Appunti esame elementi di informatica

Esame di informatica

Introduzione all'informatica

Prof. Francesco Gallo - Università degli Studi dell'Aquila

L'informatica è una scienza, la scienza dell'informazione, nella lingua inglese viene descritta con la parola "computer science", in italiano e in francese si preferisce la parola "informatica", che nasce dalla contrazione di informazione e automatica, per indicare l'elaborazione automatica dell'informazione. L'informatica studia l'elaborazione, la rappresentazione e la comunicazione dell'informazione nei sistemi naturali e artificiali oppure l'insieme dei processi e delle tecnologie che rende possibile la creazione, la raccolta, l'elaborazione, l'immagazzinamento e la diffusione dell'informazione.

Informatica... un po' di storia

• 2400ca: Invenzione dell'abaco
• 1621DC: Invenzione del regolo
• 1642: Blaise Pascal crea la prima macchina meccanica per il calcolo delle somme, la Pascalina
• 1833: Macchina differenziale e macchina analitica di Babbage
• 1843: Ada Lovelace pubblica le proprie annotazioni sulla macchina di Babbage e definisce il primo algoritmo eseguibile da una macchina
• 1900: La prima macchina automatica a schede perforate viene utilizzata per il censimento negli USA, nasce IBM
• 1945: Macchina di Von Neumann e architettura "central purpose"
• 1946: Primo computer elettronico negli Stati Uniti (ENIAC)
  • Ingombro: 180mq
  • Frequenza di guasto: 1 valvola ogni 2 minuti
  • Memoria: 20 numeri di 10 cifre
• 1952: Il computer UNIVAC I prevede correttamente l'elezione di Eisenhower
• 1967: Prima calcolatrice portatile
• 1969: Nasce ARPANET, da cui nascerà Internet
• 1981: IBM introduce i personal computer
• 1982: Computer portatili, compact disc
• 1984: Prima stampante laser
• 1985: Telefoni cellulari
• 1993: Desktop multimediali
• 1994: Trasmissione wireless (senza fili) per il computer portatile
• 1998: Transizione videocassette-DVD

Psicologia

La psicologia è la scienza che indaga il comportamento umano e l'attività psichica per definirne le leggi, studia la mente attraverso l'analisi del comportamento, è una scienza empirica, basata sull'osservazione diretta ed obiettiva, in cui le osservazioni sono regolate da criteri rigorosi. Le regole che guidano la ricerca sono precise e rigorose, al fine di poter generalizzare i risultati. Gli psicologi tendono, infatti, a verificare ipotesi locali, per poi formulare teorie che abbiano carattere più generale.

Psicoinformatica

Informatica e psicologia si combinano tra loro dando vita alla psicoinformatica, una disciplina emergente che utilizza strumenti e tecniche provenienti dall'informatica per migliorare l'acquisizione, l'organizzazione e la sintesi di dati psicologici.

Il caso Cambridge Analytica

Robert Mercer, imprenditore statunitense, fonda nel 2013 Cambridge Analytica, una società specializzata nel raccogliere dai social network un'enorme quantità di dati sui loro utenti. Queste informazioni vengono poi elaborate da modelli e algoritmi, per creare profili di ogni singolo utente con un approccio simile a quello della psicometria, che è quel campo della psicologia che si occupa di misurare abilità, comportamenti e, più in generale, le caratteristiche della personalità. Più contenuti vengono analizzati, più sarà preciso il profilo psicometrico di ogni utente.

Nel tempo, Cambridge Analytica ha acquisito molte altre informazioni dai "broker di dati". Nonostante le informazioni siano di solito anonime, algoritmi come quello di Cambridge Analytica possono comunque risalire a singole persone e creare profili molto accurati sui loro gusti e su come la pensano, quello che viene definito sistema di "micro targeting comportamentale".

Un quiz identico a quello disponibile sul sito del centro psicometrico della Cambridge University è stato postato da Facebook, è stato compilato da 270 mila persone, ed ha portato alla profilazione di 50 milioni di utenti. Dal test si ottiene una rappresentazione della personalità secondo 5 fattori:

• Amicalità
• Energia
• Coscienziosità
• Stabilità emotiva
• Apertura mentale

Questo è solo uno dei tanti test che circolano, almeno dagli anni '70, quando furono definiti i "the big five", le caratteristiche che determinano la personalità. Due ricercatori, Kosinski e Stilwell, incrociando i dati del test, con quelli pubblici del profilo Facebook, hanno ricavato un algoritmo che prevede con grande precisione come una persona pensa e agisce. Nel 2012, Kosinski ha dimostrato che bastano 70 like per stabilire il colore della pelle di un utente, il suo orientamento sessuale, politico e religioso, il QI, l'uso di alcol, droghe, sigarette e molto altro, 150 like per saperne di più sui suoi genitori, 300 per superare la conoscenza del suo partner, con una maggiore quantità di "Mi Piace" è possibile conoscere più cose sulla personalità, rispetto a quante ne conosca il soggetto.

Architettura dei calcolatori

Il personal computer (PC) o calcolatore elettronico è un elaboratore elettronico "general purpose" per uso individuale, le cui componenti principali sono:

• Hardware
• Software d'ambiente e applicativo

L'hardware (HW) rappresenta i componenti fisici di sistema ed è composto da una serie di elementi funzionali, presenti in ogni PC:

• Unità di elaborazione (scheda madre)
• Memoria centrale (CPU/RAM)
• Memoria di massa (Hard-disk)
• Bus di sistema (interfacce I/O)
• Unità periferiche (CD, DVD, stampanti, monitor, mouse...)

I software (SW) sono i programmi che vengono eseguiti dal sistema:

• Il software di sistema (o d'ambiente) è dedicato alla gestione dell'elaboratore
• Il software applicativo opera al di sopra del sistema operativo ed è dedicato alla realizzazione di specifiche esigenze applicative

Un software di sistema fondamentale è il sistema operativo, che è un insieme organico di programmi che consente di gestire tutte le risorse hardware e software, ne semplifica l'uso e funge da interfaccia tra il sistema e gli utenti.

I sistemi operativi possono essere per:

• Server: Windows, Mac OS, Unix, Linux
• Mainframe: IBM Z, Unix, Z/Os
• Desktop: DOS, Windows, Mac OS
• Tascabili: iOS, Android, Tizen

Un software applicativo opera al di sopra del sistema operativo, ed è dedicato alla realizzazione di specifiche esigenze applicative (Office). Un software di sistema (o d'ambiente) controlla il comportamento del sistema, il più importante dei software di sistema è il sistema operativo, che controlla le risorse del sistema e fornisce la base su cui costruire tutti gli altri programmi.

Utenti <-> Software Applicativo <-> Sistema Operativo <-> Hardware

Le componenti dell'hardware sono:

• Scheda madre
• CPU/RAM
• Hard disk
• Interfacce di input/output
• Unità esterne: CD, DVD, monitor, stampanti, etc...

Tutte le diverse tipologie di calcolatori hanno la stessa struttura logica, organizzata secondo il modello della macchina di Von Neumann. Studiare l'architettura di un sistema significa:

• Individuare ciascun componente del sistema
• Comprendere i principi generali di funzionamento di ciascun componente
• Comprendere come le varie componenti interagiscono

La macchina di Von Neumann (fine anni '40) è composta da 4 tipi di componenti funzionali:

• Un'unità centrale di elaborazione (CPU central-processing-unit), che esegue istruzioni per l'elaborazione dei dati e svolge funzioni di controllo
• Una memoria centrale, che memorizza e fornisce l'accesso a dati e programmi in esecuzione
• Interfacce di ingresso e uscita (I/O), che sono componenti di collegamento con le periferiche del calcolatore
• Un Bus, che svolge funzioni di trasferimento di dati e di informazioni di controllo tra le varie componenti funzionali

La CPU contiene i dispositivi elettronici in grado di acquisire, interpretare ed eseguire il programma trasformando i dati. Ogni istruzione è logicamente eseguita in sequenza, a volte i moderni calcolatori riescono ad eseguire più istruzioni alla volta. La memoria centrale contiene sia le istruzioni sia i dati, cioè le informazioni per eseguire un programma, il sistema operativo le carica dalla memoria di massa quando comandiamo l'esecuzione di un programma e vengono trasferite alla CPU quando questa ne ha bisogno.

La memoria centrale è suddivisa in celle di memoria, ognuna delle quali è identificata da un indirizzo (I.E., un numero). Le unità di I/O consentono uno scambio di informazione fra l'elaboratore e l'esterno (ingresso/uscita, memorie di massa, periferiche), anche queste sono identificate da indirizzi. Il Bus di sistema collega questi elementi funzionali, fornendo il supporto fisico per la trasmissione dei dati tra i vari elementi.

L'unità di controllo della CPU esegue continuamente il ciclo FDE (Fetch/Decode/Execute), che procede in questo modo:

• FETCH, ovvero preleva dalla RAM l'istruzione da eseguire; l'indirizzo in RAM da leggere è memorizzato in PC (Program Counter) l'istruzione prelevata viene memorizzata in IR (Instruction Register) e PC (Program Counter) viene aggiornato all'indirizzo della successiva istruzione.