Informatica generale

Capitolo 1: l'informatica oggi, una panoramica

Informatica: definizione

Con il termine informatica si indica l'insieme dei processi e delle tecnologie che rendono possibile la creazione, la raccolta, l'elaborazione, l'immagazzinamento e la trasmissione dell'informazione con metodi e strumenti automatici e tecnologicamente avanzati. Quindi è la disciplina che riguarda tutto ciò che concerne il processo delle informazioni in maniera automatica.

I dati non sono informazioni; possono essere una cifra, una stringa o un suono. Dopo che il dato viene elaborato diventa informazione, che può essere una lettera, una tabella ecc.

Si pensi ai voti scolastici. Considerati separatamente non sono molto indicativi: un compito potrebbe essere andato male perché non si era preparati per quel determinato giorno. In un anno si hanno voti variabili, ognuno dei quali è paragonato a un dato. Dopo che passa un anno (elaborazione), questi dati vengono trasformati in informazioni utili che attestano il livello di conoscenza generale raggiunto in una determinata materia.

Le informazioni possono essere rielaborate successivamente per utilizzarle, ad esempio, in combinazione con altre, come dati di un nuovo processo di elaborazione. Ad esempio, riguardo i voti, dalla media dei risultati ottenuti nei vari corsi si può ricavare la propria media generale. Queste medie generali possono poi essere usate per ricavare una tabella generale.

Dato e informazione

Dato: è un elemento direttamente presente alla conoscenza. È autoreferenziale, cioè non ha bisogno di essere spiegato. Sono la materia prima del trattamento dell'informazione; un computer può elaborare dati di ogni genere, da lettere a numeri, chiamati dati semplici, a suoni e filmati, chiamati dati complessi.

Informazione: rappresenta il dato all'interno di un contesto in modo da definirne un significato.

Esempio

Il numero 3 come dato non ha bisogno di spiegazioni. Se il numero 3 risponde alla domanda “quanti fratelli hai” allora il dato 3 assume un significato, che inserito in un determinato contesto diventa un'informazione.

Hardware e software

Le tecnologie informatiche sono sistemi caratterizzati da due livelli che si integrano e completano a vicenda: l'hardware e il software.

• Hardware: è la parte del computer che puoi prendere a calci. Indica la struttura fisica dei dispositivi o delle macchine informatiche, costituita da componenti elettronici che svolgono specifiche funzioni nel trattamento e nella trasmissione dell'informazione. Per hardware non si intende solo il computer e i suoi componenti ma anche gli elementi che collegano tra loro i sistemi informativi come, ad esempio, i cavi telefonici o le antenne.
• Software: è quella contro cui puoi solo imprecare. Si intende il livello logico, cioè l'insieme delle istruzioni che consentono all'hardware di svolgere i propri compiti.

Il ciclo di elaborazione dell'informazione

L'elaborazione dei dati è soltanto una fase che fa parte di un ciclo per elaborare le informazioni. Il ciclo comprende 5 fasi:

• Input: la fase di input consiste nell'immissione di dati nel computer. I dispositivi di input più comuni sono la tastiera, lo scanner, i mouse, il microfono e la telecamera. I dati da inserire possono essere testi, numeri, immagini o suoni.
• Elaborazione: una volta inseriti nel computer, i dati possono essere elaborati; per esempio, si può paragonare, classificare o sommare numeri, formattare un testo o creare immagini e suoni.
• Output: l'uscita dei dati per vedere (o ascoltare) il risultato dell'elaborazione sono necessari dei dispositivi di output, come lo schermo, la stampante e gli altoparlanti. Le informazioni ottenute possono anche essere sottoposte a un'ulteriore elaborazione, per esempio per integrare i suoni e le immagini in una presentazione multimediale.
• Memorizzazione: i dati e i programmi al momento non utilizzati vengono memorizzati su appositi nastri o dischi in modo da poter essere recuperati in qualsiasi momento.
• Distribuzione: i dati possono essere stampati e distribuiti, oppure trasmessi direttamente da un computer all'altro; un esempio è l'invio di documenti come allegati della posta elettronica o attraverso un sito web.

Che cos'è un computer

Il computer può essere definito un elaboratore elettronico digitale. È una macchina in grado di rappresentare ed elaborare dati in base a una serie di istruzioni, ovvero un programma, formulate e memorizzate in modo tale da poter essere eseguite automaticamente.

Elaboratore: indica che il computer utilizza componenti elettronici per elaborare le informazioni.

Elettronico: indica che il computer elabora e memorizza informazioni rappresentate mediante i due simboli o cifre (digit) della numerazione binaria; ovvero 0 e 1.

Il computer è un automa capace di eseguire istruzioni, che rappresentano comandi in modo sequenziale e logico.

Che cos'è un sistema

Un sistema è un insieme di parti correlate tra loro che operano in maniera congiunta per svolgere una specifica funzione. Un esempio è l'organismo umano, costituito dal cuore, dai vasi sanguigni, dai polmoni, ecc.

I sistemi informativi sono costituiti da componenti. A seconda del punto di vista, uno stesso elemento può essere considerato un sistema o un componente.

Sistema operativo e applicazioni

È il software, cioè una sequenza di istruzioni molto precise e dettagliate, che permette al computer di eseguire i compiti che gli sono stati assegnati. I software si dividono in due categorie:

• Il sistema operativo: come Microsoft, MacOS, Linux, Android, permette di gestire le risorse hardware del computer e di installare ed eseguire i programmi applicativi che consentono all'elaboratore di svolgere le proprie funzioni.
• I programmi applicativi: svolgono numerose operazioni, come la stesura di un documento (Word), l'accesso a un sito web ecc.

Concetto di algoritmo

È un insieme di regole volte a risolvere un determinato problema in un numero finito di attività (passi, step). Si può dire che un algoritmo aiuta a prendere le giuste decisioni (trade-off) in relazione a un obiettivo.

Come, per esempio, il problema è come da casa arrivo all'università; ci sono diversi algoritmi (piedi, macchina, corriera) che portano a un obiettivo comune.

Caratteristiche di un algoritmo

• Descrizione inequivocabile: non ambigua, che rende chiaro che cos'è necessario implementare.
• Input e output preciso: deterministico, a parità di input deve fornire gli stessi output.
• Termina e produce un risultato: termina in un tempo finito. Se un algoritmo proseguisse per un tempo infinito sarebbe inutilizzabile perché non produrrebbe alcun risultato. (più aumentano gli input più il tempo aumenta in modo polinomiale).
• Risultato corretto: deve produrre sempre il risultato corretto. Sarebbe inutile che producesse per il 98% delle volte un risultato e per il 2% delle volte un risultato diverso.
• Rispetta i requisiti di ingresso: quando un algoritmo impone un requisito di ingresso, allora quel requisito deve essere sempre rispettato.

Il sistema informativo

È un insieme di dati e informazioni strutturati per soddisfare le esigenze conoscitive interne ed esterne all'azienda. È un complesso di procedure, metodologie e procedimenti, per la realizzazione e la trasmissione dei flussi informativi, insieme dei mezzi tecnici e delle risorse umane.

Per quanto riguarda le risorse abbiamo:

• Gli elaboratori elettronici ed altre attrezzature di ausilio per il trattamento dei dati.
• Risorse metodologiche e strumenti software.
• Risorse umane: come conoscenze-esperienze, ruoli, relazioni, bisogni e aspettative.

Verso il sistema informatico

Prima dell'introduzione degli elaboratori elettronici, le attività venivano gestite con metodi manuali e supporti cartacei. L'introduzione delle ICT ha permesso di accelerare l'esecuzione delle operazioni attraverso procedure automatiche e ha permesso di pensare ad una razionalizzazione interna dell'azienda.

L'informatica nel commercio e nell'industria

Oggigiorno l'informatica rientra in moltissimi aspetti della vita quotidiana, come nel commercio e nell'industria.

L'informatica in campo economico, commerciale e industriale

Alcuni esempi sono l'elaborazione delle transazioni, il telelavoro, analisi finanziarie, gestione della conoscenza, editoria elettronica, e-commerce, progettazione (nella meccanica i CAD) e nella fabbricazione (CAM).

L'informatica in casa e nel tempo libero

Solo attraverso la connessione a internet e rimanendo seduti a casa propria, si possono effettuare un grande numero di operazioni. Alcuni esempi sono le operazioni bancarie, gli acquisti a domicilio, giochi online, cataloghi per la vendita e materiali di consultazione.

L'informatica nella scuola e nella formazione

C'è stato il boom di numerosi strumenti che non servono solo per comunicare (es. Google Meet) ma anche per la formazione, quindi strumenti di e-learning, insieme di strumenti e sistemi volti a rendere possibile l'apprendimento a distanza mediato da tecnologie elettroniche (reti telematiche, sistemi di teleconferenza, registrazioni audio-video, CD-ROM).

L'ampiezza di questa definizione fa sì che nell'e-learning rientrano sistemi molto diversi, come:

• Accesso a risorse informatiche tramite il Web.
• Applicazioni Computer Based Training, mediante le quali lo studente apprende con tutorial, simulazioni, test ed esercizi.
• Classi virtuali, dove interagire con altri studenti e insegnanti.
• Apprendimento a distanza: a differenza delle classi virtuali, questo tipo di e-learning è asincrono cioè la somministrazione e la fruizione delle lezioni hanno luogo in tempi diversi.

LMS (Learning Management System): si tratta di software che gestiscono le attività da somministrare agli utenti, ospita i materiali, calendarizza i corsi e avverte ogni tipo di irregolarità.

L'informatica nel mondo dello spettacolo e dell'arte

Gli strumenti impiegati nel mondo dello spettacolo e dell'arte sono diventati così sofisticati che distinguere le parti reali di un film e quelle elaborate al computer diventa quasi impossibile.

Gli elaboratori sono largamente utilizzati nel cinema, sia per gli effetti speciali che per il montaggio dei film; vengono utilizzati nella musica per modificare o creare un nuovo brano; nella danza grazie ai sistemi di motion capture è possibile realizzare animazioni che riproducono i movimenti fluidi di una ballerina; nello sport, nelle animazioni e negli stereogrammi 3D.

L'informatica e la scienza

I settori della scienza, dell'ingegneria e della matematica sono stati i primi ad avvalersi delle tecnologie dell'informazione. Queste vengono utilizzate in modo ampio nelle scienze e nell'ingegneria, come nella chimica, medicina, satelliti, sismologia, astronomia e matematica.

L'informatica nel marketing

L'ufficio di marketing ha il compito di sostenere le vendite dell'azienda pianificando le promozioni, svolgendo analisi di mercato volte a individuare le opportunità di successo di un nuovo prodotto e sviluppando le campagne di marketing. Tutto ciò è reso ancora più facile dall'utilizzo dell'informatica che ha portato in questi settori numerosi vantaggi sia in termini di risparmio di tempo sia di nuovi strumenti al servizio della creatività.

Nel marketing l'informatica è molto usata, soprattutto nella pubblicità e nel settore delle vendite. Basti pensare al processo di stampa digitale che risulta fortemente migliorato. Si pensa poi alla creazione di flyer, creazione di presentazioni e dimostrazioni per i clienti. Anche la pubblicità sul web.

Capitolo 2: l'architettura del computer e la CPU

Un po' di storia

I primi elaboratori apparvero circa una cinquantina di anni fa. Le CPU erano realizzate su commissione e costruite manualmente, erano enormi e costosi. Dato che si surriscaldavano facilmente, queste macchine venivano tenute in ambienti con aria condizionata e dovevano essere raffreddate ad acqua. Erano così costose che venivano utilizzate solo dalle grandi imprese o dai centri di calcolo delle università. Solo nel 1969 Hoff, un ingegnere della Intel, riuscì a ridurre le dimensioni delle CPU e a progettare il primo microprocessore grande quanto un'unghia.

Supercomputer

Sono i più potenti elaboratori disponibili e hanno numerose applicazioni in campo tecnico e scientifico, come l'elaborazione delle previsioni meteorologiche, la simulazione di fenomeni fisici come la fusione nucleare, la progettazione di automobili e persino la creazione di effetti speciali cinematografici.

Mainframe e minicomputer (server)

I mainframe (noti come server) sono utilizzati dalle grandi aziende per svolgere funzioni centralizzate come la gestione della contabilità e il controllo dei magazzini. Di solito occupano un'intera stanza e sono gestiti da personale altamente specializzato.

I minicomputer (chiamati anche loro server) sono meno potenti dei mainframe e possono essere di diverse dimensioni. Sono utilizzati dalle grandi aziende e dai centri di calcolo.

Personal computer (PC)

Sono elaboratori in grado di lavorare autonomamente o possono elaborare i dati ricevuti da altri computer ai quali sono connessi, eseguendo calcoli, creando elenchi ordinati o rappresentando i dati in forma grafica. Nel 1981 l'IBM realizzò il primo PC (chiamato PC IBM). Il PC più diffuso è il desktop, progettato per essere posizionato su una scrivania in ufficio o nello studio.

Workstation

Sono dei computer personali di alto rendimento e piccole dimensioni, utilizzati prevalentemente da scienziati, ingegneri e grafici (utilizzo tecnico-scientifico).

Notebook

Sono computer portatili leggeri e maneggevoli. Funzionano grazie a batterie ricaricabili quando si è in viaggio, mentre in casa e in ufficio possono essere inseriti in una docking station, che consente di aumentare il rendimento fino a raggiungere la potenza dei sistemi desktop più grandi.

Tablet PC

Sono computer portatili privi di tastiera fissa o che sono dotati di tastiere che possono scomparire dietro il monitor. Sono forniti di sensori touch-screen che consentono di interagire anche con penne di plastica.

Computer palmari e smartphone

I computer palmari sono dei piccoli computer, con piccole tastiere. Lo smartphone è privo di tastiera, dotato di touch screen ad alta risoluzione ed è il dispositivo tecnologico maggiormente diffuso su scala mondiale.

Analogico o digitale

L'elaborazione digitale consiste nel rappresentare numeri, musica, documenti e qualsiasi altro tipo di informazioni in cifre binarie, in modo che possano essere elaborati e utilizzati nelle moderne tecnologie informatiche. Alla base dell'elaborazione del dato c'è la conversione di un segnale analogico a un segnale digitale.

Segnale analogico

È rappresentabile come un'onda e trasmette un ampio spettro di informazioni. Questa onda trasporta informazioni, massimi, minimi e tutti i valori intermedi (riguarda una variazione di valori continui). Le onde analogiche sono molto sensibili alle interferenze.

Segnale digitale

Può assumere solo due stati ovvero acceso/spento, sì/no, vero/falso. Il segnale digitale è più robusto e facile da distinguere, quindi risente meno delle interferenze.

Il passaggio da analogico a digitale viene chiamato conversione. Un esempio è il passaggio dal vinile al compact disk. Digitale deriva dall'inglese digit, ovvero cifra.

I sistemi di numerazione

Molte informazioni sono quantitative, quindi esprimibili in forma numerica. Le informazioni numeriche possono poi essere elaborate attraverso l'applicazione di operazioni.

Un sistema di numerazione è una struttura matematica che permette di rappresentare i numeri attraverso dei simboli. Il più famoso è il sistema di numerazione decimale, che va da 0 a 9. Dato che l'elaboratore ragiona con segnali digitali che vanno da 0 a 1, è stato introdotto il sistema di numerazione binario: si basa sul concetto di zero e uno come cifra elaborabile.

Esempio di messaggio digitale

La cavalcata di Paul Revere. Viene descritta la scena in cui due fazioni alleate devono comunicare tra loro a distanza per vedere se stava per arrivare o meno un attacco. Per far ciò utilizzavano due lanterne, con le quali creavano tre tipologie di messaggi. Se entrambe le lanterne erano spente la situazione era tranquilla, se soltanto una era accesa significava che gli inglesi attaccavano da terra mentre se entrambe erano accese si trattava di un attacco da mare.

Il sistema di numerazione binario

Il sistema binario è quello più utilizzato dai sistemi di numerazione. L'elaboratore deve convertire le informazioni che gli vengono fornite dal nostro linguaggio al linguaggio digitale, cioè al linguaggio dei bit e dei byte.

Nel sistema di numerazione binario la base è pari a due e i simboli utilizzati sono 0 e 1, che rappresentano lo zero e l'unità. Ogni cifra è convertibile in decimale prendendo come base il due e come esponente la cifra che stiamo convertendo.

Es. la stringa binaria 10010 rappresenta il numero 18 in decimale. Il procedimento è: 1*2⁴ + 0*2³ + 0*2² + 1*2¹ + 0*2⁰. La prima cifra rappresenta lo zero e non l'uno. Partendo da destra si moltiplica lo zero per la base due con esponente 0, ovvero la sua posizione.

Per le persone questo linguaggio è quasi illeggibile, soprattutto quando...