Appunti di Fondamenti di informatica

FONDAMENTI DI INFORMATICA

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Safe exam browser

Possibilità prova parziale (metà corso e fine corso- metà aprile e metà maggio)

L’informatica nasce nel 1890 con Hollerith

Un’altra data importante è il 1936 con Turing, furono individuati dei limiti nella matematica.

L’informatica è una scienza che parte coi suoi limiti, conosce i suoi limiti e sfrutta le proprie potenzialità

1943 primi computer in UK, USA e GE con obiettivi balistici

1956 nobel per i transistor.

1958 circuiti integrati

1969 ARPANET. Iniziativa del dipartimento della difesa statunitense. È un tentativo di creare

un’infrastruttura in grado di far comunicare i computer e di resistere al disastro nucleare.

L’informatica è collegata alla comunicazione (che si sviluppò più tardi)

1973 nasce Internet. È la tecnologia che permette di connettere due computer

1976 nasce Apple

1981 PC di IBM

1984 Macintosh

1992 primo SMS

1993 World Wide Web. Strato superiore a Internet.

1996 Nokia 9000

1997 google.com

1997 Deep Blue batte Kasparov

2001 iPod

2004 Firefox

2006 Wii

2006 lancio di Twitter

2007 iPhone

2011 Watson vince Jeopardy

L’INFORMATICA è la scienza che studia l’elaborazione delle informazioni.

L’informatica è la scienza degli algoritmi(metodi, strutture operative) che descrivono e trasformano

l’informazione: la loro teoria, analisi, progetto, efficienza, realizzazione ed applicazione (ACM- Association

for Computing Machinery)

Information and Communication Technology (ICT)

Si occupa di dati, informazioni numeriche(o trasformate in numeri)

INFORMAZIONE= ragguaglio, notizia atta a essere formalizzata in dati e destinata a essere trattata da un

sistema di trattamento automatico delle informazioni

Notizia= cognizione, conoscenza, nozione, idea

L’informatica studia come elaborare idee

Perché elaborare informazioni? Per risolvere efficientemente dei problemi

Il legame tra le informazioni e il problema da risolvere è ciò che caratterizza l’informatica.

Elaborando le informazioni possiamo decidere se è possibile o no risolvere il problema

Ogni essere umano elabora (anche inconsciamente) grandi quantità di informazioni, ma ci sono almeno due

motivi per cui può trovarsi in difficoltà:

- Elaborazione da compiere è molto complessa

- Elaborazione deve avvenire rapidamente

CONCETTI PRINCIPALI

Digitalizzazione delle informazioni

Computer che memorizzano i programmi

Transistor

Circuiti integrati

Computer “personali”

Internet

World Wide Web

Sviluppo “a strati” di software

DIGITALIZZAZIONE DELLE INFORMAZIONI

Trasformazione di entità astratte in numeri.

Hardware

Parte fisica(fissa)

Funzioni cablate(scritte nei cavi, nelle connessioni elettriche dell’hardware stesso)

Implementate(*) con schede, chip, fili e transistor

(*)rendere effettiva, concreta una funzionalità, realizzare

Software

Parte logica(cambia)

Non è la scheda ma è cosa è scritto nella scheda stessa

È ciò che fa diventare l’informazione non tangibile

Formato da due grandi famiglie di entità:

- Programmi, o istruzioni, che il computer esegue per implementare le funzioni

- Dati, insieme delle informazioni su cui il programma lavora

ALGORITMO

Dato un problema, è necessario trovare un procedimento, composto da un numero finito di istruzioni da

eseguire per passi successivi, che porti a una soluzione del problema assegnato.

Tale procedimento viene detto algoritmo.

È un metodo preciso e sistematico per risolvere un problema

ASTRAZIONE

Estrapolazione di un concetto baso, un’idea

Solo alcuni aspetti sono importanti, differenza con quelli inessenziali

Serve a capire cosa è importante e cosa no per risolvere un problema

Serve a capire un concetto e trasferirlo ad altri casi

GENERALIZZAZIONE

Riconoscere gli aspetti comuni a più situazioni

Riassume un’idea, un concetto o un processo

Si applica a schemi ricorrenti

SINTONIA OPERATIVA

Applicare a ciò che sappiamo sul funzionamento di un dispositivo per semplificarne l’uso

È legata alla generalizzazione.

È una memorizzazione fisica inconscia

MNEMONICO

Per ricordare qualche cosa

Dettagli da ricordare solo occasionalmente

CALCOLATORE

Macchina che esegue algoritmi (elaborando informazioni)

Queste macchine sono in grado di memorizzare ed elaborare dati.

L’elaborazione dei dati avviene eseguendo un algoritmo a cui sono forniti i dati.

PROGRAMMA

Un calcolatore per eseguire un algoritmo deve disporre di una descrizione dell’algoritmo in un linguaggio

che è in grado di interpretare (linguaggio di programmazione)

Rappresentazione concreta di un algoritmo

È una successione di istruzione che una macchina è in grado di interpretare ed eseguire.

È la traduzione di un algoritmo in un linguaggio di programmazione.

ARCHITETTURA DI VON NEUMANN

Negli anni ’40 è stato concepito un modello di una macchina di “applicabilità generale”(general purpose),

in grado di eseguire programmi.

Per macchina di applicabilità generale intendiamo un dispositivo in grado di risolvere svariati problemi di

calcolo, purché opportunamente programmato, ossia dotato di programmi specifici che risolvono i

problemi considerati.

Caricando in memoria un nuovo programma lo si può eseguire, altrimenti bisogna costruire una nuova

macchina in grado di eseguirlo.

Un calcolatore è una macchina a “programma memorizzato”, ovvero in grado di svolgere un compito se è

dotato di un programma apposito.

Esistono dispositivi a “programma cablato” (si può solo fare quello per cui il dispositivo è predisposto)

“LEGGE” DI MOORE

Il numero di transistor per chip raddoppia ogni due anni

RETI

Lo sviluppo della tecnologia elettronica e delle telecomunicazioni ha portato a connettere più calcolatori in

una rete: si condividono informazioni, dispositivi (es stampanti), servizi applicativi

• Reti locali

• Reti geografiche

• Reti di reti (internet)—> ci permette di mettere in comunicazioni qualunque coppia di dispositivi in

tutto il mondo

In molti ambiti le reti di calcolatori hanno rimpiazzato i grandi calcolatori (mainframe) e i supercalcolatori.

Questo è possibile perchè i computer connessi in rete possono comunicare e svolgere delle attività

INTERNET

È la più grande rete di calcolatori del mondo.

Nata tra gli anni 60 e 70 si è sempre più espansa collegando insieme reti indipendenti.

Collega insieme calcolatori (host) di istituzioni, università, aziende e privati.

Fornisce le infrastrutture per usare e mail, basi di dati, ipertesti e altre risorse per l’elaborazione di

informazioni.

Abbiamo una sorta di livelli, quello di base consente a due computer di scambiarsi dati, nel servizio

successivo è possibile inviare mail ecc

LA RAPPRESENTAZIONE DELL’INFORMAZIONE (cap 5)

Informazione è qualcosa che rappresenta una conoscenza sul mondo, un entità concreta o astratta.

L’informatica è la scienza che studia come rappresentare ed elaborare l’informazione.

Digitalizzare l’informazione —> rappresentare l’info per mezzo di cifre(digits), per estensione numeri o

meglio ancora simboli

Nel mondo logico ogni simbolo va bene, anche quello del lettore CD

Nel mondo fisico la forma di informazione più importante è la presenza/assenza di un fenomeno fisico

(carica elettrica, luce, ecc)

Nel mondo logico i concetti di vero o falso

PRO DELLA DIGITALIZZAZIONE

- Rappresentazione discreta

- Non ha importanza l’entità del fenomeno(quanto) ma solo la sua presenza o assenza

- Non esiste una gradazione di valori (c’è o non c’è)

Rappresentazione PandA (presence and absence)

La rappresentazione con due soli simboli (presenza/assenza) è un sistema binario (a due valori)

Presenza 1 Assenza 0

Due configurazioni di PandA

L’Unità base di PandA è il bit (binary digit)

Con un bit possiamo rappresentare solo ciò che può assumere due valori

Se un’informazione ha bisogno di più simboli per essere rappresentata (codificata)? Una sequenza di bit

rappresenta abbastanza simboli per codificare dati complessi

Con sequenza di lunghezza n possiamo creare 2^n simboli

LA MEMORIA DI UN COMPUTER

È organizzata come una sequenza di bit

Ogni posizione di questa sequenza registra la presenza o l’assenza di carica elettrica, “leggibile”

successivamente (posso sapere se in quell’area di memoria c’era 1 o 0)

RAPPRESENTAZIONE DEI DATI IN UN CALCOLATORE

Le memoria di un calcolatore o sono composte da unità di memorizzazione in grado di ricordare due valori

distinti, che rappresentiamo con le cifre binarie 0 e 1

Per poter memorizzare più di due valori dovremo usare più unità di memorizzazione (con due unità si

possono rappresentare quattro valori distinti, rappresentati dalle coppie 00,01,10,11, dove la prima cifra

rappresenta il valore della prima unità di memorizzazione, mentre la secondala cifra rappresenta il valore

della seconda unità )

CODIFICA DEL CD ROM

Tempi di riflessione del raggio laser

DIGITALIZZARE IL COLORE

Ogni intensità RGB è rappresentata da un byte

L’intensità più bassa è 0000 0000

La più alta 1111 1111

L’intervallo dei valori va da 0 a 255 per ciascun colore

Pixel è l’elemento atomico, di base, rappresentabile in una immagine. Elemento di immagine

Noi percepiamo solo le frequenze riflesse e non quelle assorbite

MODIFICARE UN COLORE

Aumentare l’intensità con un’addizione binaria

FENOMENO DELL’ OVERFLOW

I computer utilizzano sequenze di bit di dimensioni prefissate

Se il valore è maggiore di 255 non è più rappresentabile con 8 bit. Il numero di bit necessario per

rappresentarlo è più grande di quello che abbiamo a disposizione.

Va oltre la dimensione massima.

Se ottengo un numero maggiore di 255 uso il numero più grande possibile, rimango all’intensità massima

rappresentabile

Il computer segnala quando il calcolo in esecuzione è in overflow.

Sta al programmatore gestirlo.

EMETTERE UN SUONO

Un oggetto produce suono vibrano all’interno di un mezzo come l’aria

Onde di pressione sono emendate dall’oggetto

Le vibrazioni si trasmettono nell’aria

Un suono sono delle vibrazioni che si propagano come onde di pressione nell’aria.

Queste vibrazioni sono onde sonore. Misura la pressione del suono (la forza) per il tempo.

Tono= frequenza dell’onda. Frequenza è quanto spesso picchi e valli avvengono nel tempo, si incontrano.

Volume= ampiezza dell’onda. Quanto è alta, forte la pressione. Più è alta più il suono è forte.

Suono acuto —> frequenze più alte, picchi e valli vicini nel tempo, onda più compressa

Suono grave—> frequenze più basse, picchi e valli distanziati nel tempo

Operazione di Trasduzione

DA ANALOGICO A DIGITALE

Misura analogica—> continua

Trasformare il suono in corrente e successivamente la corrente elettrica in bit (per poterli manipolare)

Conversione AD: da Analogico a Digitale

Per digitalizzare informazioni continue bisogna convertirle in bit

Esprimere con un numero l’ampiezza

Non possiamo registrare ogni punto dell’onda perché sarebbero infiniti—> per ovviare questo problema si

utilizza l’operazione di CAMPIONAMENTO —> Si prendono le misure a intervalli regolari

Frequenza di campionamento= numero di campioni, misurazioni al secondo. Aumentando questa

frequenza aumenta l’accuratezza della registrazione dell’onda.

Heartz= quantità al secondo (unità di misura)

QUALE FREQUENZA?

Più frequentemente campioniamo più la qualità sarà migliore

La frequenza di campionamento deve essere correlata alla frequenza dell’onda.

Se la frequenza è troppo bassa è possibile che qualche onda sonora si infili tra i campioni —>creazione di

un’onda(o suono) spuria —> aliasing

REGOLA DI NYQUIST

Le frequenze di campionamento devono essere almeno il doppio di quella dell’onda da registrare.

Almeno due volte più alte della frequenza massima

QUANTI BIT PER CAMPIONE?

I bit devono rappresentare i valori sia positivi che negativi

Più bit ci sono, più è accurato il campione

CAMPIONE CD —> la rapp digitale dei CD utilizza 16 bit, registra 65.536 livelli (metà positivi metà negativi)

Circa 15 megabyte per 3 minuti di canzone

COMPRESSIONE

Modificare la rappresentazione in modo da usare meno bit per la memorizzazione o la trasmissione delle

informazioni.

Cambiare la rappresentazione dell’informazione

Riduzione del numero di bit necessaria

Molti suoni non sono percepibili dall’orecchio umano (perché frequenza troppo alta o bassa) —> è possibile

eliminare le onde inaudibili senza a danneggiare la qualità dell’audio

Loseless = senza perdita di dati (l’originale può essere ricostruito perfettamente)

Se in un file audio c’è un minuto di silenzio tra due onde sonore, il silenzio lo rappresento in maniera

diversa, in modo più compatto rispetto all’onda. In questo modo il minuto di silenzio conta molto meno nel

flusso di dati. (Quantizzazione)

Lossy = con perdita di dati (l’originale non può essere ricostruito perfettamente)

Perdita di informazioni non importanti per ricostruire il segnale originale. Ad esempio frequenze altissime

non percepibili.

(Esempio compressione MP3)

Può essere applicata anche ad altri tipi di dati non multimediali

Utilizzata anche nelle immagini —>

—>CODIFICA RUN-LENGHT

Compressione loseless

9 righe x 15 colonne = 135 pixel x3 byte = 405 (byte necessari per la memorizzazione di questa immagine)

Rappresentazione bitmap —> ciascuno dei pixel è rappresentato direttamente

Invece che 3 byte per ciascun pixel, solo 2 bit per ciascun pixel —> rappresentiamo la stessa immagine con

un numero inferiore di cifre binarie

9 righe x 15 colonne x 2bit(2/8) = 33,75= 34 byte

(Vantaggiosa solo per bande orizzontali)

Codifica GIF —> codifica loseless

JPEG

Codifica lossy

Utilizzata per le immagini fisse

Fisiologia degli occhi - percezione visiva—> non sono sensibili alle piccole variazioni di colore(crominanza)

ma lo sono alle piccole variazioni di luminosità (luminanza)

È una compressione controllata da parametri.

Compressione 20:1 non ci accorgiamo/percepiamo differenze rilevanti rispetto a compressione 10:1

Compressione 25:1 perde completamente la qualità, i dettagli dell’originale

JPEG lavora sui colori—> consente di semplificarli, comprime l’immagine usando meno colori di quelli

originali, semplificazione spazio colori

Dipende anche dalla qualità del monitor sul quale stiamo guardando l’immagine (resa colore del monitor)

MPEG

Applica ai filmati lo stesso concetto di JPEG

In un film (a parte film di azione estrema) ci sono scene abbastanza statiche

In genere due immagini consecutive sono molto simili, questa compressione memorizza solo la “differenza”

tra due fotogrammi consecutivi

Un fotogramma completo ogni 5

In genere vengono presi 30 fotogrammi al secondo(accurato per avere immagine nitida, fluida), la prima

scena è presa completamente, tra la seconda e la quinta vengono prese solo le modifiche, alcuni dettagli di

spostamento, lo sfondo rimane completamente uguale al resto. Si tengono solo le informazioni che

cambiano

PROBLEMI DEI MULTIMEDIA

- LATENZA —> tempo impiegato per creazione o trasmissione delle info.

Ritardo del dato dal momento in cui viene trasmesso e quello in cui viene percepito.

La trasmissione richiede del tempo, il limite minimo della velocità di trasmissione è

la velocità della luce

Ritardo dovuto all’attraversamento del mezzo trasmissivo

- AMPIEZZA DI BANDA—> misura della quantità di informazioni trasmesse per unità di tempo

Ampiezza non è infinita

Aspetto legato alla trasmissione

qualsiasi tipo di rappresentazione ha a che fare con un’indifferenza di

I bit non hanno un significato intrinseco, siamo noi a dargli un singnificato a seconda del contenuto

rappresentato dal bit stesso

I bit possono rappresentare tutto, ogni informazione discreta

Una volta rappresentato può essere manipolato

Bit è il dato, informazione è la forma che da il significato a questo dato

I dati sono rappresentati sotto forma di bit e possono quindi essere manipolati

Possono essere interpretati in qualsiasi modo.

PRINCIPI OPERATIVI DEI COMPUTER

• A più elementi (desktop, tastiera, contenitore unità di calcolo)—> più oggetti, uno