Elementi di informatica

INDICE

1. CENNI SULLA STORIA DELL'INFORMATICA............................................................................................... 8

Cos'è l'informatica...........................................................................................................................................8

Informazione............................................................................................................................................. 8

Rappresentazione dell'informazione......................................................................................................... 8

Elaboratore............................................................................................................................................... 8

Conservazione dell'informazione.............................................................................................................. 8

Cenni storici.................................................................................................................................................... 9

5000 anni fa.............................................................................................................................................. 9

Il 17º secolo...............................................................................................................................................9

Il 18º secolo...............................................................................................................................................9

Il 19º secolo...............................................................................................................................................9

Il 20° secolo............................................................................................................................................ 10

Alan Mathison Turing e la macchina di Turing.................................................................................. 10

I CALCOLATORI DI PRIMA GENERAZIONE (1940-1955)...............................................................11

I CALCOLATORI DI SECONDA GENERAZIONE (1956-1963)........................................................ 12

I CALCOLATORI DI TERZA GENERAZIONE (1964-1970).............................................................. 12

I CALCOLATORI DI QUARTA GENERAZIONE (1971 - OGGI)........................................................12

I CALCOLATORI DEL FUTURO E LA LEGGE DI MOORE..............................................................13

2. RAPPRESENTAZIONI DELLE INFORMAZIONI........................................................................................... 14

La codifica binaria......................................................................................................................................... 14

Numeri decimali............................................................................................................................................ 15

Numeri binari.................................................................................................................................................16

Numeri esadecimali...................................................................................................................................... 16

Conversioni tra codifiche...............................................................................................................................16

Codifica di caratteri....................................................................................................................................... 18

3. CENNI DI ARCHITETTURE DEI CALCOLATORI: HARDWARE..................................................................20

Hardware: il computer...................................................................................................................................20

Classificazione dei computer.................................................................................................................. 20

Schematizzazione di un computer: l'architettura di Von Neumann...............................................................20

Componenti principali di un computer...........................................................................................................21

La CPU (Central Processing Unit).......................................................................................................... 21

LA CONTROL UNIT..........................................................................................................................21

L'ARITHMETIC LOGIC UNIT (ALU)................................................................................................. 21

I REGISTRI....................................................................................................................................... 22

IN GENERALE….............................................................................................................................. 22

La memoria............................................................................................................................................. 23

LA STORAGE UNIT DELLA MEMORIA........................................................................................... 24

ESERCIZIO MODELLO.................................................................................................................... 25

Problematiche nell'architettura di Von Neumann.......................................................................................... 25

Il collo di bottiglia di Von Neumann......................................................................................................... 26

EVENTI ASINCRONI........................................................................................................................ 27

EVENTI ASINCRONI: ESEMPIO DI UN HDD.................................................................................. 27

Multitasking................................................................................................................................................... 28

1

Multitasking - Multiple core..................................................................................................................... 28

Multitasking - Cambio di thread.............................................................................................................. 29

Personal Computer....................................................................................................................................... 29

Processore....................................................................................................................................................30

Memorie centrali........................................................................................................................................... 30

La RAM................................................................................................................................................... 30

La ROM...................................................................................................................................................30

La cache................................................................................................................................................. 31

Memorie di massa.........................................................................................................................................31

Altri dispositivi............................................................................................................................................... 31

4. COMUNICAZIONE CON ALTRI DISPOSITIVI...............................................................................................33

Ruolo dei controller....................................................................................................................................... 33

Memory mapped I/O (Input/Output).............................................................................................................. 33

Port mapped I/O (PMIO)............................................................................................................................... 33

Handshaking................................................................................................................................................. 34

Mezzi di comunicazione più diffusi................................................................................................................34

Velocità di trasferimento dei dati................................................................................................................... 34

5. SOFTWARE DI BASE E SOFTWARE APPLICATIVO.................................................................................. 35

Sistemi operativi............................................................................................................................................35

Tipi di sistemi operativi............................................................................................................................36

Introduzione ai sistemi operativi..............................................................................................................37

Evoluzione dei sistemi operativi..............................................................................................................38

OS DI PRIMA GENERAZIONE.........................................................................................................38

OS DI SECONDA GENERAZIONE.................................................................................................. 38

OS DI TERZA GENERAZIONE........................................................................................................ 38

OS DI QUARTA GENERAZIONE......................................................................................................40

Funzionalità dei sistemi operativi - Scheduling....................................................................................... 41

Funzionalità dei sistemi operativi - Sharing della memoria.....................................................................41

Funzionalità dei sistemi operativi -Bootstrap.......................................................................................... 42

Funzionalità dei sistemi operativi -Gestione dei file................................................................................ 42

Funzionalità dei sistemi operativi -le interfacce...................................................................................... 44

Software di base........................................................................................................................................... 44

Software applicativo......................................................................................................................................45

I programmi applicativi.................................................................................................................................. 45

6. DEFINIZIONE DI ALGORITMO E PROGRAMMA.........................................................................................46

Applicazione..................................................................................................................................................46

Algoritmo.......................................................................................................................................................46

Requisiti degli algoritmi........................................................................................................................... 47

Curiosità: perché il sostantivo ricetta è sinonimo di algoritmo................................................................ 47

Algoritmi equivalenti................................................................................................................................48

Gli algoritmi sono identificati con delle funzioni...................................................................................... 48

Costrutti per la realizzazione di un programma strutturato..................................................................... 48

Algoritmi iterativi e ricorsivi..................................................................................................................... 49

Algoritmi di ricerca sequenziale.............................................................................................................. 49

Programma................................................................................................................................................... 50

Definizione.............................................................................................................................................. 50

Processo di sviluppo di un'applicazione..................................................................................................50

2

Algebra booleana..........................................................................................................................................50

L'operatore booleano AND......................................................................................................................51

L'operatore booleano OR........................................................................................................................51

L'operatore booleano NOT (o “NEGATION”).......................................................................................... 51

Le espressioni booleane......................................................................................................................... 52

UN ESEMPIO PRATICO...................................................................................................................52

7. LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE.......................................................................................................... 55

Applicazioni...................................................................................................................................................55

Linguaggio macchina.................................................................................................................................... 55

Linguaggi Assembly......................................................................................................................................56

Linguaggi di alto livello..................................................................................................................................57

Linguaggi naturali e linguaggi formali..................................................................................................... 57

High level programming languages........................................................................................................ 57

Esempi di linguaggio di alto livello.......................................................................................................... 57

Linguaggi imperativi e linguaggi a oggetti...............................................................................................58

Il codice sorgente, compilatori e interpreti.............................................................................................. 59

Software development tools....................................................................................................................60

8. LINGUAGGI DI MODELLAZIONE................................................................................................................. 61

Pseudocode.................................................................................................................................................. 61

Flow chart..................................................................................................................................................... 62

Simboli dei flow chart.............................................................................................................................. 63

Regole per un buon flow chart................................................................................................................ 63

Struttura delle decisioni...........................................................................................................................64

Struttura dei cicli..................................................................................................................................... 64

Esempi di flow chart................................................................................................................................66

Pseudocode VS flow chart............................................................................................................................66

Esempi di algoritmo...................................................................................................................................... 67

Algoritmi di Selection Sort.......................................................................................................................67

Algoritmi Bubble sort...............................................................................................................................67

Algoritmi Insertion Sort............................................................................................................................68

Altri tipi di algoritmi.................................................................................................................................. 68

9. BASI DI DATI..................................................................................................................................................70

Le strutture dati............................................................................................................................................. 70

Definizioni di dati e di contenitore........................................................................................................... 70

Strutture dati........................................................................................................................................... 70

Le strutture dati primitive.........................................................................................................................71

Le strutture dati non primitive..................................................................................................................71

ARRAY.............................................................................................................................................. 72

LISTE................................................................................................................................................ 72

ALBERI.................................................................