Riassunto esame Fondamenti di informatica, Prof. Cusano Claudio, libro consigliato Pensare in Python, Allen B. Downey

L'informatica che cos'è

Che cos'è | A cosa serve? L'informatica è la scienza che studia l'elaborazione delle informazioni e le sue applicazioni.

A cosa serve?

• Calcolo scientifico
• Commercio
• Banche dati
• Servizi
• Gestione di documenti
• Editoria
• Automazione
• Controllo di processi industriali
• Telecomunicazioni e telefonia
• Intrattenimento, cinema e videogames

Computer, programmi e algoritmi

Computer: macchina programmata per eseguire automaticamente sequenze di operazioni che elaborano informazioni.

Programmi: i computer eseguono programmi codificati in linguaggio macchina (ogni istruzione è una sequenza di bit). Sono poi stati ideati linguaggi di alto livello.

Algoritmi: procedimenti di calcolo per la risoluzione di un dato problema.

Python

Python è un linguaggio di programmazione di alto livello, general-purpose, open source e con potenti astrazioni. Python supporta due tipi di programmazione: imperativa e orientata agli oggetti.

• Caratteristiche: enfasi sulla leggibilità del codice, meno lavoro per il programmatore, ampio supporto dagli sviluppatori, programmi portabili su sistemi diversi.
• Viene usato per: servizi web, calcolo scientifico, analisi dati, intelligenza artificiale.
• È composto da: un compilatore che traduce il codice sorgente in bytecode e da una macchina virtuale che traduce il bytecode in linguaggio macchina.

Origine ed evoluzione del computer

• Pascalina (1652): somma e sottrazione, poco precisa, non ebbe successo.
• Difference engine (1849): somma, sottrazione, moltiplicazione e divisione. Complicata e sofisticata.
• Macchina tabulatrice (1890): per eseguire il censimento in America in circa 10 anni.
• Bombe (1940) e Z3 (1941): per decodificare i messaggi dei nemici e per preparare le tabelle per i calcoli balistici.
• ENIAC (1945): primo vero computer costituito da tubi a vuoto.
• EDVAC (1949): primo computer moderno. A differenza di ENIAC, la memoria era tramite nastro magnetico e i dati non si perdevano dopo lo spegnimento.
• UNIVAC (1951): primo computer commerciale.
• IBM system/360 (1964): le valvole termodinamiche vengono sostituite dai transistor. Erano mainframe, cioè un computer centrale a cui si collegano più postazioni.
• DEC PDP (1973): minicomputer basati su circuiti integrati per ridurre il consumo dei grandi computer. Erano più accessibili.
• PC IBM (1981): personal computer basati su microprocessore.
• Oggi: desktop, notebook, tablet, server, console, embedded, supercomputer, smartphone…

Componenti del computer

• Alimentatore: da cui escono i cavi che alimentano i dispositivi.
• Scheda madre: piastra principale che si collega agli altri elementi del sistema. Ospita una o più CPU.
• Processore (CPU, Central Processing Unit): è composto da silicio e contiene i transistor. Le caratteristiche sono l'architettura (x86, ARM, MIPS…), la dimensione della parola (16, 32 o 64 bit), il numero di core (più ce ne sono, più azioni riesce a fare), la frequenza di funzionamento (tra 2 e 6 GHz) e la memoria cache.
• RAM: Random Access Memory, è una memoria di tipo volatile, richiede l'alimentazione. Misura 8 GB.
• HDD: hard disk drive.
• SSD: solid state drive.
• Schede aggiuntive: GPU, sound card, scheda di rete…
• Memoria esterna: memoria flash, scheda SD.
• Periferiche: monitor, mouse, tastiera, stampante…

I bit

Il bit è una cifra binaria, che assume solo due valori:

• 0 e 1
• True e False
• On e Off

Si utilizza un sistema binario perché è più facile da costruire ed è più efficiente. L'algebra booleana è una formalizzazione della logica e i bit sono interpretati come valori di verità. Trova applicazione nella programmazione e nell'elettronica digitale.

Gli operatori booleani

• And (2 argomenti): entrambe le affermazioni devono essere verificate.
• Or (2 argomenti): la condizione è vera se almeno una delle due affermazioni è verificata.
• Not (1 argomento): devo verificare che il contrario sia giusto.
• XOr: operatore esclusivo XOR.

Porte logiche

Sono dispositivi che elaborano i bit. Per rappresentare i bit uso i circuiti:

• Relè elettromagnetici (1940): circuito aperto/chiuso.
• Tubi a vuoto (1940 – 1960): I generazione.
• Transistor (1965): II generazione.
• Circuiti integrati (1970): III generazione.
• Microprocessori (1980 - ): V generazione.

La legge di Moore: il numero di transistor su chip raddoppia ogni 2 anni.

Le codifiche binarie

Assegnare una sequenza di bit per distinguere due alternative. La codifica può essere a lunghezza fissa (sono le più usate) e a lunghezza variabile. I bit sono raggruppati in gruppi da 8 chiamati byte:

• Kilobyte (10²)
• Megabyte (10²)
• Gigabyte (10²)
• Terabyte (10²)