Appunti di ICT e società dell'informazione

Ict e società dell'informazione

Prof. Roberto Bernazzani

"Studia il passato se vuoi prevedere il futuro" (Confucio)

«Verrà un giorno, e non è molto lontano, in cui potremo concludere affari, studiare, conoscere il mondo e le sue culture, assistere a importanti spettacoli, stringere amicizie, visitare i negozi del quartiere e mostrare fotografie a parenti lontani, tutto senza muoverci dalla scrivania o dalla poltrona» (Bill Gates)

Lucia Majdancic
Università Cattolica del Sacro Cuore

Capitolo 1 – Storia dell'informatica

I primi fondamenti teorici nascono nel III sec. A.C. con Euclide: quest’ultimo crea l’elemento per calcolare il massimo comune denominatore (MCD). Senza volere, è stato il primo a creare il concetto di programma (o applicazione nei termini di oggi), un insieme di passi che devono essere svolti in sequenza. Tutte le applicazioni scaricate sono basate su questo principio, concetto di sequenze di azioni che devono essere svolte.

Passano anni e c’è un matematico persiano, al-Khwarizmi, che visse nell'800: inventò il concetto di algoritmo (il metodo a passi per risolvere un problema).

Nel 1834 Sir Charles Babbage, matematico e filosofo inglese, ha inventato la prima macchina per essere una buona calcolatrice (quello che oggi sarebbe un computer). Joseph Henry, un fisico americano, realizzò il relè, un dispositivo che permette di aprire e chiudere un circuito: questo permette di studiare la matematica binaria (1 e 0), grazie anche a George Boole. Boole ha inventato un’algebra che utilizza due numeri 1 e 0, e questa algebra poteva essere insegnata alle macchine, accoppiandosi al relè.

Nel 1888, William Burroughs costruì una macchina calcolatrice per semplificare il lavoro contabile. Nel 1929, Zworykin inventò il monitor, il tubo catodico migliorato che chiamò cinescopio. Il primo vero computer è stato di Alan Turing: la Macchina di Turing, una macchina con una potenza in grado di decifrare la teoria degli algoritmi e della computabilità. Nel 1941 venne costruita la Z3, il primo computer commerciale. La Macchina di Turing è stata finanziata dalla guerra, perciò "impulso della guerra".

Comincia la commercializzazione del computer grazie all’IBM (esistente ancora oggi): nasce come primo grande produttore di computer, attiva dal 1888. Nel 1948 venne costruito il SSEC (Selective Sequence Electronic Calculator), un grandissimo computer che solo le grandissime aziende si possono permettere perché costava tantissimo e ci mettevano tanto a costruire un pc (parliamo anche di 1 mese per un computer, mentre oggi si producono anche 2000 computer in un giorno).

Gli anni ’60 sono gli anni in cui nasce l’acronimo ICT (Information and Communication Technology), si parla della comunicazione in rete, ovvero far parlare i computer in rete fra di loro (da qua nasce anche la rete). Gli anni ’70 sono gli anni di informatica di massa, l’informatica si diffonde, e alcune aziende capiscono che c’è un mercato potenziale sia nell'Hardware e nel Software (nacque pertanto l’industria del software). Nel 1974 nasce l’Intel, grande produttore di processori (CPU: Central Processing Unit) e AMD (un’altra industria di processore). Negli anni ’70 nascono quindi le industrie del software, per esempio nel 1975 la Microsoft, nel 1976 l’Apple.

Gli anni ’80 inizia l’era del PC, prima c’erano solo computer aziendali, ora i computer entrano nelle case dei cittadini. Nel 1984 Apple mette il suo primo personale computer MAC a casa. Nel 1990 l’anno della discontinuità rispetto al passato perché escono i primi personal computer, su cui è montato il sistema operativo di Microsoft cioè Windows 3.1: è una versione storica perché è la prima versione ad interfaccia grafica, cioè un sistema di icone e il mouse.

Nel 1991 Tim Berners-Lee inventa il World Wide Web (la rete di internet), sulle basi tecnologiche di Arpanet, la rete finanziata dal Dipartimento della Difesa Americano nel 1969. Nel 1995 inizia l’era di internet. Nello stesso anno nasce la libreria online Amazon, fondata da Jeff Bezos. Nel 2001 lancia Amazon Marketplace. Nel 1998 nasce Google, il motore di ricerca. Dagli anni 2000 nascono i social media (le “gig-internet”, le “milestone”) come Facebook, Linkedin, Instagram, Twitter, Whatsapp, Telegram.

Capitolo 2 – Le infrastrutture informatiche

La definizione di IT: Information Technology tecnologie che servono per produrre ed elaborare l’informazione.
La definizione ICT: Information and Communication Technology amplia il concetto di IT, introducendo anche le tecnologie di comunicazione.

Dato e informazione non sono la stessa cosa! Dato è una rappresentazione oggettiva, un dato di fatto e non interpretata della realtà immediatamente presente alla conoscenza. Informazione è un dato elaborato, un dato sottoposto a forma di elaborazione (di tipo matematico oppure lo arricchisco di altri dati). IT si occupa di prendere i dati, elaborarli e trasformarli in informazione, che sono alla base per prendere decisioni. Le aziende creano all’interno un sistema informativo, un sistema di componenti tecnologici adibiti a elaborare, memorizzare e trasmettere i dati. Il sistema informativo esisteva anche nell’Ottocento, le aziende e i negozi avevano ognuno il proprio sistema informativo per prendere le decisioni (magari sulla base delle vendite e sulla previsionale). Il sistema informatico è quella parte del sistema informativo legato all’infrastruttura tecnologica che serve per elaborare, memorizzare e trasmettere informazioni. Il sistema informatico per funzionare ha bisogno delle persone (gli economisti li chiamano come risorse umane) e delle regole. Il sistema informativo non si compra ma bisogna costruirlo.

L’architettura dei sistemi informativi si occupa di spiegare come si crea un buon sistema informativo. L’architettura è una disciplina che ha come scopo l’organizzazione dello spazio a qualsiasi scala. La disciplina architettura ha elaborato una serie di modelli: un modello è un qualcosa a cui ispirarsi; pertanto, esistono dei modelli dei sistemi informativi. Il modello famoso (framework) più ispirato è quello di Zachman, che ha elaborato una metodologia per strutturare il sistema informativo. Il modello di Zachman si può definirlo come una matrice di righe e di colonne (cosa, come, dove, chi, quando, perché): è una sorta di piramide aziendale, suddivisa in diversi strati (tanti operai in basso, pochi manager in alto).

Il sistema informativo si compone di quattro componenti:

• Hardware (parte tangibile che possiamo toccare);
• Software (parte intangibile che non possiamo toccare);
• Dati;
• Reti (che ci permettono di far comunicare tanti computer).

Il sistema binario e la codifica delle informazioni

Per identificare il dispositivo si usa il termine “elaboratore”: con questo termine sto racchiudendo tutti i dispositivi (pc, smartphone, smartouch, etc…). Boole ha teorizzato che si poteva creare un sistema binario con due numeri (0 e 1). Il nostro elaborato è in grado, infatti, di riconoscere solo i due numeri. La corrente passa o non passa attraverso queste due cifre: l’interfaccia che vediamo è una lunghissima sequenza di miliardi di 1 e di 0.

È stato ideato un sistema che prende nome di ASCII, che codifica/rappresenta con 8 bit tutte le lettere dell’alfabeto (per rappresentare una lettera servono 8 bit, unità di misura di byte). L’ASCII si è resa conto che la tastiera era fatta di una serie di simboli, oltre le lettere dell’alfabeto, quindi 8 bit non erano sufficienti. Dagli anni 60 è stata fatta un’evoluzione in Unicode: da 8 bit a 16 bit, oggi siamo in grado di rappresentare le lettere accentate o simboli con 16 bit.

Le componenti di un computer

L’unità centrale è composta da una serie di elementi:

• Case è il componente esterno.
• Scheda madre: è un pezzo di silicio al quale si collegano (o saldate) tutti gli altri componenti; è fatto di silicio perché è il materiale ad alta connettività (realizzato con la sabbia).
• CPU (Central Processing Unit): è il “cervello” del computer, è un microprocessore.
• Memoria di massa (disco fisso): salvano e memorizzano i dati.
• Memoria centrale.

Questi elementi sono collegati secondo uno schema di Von Neumann (realizzata negli anni Cinquanta e valido tuttora): abbiamo una unità centrale (CPU), una memoria di massa dove andare a salvare i dati, e una serie di periferiche di input e di output. Le periferiche di input entrano nell’unità centrale, elaborati e salvati temporaneamente nella memoria di massa, e poi escono nelle periferiche di output. Von Neumann modellizzò lo schema logico di funzionamento di un computer, tuttora valido sebbene sia nato a cavallo degli anni 40 e 50:

La CPU è un microprocessore composto da tre elementi:

• ALU (unità aritmetica logica): è la componente che si occupa di fare i calcoli, aritmetiche e logiche;
• Unità di controllo: è la “centrale operativa”, quella che si occupa da e verso la ALU.
• Memoria centrale: conserva i dati trasferiti da e verso la ALU.

Essa è composta da tre tipologie: RAM, CMOS, ROM.

• RAM (Random Access Memory): memorizza temporaneamente i dati in entrata e in uscita. È una memoria di tipo “volatile”, cioè quando spegniamo il computer la memoria RAM viene svuotata.
• CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor): è un’area di memoria microscopico che contiene la lista delle operazioni da fare al momento del riavvio.
• ROM (Read Only Memory): è un’area di memoria piccolo all’interno della quale sono memorizzati dei dati che solo lo stesso computer può leggere, l’utente non ci può scrivere dentro. C’è il comando boot-loader (=riavvio del pc). La CMOS controlla le operazioni che il computer svolge durante il riavvio del pc.

Il BUS sono le connessioni tra le componenti nel quale i dati “viaggiano” tra uno e l’altro.

La memoria di massa (o secondarie): memorie di grandi capacità di archiviazione e stabili, memorizza le informazioni dietro comando dell’utente (un disco fisso). Tra le memorie citate includiamo anche il cloud.

La capacità di archiviazione – la scala delle dimensioni

Ordine di grandezza delle memorie RAM (multipli di GB).

• Ordine di grandezza delle memorie di massa dei PC (da 0,5TB a multipli di TB).
• Ordine di grandezza della capacità di un data center di una grande azienda.
• Ordine di grandezza della capacità di un data center di una gig-internet company.
• Ordine di grandezza dei dati che circolano annualmente su internet.

Le periferiche di input e di output

Le periferiche di input (tastiera, mouse, telecamera, scanner, touchscreen, microfoni) “portano” i dati dall’utente verso la ALU (acquisiscono immagine e digitalizzano).

Le periferiche di output (monitor, stampante, casse, proiettori, sintetizzatori vocali) “mostrano” all’utente i dati che ha richiesto. La qualità dello schermo/videoterminale dipende da quattro fattori: dimensione (inch), risoluzione (pixel), frequenza di refresh (Herzt), gamma di colore (bit). I videoterminali sono volatili.

Gli stampanti esistono di diversi tipi: stampante ad aghi (sono lente; qualità di stampa bassa, questa stampante è usata da settori che usano grande quantità di carte), stampante a laser (affiancano le stampanti a getto d’inchiostro, e funzionano con reazioni chimiche che sono i toner, e sono ancora più veloci e qualità ancora migliore, però costano molto), stampanti termiche (simili a laser, non fa uso di toner, la più economica però bassissima qualità, durano molto nel tempo) e stampanti a getto d’inchiostro (inkjet in inglese, più veloce e qualità di stampa migliore, economiche), stampanti multifunzione (stampante che stampa, fotocopia, scanner, fax), stampante 3D (materiali pna/plastico, alimentari; crea prototipazione, creare prototipi), stampante offset.

Il fattore principale della qualità della stampante è misurato in DPI (dot per inch=punto per pollice, il pollice è l’unità di misura americana per i cm italiani), il valore alto equivale alla qualità “alta” della stampante (immagine più definita e precisa), oggi i valori massimi sono 300dpi o 600dpi, valore basso uguale scarsa qualità. L’altro fattore della qualità è la velocità della stampa.

Le componenti di una rete

I computer nascono indipendenti tra loro. Negli anni Settanta si è posta la domanda: se collegassimo i computer tra loro? Oggi ci poniamo perché è stato fatto? Principalmente chi ha messo in rete il circuito dei pc, l’ha fatto per la comunicazione (quindi far comunicare i computer tra loro) e per la condivisione dei file e dati tra i computer.

Per creare una rete servono almeno due laboratori/dispositivi; un mezzo trasmissivo (quello che serve a far transitare i dati in modo cablato o wireless), uno o più HUB o SWITCH, un ROUTER, un MODEM,

Mezzi trasmissivi cablati a grandi distanze

• Telefonico (o doppino telefonico): basso costo e presente ovunque; nato per dare Voce e non per Dati.
• Coassiale: il cavo dell’antenna della televisione, gli Stati Uniti hanno usato questo cavo per la connessione internet, in Europa non è mai stato usato;
• Fibra ottica: è l’evoluzione del cavo del telefono, permette di attraversare un tubo di vetro (all’interno di guaina protettiva), attraverso i quali i dati vanno come impulsi luminosi, ad altissima velocità, però più costosa.
• USB (Universal Serial Bus): protocollo per brevi distanze, modo comune per collegare via cablato.

Mezzi trasmissivi Wireless

• Onde radio (Wi-Fi): antenna che fa broadcasting del Wi-Fi avvantaggia la mobilità.
• Bluetooth: collegamento/mettere in comunicazione due device (a breve distanza): un computer e una tastiera wireless;

L’HUB (USB): in poche parole l’adattatore, che permette di collegare più periferiche cablate. Un HUB riceve un segnale da un computer e lo ritrasmette agli altri dispositivi collegati (viene chiamato anche come “concentratore”).

Lo SWITCH è un HUB più “intelligente”, indirizza il segnale solo agli interessati.

Un MODEM: acronimo di MOdulatore/DEModulatore serve per poter usare le linee di trasmissione (analogiche) per far transitare i segnali che sono invece digitali.

Un ROUTER è un dispositivo per gestire le comunicazioni fra i computer: per comunicare serve definire un protocollo, un insieme di regole di comunicazione. Se i protocolli sono diversi, e non si riesce a risolvere il problema, la comunicazione salta, oppure si mette il router in mezzo e fa da “traduttore” e aiuta a portare avanti la conversazione in diversi protocolli. Indirettamente dal protocollo che uso nel computer, in internet esiste il protocollo generale TCP/IP.

Il fondatore del ROUTER ha avuto questa idea perché voleva collegare le piccole reti (LAN) in una dimensione vasta (WAN).

Un MODEM (acronimo di MOdulatore e DEMoluatore), serve per poter usare i mezzi di trasmissione (cablati, quindi il doppino) per far transitare i segnali che sono digitali (modulazione da Voce a Dati, demodulazione da Dati a Voce oppure modulazione da bit a frequenza, demodulazione da frequenza a bit, modulazione da digitale ad analogico, demodulazione da analogico a digitale). Con la fibra ottica non esiste il modem, solo il router (lo stesso scatolotto).

Le infrastrutture di rete

Esiste una classificazione di reti in base alla loro dimensione:

• BAN (Body Area Network): estensione a livello di corpo, la rete che viene a crearsi tra il cellulare e gli auricolari, che sia wireless o via cavo, il watch, il touch.
• PAN (Personal Area Network): la rete intorno a noi con raggio d’azione di una persona, di pochi metri, dispositivi wireless (cassa, tastiera, mouse).
• LAN (Local Area Network): reti locali che occupano un’area definita, ufficio, casa, università.
• MAN (Metropolitan Area Network): le reti che coprono una città, un paese.
• WAN (Wide Area Network): ampia area, tipologie di reti più grandi, copre tutto il globo.

Ancora oggi non siamo ancora in grado di trasmettere i dati a lunghe distanze: ci sono i cavi ancora.

Le prestazioni delle reti

Come si misurano le prestazioni di una rete? In quanto mezzo trasmissivo, è semplice: si fa misurando la sua velocità. La velocità si esprime quanti dati è in grado di trasmettere nell’unità di tempo.