Appunti Informatica

Informatica appunti lezione 1 generali: concetti

1.0 Definizioni

Informatica = scienza che raccoglie, organizza, conserva e distribuisce le informazioni attraverso sistemi automatici di elaborazione dei dati (INFORmazione + autoMATICA).

Hardware = parte fisica dell’elaboratore, la parte meccanica, ottica, magnetica ed elettronica; tutto ciò che si può “toccare” all’interno di un computer.

Esempi:

• Mouse
• Tastiera
• Monitor
• Lettore cd
• Hard-disk
• Componenti del case (scheda grafica, scheda audio, …)

Software = parte logica dell’elaboratore, i programmi e le procedure necessarie per risolvere i problemi dell’utente/per gestire e far funzionare l’hardware.

Esempi:

• Sistema operativo
• Programmi di elaborazione testi
• Giochi

Tecnologia dell’informazione = IT, Information Technology; insieme di tutte le tecnologie coinvolte nell’elaborazione, la memorizzazione e l’utilizzo delle informazioni.

1.01 Classificazione dei computer (mainframe, PC, laptop, PDA)

Mainframe = calcolatori con elevatissima capacità di calcolo; a loro sono collegati centinaia di terminali con poca o nessuna capacità di calcolo, attraverso i quali gli operatori inviano al mainframe le elaborazioni da eseguire. Oggi sono sostituiti da una o più reti di personal computer (maggiore efficienza e flessibilità).

Personal computer = PC; computer progettati per uso personale; ad oggi il tipo più diffuso. Più potenti ed economici. Impiego negli uffici, nelle amministrazioni, nelle abitazioni private.

Laptop = notebook, computer portatili; computer compatti, leggeri e poco ingombranti. Stesse funzionalità (= capacità di calcolo) dei PC, ma più costosi. Autonomia di qualche ora (batteria incorporata).

Tablet = laptop particolari, dimensioni extra-compatte. Unico sistema di input è uno schermo controllato da penna e dita. Nome deriva dalla loro forma, simile a tavolette usate per la scrittura. Tastiera virtuale su schermo. Limitata inter-compatibilità e inter-operabilità con PC e limitata memoria di massa (HD).

• Primo iPad: Apple, 2010
• Differenziazione con sistema operativo

iOS = semplicità d’uso (iPad); sistema operativo prodotto da Apple.

Android = sistema operativo di Google; diverse versioni più o meno recenti; non tutti i dispositivi funzionano con quelle più nuove (ultima versione disponibile: Nougat).

• Produttori hanno adattato Android alle loro esigenze, modificandolo; il sistema operativo non è identico su tutti i dispositivi (soprattutto dal punto di vista estetico)

Esempi:

• Kindle Fire Amazon
• Kobo

Windows 10 = Microsoft; presente sia su tablet di Microsoft (Surface), sia su tablet di terze parti (tablet Acer).

PlayBook = Blackberry; tablet più serioso ma perfetto per le funzioni d’ufficio; in grado di conversare con gli smartphone di Blackberry.

• Tablet dotati di connettività mobile (reti telefoniche); possono utilizzare una SIM di un operatore telefonico per collegarsi a internet o effettuare/ricevere chiamate/SMS

Sono indipendenti, ma definito l’hardware la connettività rimane invariata; rubrica, calendario e altre funzioni devono essere aggiornate manualmente in caso di sostituzione del proprietario.

• Tablet dotati di sola connettività WI-FI

Aggiornamento delle connettività di rete, aggiornabilità del dispositivo (suddivisione per connettività dei tablet).

PDA = Personal Digital Assistant/palmari; computer di dimensioni ridotte; costo inferiore, ridotte capacità di calcolo e di memorizzazione. Ampio schermo sensibile al tatto.

1.02 Parti principali di un PC. I dispositivi e le periferiche

Scheda madre = scheda elettronica che ospita tutti gli altri componenti elettronici del PC (HD, memorie, CPU, BIOS, schede grafica, audio, …); “sistema stradale” all’interno del computer.

CPU = Central Processing Unit/processore; parte che esegue i calcoli; elabora ed esegue tutte le operazioni richieste dal PC; il “cervello”; dimensioni molto piccole (qualche centimetro quadrato); ha un dispositivo di raffreddamento per evitarne il surriscaldamento.

BIOS = Basic Input Output System; chip; componente che governa la procedura di avvio del computer.

Disco fisso = hard-disk; immagazzina dati in modo permanente, in modo da poterli reperire anche dopo lo spegnimento del PC. Memoria di massa volatile (secondaria), per distinguerla dalla (primaria) sulla quale vengono caricati dal calcolatore temporaneamente i processi (programmi in esecuzione) e i dati a essi relativi.

Memoria RAM = Random Access Memory; memoria di tipo volatile; i dati in essa contenuti vanno perduti appena il computer si spegne.

Memoria ROM = Read-Only Memory; memoria di sola lettura; memoria non volatile; viene scritta una volta sola dal costruttore e contiene informazioni necessarie all’avvio del sistema.

Porte → Pannello posteriore (USB, seriale parallela, di rete, fireware); consentono al computer di comunicare con dispositivi di I/O o con il web.

Dispositivi di input = periferiche che forniscono dati in ingresso dal computer.

Esempi:

• Tastiera
• Mouse
• Scanner
• Microfono

Dispositivi di output = periferiche che mostrano il risultato di un’elaborazione.

Esempi:

• Schermo
• Stampante

1.03 Principali fattori che influenzano le prestazioni di un computer

(= velocità nell’eseguire operazioni richieste)

Frequenza della CPU = > frequenza della CPU, > velocità del computer.

Dimensione della RAM = contiene i dati e i programmi convolti nell’elaborazione corrente; per poter essere elaborato un dato deve venire prima trasferito nella memoria RAM. Una RAM veloce e capiente rende il computer più rapido.

Numero di applicazioni in esecuzione contemporanea = > numero di applicazioni in esecuzione, > tempo necessario per terminare ogni singola elaborazione.

1.1 L’hardware: funzioni della CPU e misura delle prestazioni

Organizzazione → Macchina di Von Neumann; 4 elementi funzionali fondamentali → anni 40, Institute for Advanced Study (Princeton).

• CPU = unità centrale di elaborazione

Costituita da 3 parti (CU, control unit, unità di controllo + unità aritmetico-logica, arithmetic logic unit + registri).

CU: comanda ALU, stabilisce quali operazioni vanno eseguite.

ALU: esegue i calcoli, effettua operazioni logiche e i confronti richiesti.

Registri: celle di memoria contenute nella CPU; permettono alla CU di memorizzare temporaneamente alcune informazioni per l’elaborazione.

Velocità della CPU (frequenza): in costante aumento; misurata in MHz, 1 milione di operazioni al secondo (7 MegaHertz) o in GHz, un miliardo di operazioni al secondo (4 GigaHertz).

> prestazioni, > consumo di circuiti, > produzione di calore = alette di raffreddamento di dimensioni sempre maggiori → grave limite dei sistemi portatili.

Soluzione: no corsa alla velocità, ma aggregazione di due o più microprocessori di media velocità in un unico involucro; contenimento dei consumi, drastica riduzione della produzione di calore, potenza di elaborazione di più CPU.

Nascita di microprocessori come dual-core (2 CPU), quad-core (4 CPU), 8-core (8 CPU).

• Memoria centrale
• Bus di sistema
• Interfacce verso le periferiche

1.11 Misura della memoria di un computer

Unità di misura: bit, byte, KB (kilobyte), MB (megabyte), GB (gigabyte), TB (terabyte).

Bit = unità più piccola di informazione; valore 0-1.

Byte = sequenza di 8 Bit.

Altre unità di misura = multipli del byte.

• 1 KB = 1024 byte
• 1 MB = 1024 KB
• 1 GB = 1024 MB
• 1 TB = 1024 GB

1 carattere = 1 byte (verifica = scrivere un carattere nel blocco note, salvare e controllare le dimensioni del file creato).

1.12 Memoria centrale

CPU scambia informazioni solo con la memoria centrale; dimensioni limitate e volatile.

Struttura → sequenza di celle di memoria; ciascuna contiene una sequenza di bit (parola, word) di dimensioni variabili a seconda del tipo di calcolatore (8, 16, 32, 64 bit).

Capacità = massima quantità di bit memorizzabili (misurata in byte).

Dispositivi fisici:

• RAM = accesso casuale
• ROM = contenuti dati e programmi per inizializzare il sistema
• CACHE = memoria veloce ma costosa; dimensioni limitate, utile per memorizzare dati usati frequentemente
• PROM (Programmable ROM) = scrivibile solo una volta con particolari apparecchi (programmatori di ROM)
• EPROM (Erasable-programmable ROM) = cancellabile tramite raggi ultravioletti
• FIRMWARE = software memorizzato nelle ROM (codice micro-programmato)

1.13 Interfacce e bus di sistema

Interfacce = di ingresso e di uscita → collegamento tra l’elaboratore e le varie periferiche.

Bus di sistema = interconnette la CPU, la memoria centrale e le interfacce verso dispositivi periferici (I/O, memoria di massa, …); collega due unità funzionali alla volta (una trasmette, una riceve).

Trasferimento sotto il controllo della CPU.

Sistema di supporto costituito da più linee; viaggiano dati, indirizzi e comandi.

Distinzione:

• Bus dati (data bus) = bidirezionale; trasmette dati dati dalla memoria al registro dati o viceversa; dimensione bus (numero di bit) uguale alla dimensione della parola → trasferimento in parallelo di un intero dato; in caso contrario servono più trasferimenti.
• Bus indirizzi (address bus) = unidirezionale; trasmettere il contenuto del registro indirizzi alla memoria; selezione di una specifica cella per successive operazioni di lettura o scrittura.
• Bus comandi (command bus) = unidirezionale; esempi: comando di lettura o scrittura verso la memoria, comando di stampa verso una periferica (interfaccia), …

1.14 Principali periferiche di input di un computer

• Mouse a sfera/ottici
• Trackball → simile al mouse, dispositivo fisso con sfera mobile
• Tastiera
• Scanner di immagini o documenti cartacei → digitalizzazione
• Touchpad → stessa funzione del mouse nei computer portatili
• Penne ottiche → pressione sull’apposito tappetino lascia traccia sullo schermo del computer
• Joystick
• Macchina fotografica digitale
• Microfono

1.15 Principali periferiche di output

• Monitor = interazione con le applicazioni
• Plotter = tracciare su un foglio di carta punti e linee di vario spessore e colore
• Altoparlanti = casse

Alcuni dispositivi possono essere sia di input che di output.

Touchscreen → schermi interattivi; es. emettitrici automatiche di biglietti ferroviari.

1.16 Principali dispositivi di memoria secondaria

= memorie di massa; dispositivi di memoria caratterizzati da capacità di immagazzinamento molto elevata; le informazioni, i programmi e i dati nella RAM possono essere conservati permanentemente.

• Disco rigido (hard-disk) = memorizzazione di tutti i dati (sistema operativo, programmi, dati elaborati dall’utente); capacità molto elevata (centinaia di GB); si trova all’interno del computer generalmente, ma si possono trovare anche dischi esterni da collegare all’elaboratore (rimossi e trasportabili)
• Floppy disk = supporto di memorizzazione per trasferire dati da un computer all’altro; vantaggio economico e facili da trasportare; quantità di informazioni memorizzabile troppo limitata (3,5 pollici = 1,44 MB); per la lettura occorre inserirlo nell’apposito lettore (floppy drive)
• CD (compact disk) = disco a lettura ottica in grado di memorizzare dati e programmi; grandi quantità di informazioni (700 MB)

Esistono 3 tipologie di CD.

• CD-ROM → compact disk read only memory, non possono essere registrati dall’utente, ma solo letti
• CD-R → compact disk recordable, possono essere registrati una sola volta e letti
• CD-RW → compact disk re-writable, possono essere registrati e letti innumerevoli volte

DVD (digital versatile disk) = contiene minimo 4.7 GB e un massimo di 8.5 GB (6/12 CD-ROM); esistono diverse tipologie: scrivibili (una sola volta), riscrivibili e pre-registrati (non-scrivibili); può contenere audio, video o dati (es. sotto forma di programmi multimediali).

BD (Blu-ray disk) = recente evoluzione di CD e DVD; capacità di memorizzazione di 25 GB (dischi a singolo strato) o 50 GB (dischi a 2 strati).

• Zip disk → stesso aspetto del floppy, ma capacità di 100-700 MB
• Data-cartridge → cartucce a nastro magnetico per copie di backup di dischi fissi
• Nastri magnetici → registrazione di dati e programmi in modo sequenziale

Altre unità di memoria mobili (chiavi USB) vengono collegate al computer tramite porta USB (universal serial bus); forme e capacità variabili da 4 a 64 GB.

1.17 Formattazione di un disco

= rendere utilizzabile il disco e cancellare i dati contenuti al suo interno.

Viene creata la struttura (file system) per poter memorizzare i dati al suo interno.

Diverse tipologie di file system in base al sistema operativo utilizzato:

• exFAT e NTFS = Windows 10

Per formattare un’unità A (floppy) o E (hard-disk) → puntare il mouse sulla relativa icona, tasto destro e scelta del comando formatta.

1.2 Sistema operativo e software

1.21 Software di sistema e software applicativo

Software di sistema → pre-installato = sistema operativo dal costruttore del computer.

Gestione delle risorse dell’hardware, ne permette il funzionamento.

Software applicativo = risoluzione di problemi dell’utente.

Es: Word ed Excel.

Esistono più versioni dello stesso software per:

• Correzione di errori (bug) delle versioni precedenti
• Introduzione di nuove funzionalità

1.22 Principali funzioni di un sistema operativo e programmi applicativi più diffusi

• Gestione della CPU
• Inizio/fine della sessione di lavoro del calcolatore
• Gestione memoria
• Gestione periferiche di I/O
• Gestione file registrati sulla memoria di massa
• Gestione accessi

Programmi applicativi = elaboratori di testo (creazione, modificazione e formattazione testi), fogli elettronici (eseguire automaticamente calcoli e creare grafici), database (gestione di grandi quantità di dati), browser web (navigazione internet), programmi di desktop publishing (creazione di volantini, manifesti, biglietti e calendari), programmi di contabilità.

1.23 Graphical user interface (GUI)

= insieme degli elementi grafici del sistema operativo; compongono l’interfaccia grafica con la quale l’utente interagisce per svolgere varie funzioni.

Es. Windows → icone, finestre, menù.

1.24 Diverse fasi di sviluppo del software

Ciclo di vita del software = fasi che accompagnano il software durante la sua vita.

• Analisi → analisi e progettazione del problema da risolvere, delle esigenze dell’utente, delle risorse disponibili e sviluppo del progetto (costruzione algoritmo)
• Programmazione (o sviluppo) → scrittura del codice del software
• Test → testato il software realizzato e correzione di bug riscontrati
• Rilascio → consegna all’utente della versione definitiva

1.25 Algoritmi

Algoritmi = sequenza di istruzioni che può essere impiegata per rappresentare lo sviluppo di un processo qualsiasi, partendo da uno stadio iniziale (input) fino ad arrivare a uno stadio finale (output), tramite un insieme di istruzioni ben definiti.

Utilizzati → come metodologia per descrivere un’attività di elaborazione dei dati (es. calcolare il mcm di un insieme di numeri; ordinare parole o numeri seguendo un determinato criterio di ordine).

Istruzioni dell’algoritmo eseguite una sola volta o più volte (ciclo).

Un’istruzione può anche non essere eseguita → esecuzione subordinata al verificarsi di una specifica condizione.

{ } x = x x, ... , x x1, 2 i, n

Un insieme numerico di cui si vuole creare un algoritmo in grado di individuare il numero minore, min X.

Input: insieme di numeri X.

Output: numero minore tra quelli dell’insieme x = minXx.

Passo 1: 1 < = xx x x.

Passo 2: i = 1, …., n esegui: se allora: i 1 i 1 min X = x.

Passo 3: restituisci i x x.

Passo 2 = ciclo che assegna alla variabile (inizialmente pari a ), un i 1 nuovo valore ogni volta che la condizione “<” risulta verificata positivamente. Al termine del ciclo tale variabile sarà pari al numero più piccolo tra quelli dell’insieme X, e mediante il passo 3 all’algoritmo “pubblica” (restituisce) il risultato cercato.

Oltre al codice, un algoritmo può essere rappresentato da un diagramma (diagramma di flusso) costituito da figure geometriche unite da linee: seguendo il flusso delle linee in dipendenza delle risposte condizionali, risulta molto semplice seguire l’esecuzione dell’algoritmo.

Altro esempio (in pseudocodice).

• Passo 1 → poni contatore = 2
• Passo 2 → ripeti i passi da 3 a 5 fino che contatore > 15
• Passo 3 → poni quadrato pari a contatore x contatore
• Passo 4 → stampa i valori di contatore e quadrato
• Passo 5 → aggiungi 1 a contatore
• Passo 6 → stampa fine

Si desidera conoscere il valore finale assunto dalla variabile “contatore”.

Il c.d. ciclo for al Passo 2 ci dice che all’ultimo ciclo il contatore = 15, tanto vale considerare solo questo valore. Il passo 3 ci dice che all’ultimo ciclo la variabile quadrato assume il valore 15x15 = 225, informazione che però non è di interesse per il quesito finale, idem per l’istruzione al passo 4. Il passo 5, invece, ci dice che bisogna incrementare di un’unità il contatore anche se il ciclo è concluso, pertanto la risposta finale è che la variabile contatore, ad algoritmo concluso