Appunti di Informatica

Fondamenti di informatica

Informazione automatica

Informazione automatica, informatica. Altri sinonimi: informatics, informatique, information processing, electronic data processing, computer science, IT (information technology), ICT (information and communication technologies), insieme delle macchine (hardware) e dei programmi (software) per elaborare e trasmettere le informazioni.

L'informatica è l'insieme delle discipline e delle tecniche che hanno per obiettivi: la raccolta, l'organizzazione e il trattamento automatico delle informazioni mediante macchine, gli elaboratori, i procedimenti automatici speciali per la trasformazione delle informazioni.

Gottfried Leibnitz crea il sistema binario costituito a differenza di quello decimale dalle combinazioni di due sole cifre: 0 e 1. In termine inglese è informazione binaria, Binary Digit, BIT.

Intorno al 1804 il meccanico francese Joseph Marie Jacquard inventò un dispositivo che automatizzava i processi di orditura dei tessuti, è il primo esempio di registrazione delle istruzioni su un apposito cartoncino.

Il primo progetto di calcolatore numerico automatico meccanico è dovuto, intorno al 1833, al matematico inglese Charles Babbage che progettò la macchina analitica (analytical engine) per costruire tabelle.

Nel 1850 l'ingegnere Hermann Hollerith, adattò una particolare codifica per registrare dati su schede meccanografiche e per immetterli in macchine che potevano contabilizzare i dati registrati.

Alan Turing durante la seconda guerra mondiale decodificò ENIGMA (tedesca), partecipò al progetto Colossus, primo computer elettronico digitale programmabile. Fu arrestato e condannato a una severa pena. Si suicidò.

John von Neumann inventa la EDVAC (Electronic Discrete Variables Automatic Computer), prima macchina digitale programmabile tramite un software basata su quella che sarà definita architettura di von Neumann.

Algoritmi

Algoritmo = schema o procedimento sistematico di calcolo, cioè l'insieme ordinato delle fasi logiche che conducono alla soluzione di un problema, ovvero, di problemi di una stessa classe, trasformando i dati iniziali a disposizione.

Esempio: Ax + B = 0 se A è diverso 0 allora X = -B/A altrimenti è un'equazione impossibile. Esempio Ax + B = 0, 2x - 10 = 0, A = 2 è diverso da 0; A = 2 e B = -10 (foglio dati di ingresso). Leggi i valori associati ad A e B, scrivili nel foglio risultati intermedi. Moltiplica per -1 il valore associato a B e scrivilo affianco a C. Dividi il valore associato a C per il valore associato ad A e il risultato scrivilo affianco a X sul foglio risultati intermedi. Riporta il valore associato a X sul foglio dati di uscita.

Hardware e software

Hardware: la struttura fisica del calcolatore, costituita da componenti elettronici ed elettromeccanici.

Software: è l'insieme dei programmi che consentono all'hardware di svolgere dei compiti utili, istruzione o comando ogni singola operazione, programma di calcolo o semplicemente programma la successione delle istruzioni scritte in uno specifico linguaggio.

Codifica

La codifica è una legge di corrispondenza che associa ad ogni sequenza k di caratteri, o simboli, del testo originario, una sequenza di m bit nel testo codificato. Per codificare anche i caratteri e, in generale tutti i simboli utilizzati nella scrittura, sono stati creati appositi codici binari di conversione.

• ASCII (American Standard Code for Information Interchange) base (a sette bit) ed esteso (a otto bit)
• UNICODE (Universal Encoding) è un sistema di codifica che assegna un numero univoco ad ogni carattere usato per la scrittura di testi, in maniera indipendente dalla lingua, dalla piattaforma informatica e dal programma utilizzato.

Principali strutture dei dati

Ogni informazione è caratterizzabile mediante il “tipo, valore e attributo”. Definizioni: Tipo è l'insieme degli elementi su cui si effettua la scelta dell'informazione; valore è lo specifico elemento scelto dall'insieme Tipo; attributo (o variabile o categoria) è un nome mnemonico abbreviato del Tipo.

Ad esempio, Roma è un nome di città che ha per tipo “insieme dei nomi di città”, può avere come attributo “NOME-DI-CITTA” o semplicemente “CITTA”. Roma, Napoli, Milano sono dei possibili valori. Un numero intero ha per tipo “insieme dei numeri interi”, attributo “INTERO” e per valore uno specifico numero ad es. 45 o 3543.

Dati privi di organizzazione

Ai fini di una qualsiasi elaborazione, i dati devono essere organizzati e classificati. Si definiscono:

• Dati semplici o elementari: dati costituiti solo da cifre o numeri o caratteri dell'alfabeto.
• Dati aggregati: dati costituiti da più dati elementari.

Ad esempio sono aggregati di dati elementari un insieme di lettere (ad es. BUCCI) un insieme di cifre (ad es. 876543 o 081) etc.

Dati strutturati

Si definiscono: dati strutturati i dati costituiti da dati elementari aventi una struttura o modello o schema di aggregazione. Ad esempio sono strutturati i dati organizzati secondo lo schema: Cognome, nome; Prefisso telefonico, numero di telefono. Sono, altresì, strutturati, perché rispettano precisi schemi, le strutture di dati dette vettori e matrici.

Tra i dati elementari si definiscono il:

• Tipo reale: 3,14
• Tipo intero: 134
• Tipo carattere: A B
• Tipo booleano: 0 1

Il tipo reale è un sottoinsieme finito dell'insieme dei numeri reali. Le operazioni su numeri di tipo reale producono come risultato un numero di tipo reale.

Il tipo intero è un sottoinsieme finito dell'insieme dei numeri interi. Su elementi di questo tipo si possono eseguire le quattro operazioni aritmetiche purché il risultato sia ancora un numero intero ed appartenga all'intervallo di definizione.

Si definisce tipo carattere l'insieme dei simboli usati per la scrittura tradizionale mediante mezzi meccanici e cioè è formato da tutto il set di caratteri dell'alfabeto inglese esteso ai simboli delle cifre e dei segni speciali: A,B,C,..., Z 0, 1, 2,...9,?,',^,*,...

Il tipo booleano è un insieme i cui elementi sono valori booleani: (VERO, FALSO), spesso indicati in inglese con (T, F); (SI e NO); (1 e 0). Su dati di tipo booleano si possono effettuare delle operazioni booleane o logiche che vengono chiarite di seguito.

Algebra di Boole

L'algebra booleana, dal nome del matematico inglese George Boole, fa ricorso a notazioni algebriche convenzionali per rappresentare relazioni di tipo logico come se fossero relazioni di tipo matematico. Boole considerò un insieme I costituito da solo due elementi (1 e 0) e definì le seguenti operazioni: somma logica, prodotto logico e negazione. L'insieme I con le tre operazioni logiche costituisce l'Algebra rudimentale di Boole.

Tale struttura algebrica fu adottata per lo studio della logica delle proposizioni e solo molti anni dopo, nel 1936, Shannon propose di applicarla alle reti di interruttori ed ai circuiti a relé perché caratterizzati da solo due stati di funzionamento (aperto, chiuso).

Nelle tabelle seguenti sono elencate le tre operazioni logiche fondamentali su valori booleani (0,1) e (V,F). Si definisce valore booleano un valore di un insieme di elementi binari (0,1) o (V,F) o (Vero, Falso) etc.

Applicazioni dell'algebra di Boole

Le principali applicazioni dell'Algebra di Boole sono:

• La Logica delle proposizioni perché è possibile associare ad ogni proposizione una condizione di verità o falsità
• Le Reti di interruttori ed ai circuiti a relé perché caratterizzati da due stati di funzionamento (aperto, chiuso). Infatti, associando ad un interruttore aperto il valore 0 e, ad un interruttore chiuso il valore 1, si possono realizzare operazioni logiche booleane utilizzando insiemi di interruttori collegati in serie o in parallelo.

Dati strutturati

I dati strutturati sono un insieme di dati elementari aventi tra loro un legame o una relazione. Spesso tali dati sono descritti mediante un grafo. Se nei nodi sono riportati gli attributi il grafo prende il nome di schema; se nei nodi sono, invece, riportati i valori assunti dalle rispettive variabili (attributi).