Appunti Fondamenti di informatica

1 Introduzione 1.1 Definiamo l’informatica Secondo la ACM (Association for Computing Machinery), l’informatica è la scienza degli algoritmi che descrivono e trasformano l’informazione: la loro teoria, analisi, progetto, efficienza, realizzazione ed applicazione. L’informazione è riduzione di incertezza, è ciò che permette di risolvere tra diverse alternative. Essa nasce a seguito di una differenza nel valore di una grandezza fisica Un algoritmo è una sequenza di azioni (passi) non ambigue, eseguibili (da un calcolatore) che giunge a terminazione e trasforma valori iniziali in un risultato finale. Una volta definito un algoritmo per eseguire un determinato compito, svolgerlo non richiede la comprensione dei principi su cui l’algoritmo si fonda. La conoscenza necessaria per svolgere il compito è tutta codificata nell’algoritmo, di modo che l’esecuzione diventa meccanica (cioè, fattibile da una macchina). I valori iniziali ed il risultato sono informazione. Un calcolatore (o “macchina calcolatrice” o “elaboratore elettronico”) è una macchina che esegue le istruzioni che le vengono impartite. I circuiti elettronici di un qualsiasi calcolatore digitale possono riconoscere ed eseguire direttamente soltanto un insieme limitato di istruzioni semplici. Raramente queste istruzioni elementari sono molto più complicate delle seguenti: sommare due numeri; controllare se un numero vale zero; scegliere tra due opzioni; copiare una porzione di dati da una parte all’altra della memoria. L’insieme di queste istruzioni primitive forma un linguaggio, chiamato linguaggio macchina. Con il termine programma si intende una sequenza d’istruzioni che descrive un algoritmo in termini di istruzioni eseguibili dal calcolatore. Queste non sono necessariamente quelle del linguaggio della macchina fisica, ma in generale quelle di una macchina virtuale che comprende istruzioni espresse in un linguaggio di programmazione più astratto del linguaggio macchina. 1.2 Livelli di astrazione Il transistor o transistore è un dispositivo a semiconduttore (ovvero in silicio, germanio, Arseniuro di Gallio o Ioduro di Indio) usato per amplificare o interrompere l'alimentazione dei segnali elettrici ed è uno dei componenti fondamentali dell'elettronica moderna. L’architettura di un calcolatore può essere concepita come una serie di strati sovrapposti (figura 1.3), ciascuno dei quali introduce un livello di astrazione più elevato rispetto al precedente. Ogni livello fornisce una diversa prospettiva sul sistema e nasconde i dettagli del livello sottostante, semplificando così la progettazione e la programmazione del calcolatore. Questa struttura a strati consente di gestire la complessità del sistema, permettendo a progettisti e programmatori di concentrarsi su aspetti specifici senza dover conoscere ogni dettaglio dell’hardware. 2 Codifica binaria 2.1 Dati e codifica I dati sono elementi fondamentali che rappresentano fatti, misure, concetti, s