica e logica
- Unità di controllo
- Le memorie che possono essere intese come memorie di lavoro o memorie principali, la cosiddetta Drum.
- Il terzo elemento invece è l' unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel computer per essere elaborati.
- Quarto elemento è l’ unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore
- Infine il quinto canale, il bass , ossia un canale che è in grado di collegare fra loro tutte le varie componenti. All'interno dell'Unità aritmetica e logica è presente poi un registro definito accumulatore che collega input e output grazie ad una speciale istruzione che carica una parola dalla memoria all’accumulatore e viceversa. Importante è sottolineare che tale architettura si distingue per la caratteristica di immagazzinare all'interno dell'unità di memoria sia i dati dei programmi in esecuzione che il codice di questi ultimi. HARDWARE E SOFTWARE Come abbiamo visto, i primi computer erano in grado quindi di svolgere una sola funzione, erano costruiti fisicamente per quello e il programma che doveva svolgere era integrato direttamente nella costruzione del sistema. Il risultato era che ogni computer aveva una destinazione specifica: se era stato costruito per fare somme e sottrazioni, non poteva invece essere utilizzato per gestire i dati di una rubrica o per scrivere dei testi. I computer attuali invece vanno oltre questo limite ed offrono una versatilità applicativa che poi consente di utilizzarli Ormai in ogni aspetto della nostra vita, dal lavoro al divertimento, e questo grazie al fatto che l'architettura è suddivisa in due parti, l'hardware è il software, che sono in grado di interagire fra loro. Tutti i componenti del computer rientrano in una di queste due categorie:
- L'hardware rappresenta l'aspetto fisico del computer, i componenti che di fatto possiamo toccare con mano.
- Il software invece è l'aspetto non fisico, la cosiddetta componente immateriale che permette all’hardware di compiere le operazioni volute dall'utente. Un modo sbrigativo per distinguere tra i 2 è che tutto ciò che vediamo quando il computer è spento rappresenta l'hardware, mentre tutto ciò che vediamo sullo schermo è di fatto generato dal software. L'hardware comprende varie componenti del computer come il monitor,la tastiera, CTU e senza di essi il computer non esisterebbe e il software non servirebbe a nulla. Il software invece è costituito da qualsiasi programma che si carica su un computer, come ad esempio il sistema operativo, un browser web, il driver. Il software è dunque l' insieme del codice che fornisce all'hardware del computer le istruzioni su come funzionare. Un computer senza software rimarrebbe una scatola con alimentatori, ventole, cavi e led incapace di svolgere qualsiasi funzione. Il software è quindi l’anima dell'hardware e trasforma un ammasso di ferraglia in una macchina che è in grado di compiere infinite operazioni. I due componenti hanno anche una vita diversa: ● L'hardware , una volta installato, raramente richiede modifiche in quanto è difficile che si guasta, Certamente con il tempo i componenti tendono ad usurarsi
