Fisica statistica ed informatica - Tecnologie ICT

Liceo scientifico ed artistico "A. Serpieri" - ECDL Test Center

Modulo 1 (Syllabus 4.0): Concetti di base delle tecnologie ICT

Questo modulo richiede che il candidato comprenda i concetti fondamentali delle Tecnologie dell'Informazione (ICT). Il candidato dovrà disporre di una conoscenza di base della struttura di un personal computer sia dal punto di vista hardware che dal punto di vista software, e dovrà comprendere alcuni concetti di ICT quali la memorizzazione di dati e la memoria. Inoltre dovrà comprendere come vengono utilizzate le reti informatiche e i programmi software nella vita quotidiana. Il candidato dovrà essere in grado di rendersi conto dei problemi legati alla salute e alla sicurezza nell’uso dei computer, e al loro possibile impatto ambientale. Infine il candidato dovrà essere consapevole degli aspetti fondamentali di protezione dei dati e di problematiche legali associate all’uso dei computer.

1.1 Concetti generali

Sezione Tema Rif. Argomento

1.1.1 Hardware, Software, Tecnologia dell’Informazione. 1.1.1.1 Comprendere i termini hardware, software e Tecnologia dell’Informazione (ICT).

Tecnologia dell'informazione

La ICT (Information Communication Technology) nasce dall'integrazione tra informatica e telecomunicazioni e si è sviluppata principalmente negli anni ottanta con il collegamento in rete dei computer. Ogni singolo computer collegato in rete può accedere a grandi banche dati, usare la posta elettronica, la teleconferenza, ecc.

L'informatica, invece, è la scienza che si propone di raccogliere, organizzare, conservare e distribuire le informazioni tramite sistemi automatici di elaborazione dei dati. Scopo della disciplina è quello di realizzare macchine in grado di eseguire le azioni necessarie alla risoluzione di un problema. Il termine deriva dalla fusione delle parole autoMATICA. INFORmazione.

Per entrambe, si fa uso di "sistemi informatici" chiamati computer: in un sistema informatico possiamo distinguere due componenti fondamentali, chiamate letteralmente, la hardware ferramenta e software, parola per la quale non esiste una traduzione ma che nasce dalla contrapposizione tra hard (duro) e soft (morbido). Pertanto con il termine hardware intendiamo tutti i componenti "fisici" di un computer, tutti i circuiti che sono dentro le varie "scatole" che costituiscono un computer e tutte le parti elettroniche che ad esso si collegano, mentre con il termine software intendiamo i programmi, ossia tutte quelle istruzioni che, all'accensione del computer, lo animano e lo mettono in condizioni di lavorare e di dialogare con l'utente.

1.1.2 Tipi di computer

1.1.2.1 Comprendere e distinguere tra varie classi di computer (mainframe, network computer, personal computer, laptop, personal digital assistant - PDA) in termini di capacità, velocità, costo, e impieghi tipici.

Come si classificano i computer, in relazione alla potenza, al costo e all’uso?

I mainframe hanno processori potenti e grande quantità di memoria RAM. Sono particolarmente utilizzati in multiutenza, ossia da più persone contemporaneamente, ciascuna delle quali utilizza un terminale collegato al mainframe. Sono molto costosi, pertanto sono utilizzati da grosse società commerciali, banche, ministeri, aeroporti.

I network computer sono computer connessi a una rete e privi di risorse proprie: utilizzano le risorse della rete, quindi i programmi applicativi non sono installati sul computer ma su un server remoto, su cui risiedono anche i dati. Non sono molto costosi. Sono tipicamente impiegati nelle situazioni in cui una grossa banca dati deve essere accessibile da numerosi uffici anche distanti.

Modulo 1 - Albini Stefano 1

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I personal computer sono quelli usati per lavoro d'ufficio o in ambito domestico da un solo utente per volta. Una ulteriore distinzione può essere fatta tra computer da tavolo o computer desktop e computer portatili o laptop, detti anche notebook per la dimensione simile a quella di una agenda.

Oggi tutti questi computer possono essere connessi a reti di computer, eventualmente anche con dispositivi wireless (senza fili). Il costo è relativamente basso, e dipende dalle prestazioni e dagli accessori. In generale i modelli desktop costano meno dei laptop. Sono utilizzati in innumerevoli situazioni, sia domestiche che aziendali, sia per svago che per lavoro.

I personal digital assistant o PDA, detti anche computer palmari perché stanno nel palmo di una mano, sono piccoli computer che svolgono diverse funzioni sia di agenda elettronica sia di memorizzazione dati, e sono spesso dotati di software semplificati ma simili a quelli dei personal computer, con i quali possono dialogare e scambiare file. Talvolta incorporano un telefono cellulare e si possono connettere a internet. Il loro costo non è elevato, anche se dipende dalle prestazioni. L’uso tipico è legato alla facilità di trasporto, alla tascabilità, in tutte le situazioni in cui è importante memorizzare ed elaborare dati e contatti, con possibilità di trasferirli poi su un personal computer.

1.1.3 Componenti principali di un personal computer

1.1.3.1 Sapere quali sono le parti principali di un personal computer, quali: l'unità centrale di elaborazione (CPU), disco fisso, dispositivi comuni di input/output, tipi di memoria. Comprendere il termine unità periferica.

Quando guardiamo un computer collocato sulla nostra scrivania, possiamo osservare che è costituito da:

• Una scatola (Case o Cabinet) che può essere orizzontale (Desktop) oppure verticale (Tower), sulla cui parte frontale si possono individuare: il pulsante di accensione, alcune spie (Led), il drive per i Floppy Disk, il lettore per i CDRom o per i DVD, ed eventuali altri dispositivi, quali masterizzatore, streamer, unità Zip, ecc.; mentre sulla parte opposta sono collocate un certo numero di connettori (Porte) ai quali sono collegati i vari dispositivi chiamati unità periferiche.
• Un cavo di alimentazione, connesso con la rete elettrica.
• Una tastiera.
• Un mouse.
• Un joystick.
• Un monitor o schermo.
• Eventuali altoparlanti, microfono, cuffie.
• Una stampante.
• Eventualmente, uno scanner.
• Un cavo che connette il computer alla linea telefonica, o un modem esterno.
• Un cavo che connette alla rete.
• Una piccola telecamera (Webcam).

È possibile che siano presenti anche altri dispositivi, meno usuali, quali una connessione all'antenna TV o a un videoregistratore, una connessione a unità Zip esterne, ecc., come è possibile che non tutti i dispositivi elencati siano presenti.

Un caso particolare è costituito dai computer portatili, o laptop, in cui tutte le periferiche fondamentali (tastiera, mouse sostituito dal touchpad, altoparlanti, modem ecc.) sono integrate, e non collegate esternamente, oppure sono costituite da piccole schede dette PCMCIA collocate in uno o due slot (fessure) nascoste da uno sportellino. Numerose porte consentono poi di collegare dispositivi esterni quali stampanti, scanner, monitor, mouse ecc.

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Se apriamo la scatola vediamo che essa contiene circuiti, cavi, schede elettroniche e altri dispositivi: se guardiamo con attenzione vediamo che tutti i dispositivi sono inseriti su una scheda più grande (Piastra madre) o sono collegati ad essa mediante cavi. Questo è lo schema di una piastra madre. Essa è "nuda", ossia mancano tutti i cavi di connessione, e tutte le schede, ma cerchiamo di vedere i vari dispositivi che ad essa saranno collegati:

• Un Alimentatore, che fornisce corrente a tutte le schede e a tutti gli elementi interni.
• Un Disco Rigido o Hard disk (o più di uno), che serve a conservare le informazioni in maniera permanente. Esso è connesso alla piastra madre mediante un particolare cavo piatto costituito da tanti fili elettrici paralleli (cavo IDE).
• Il lettore CD o DVD e l'eventuale masterizzatore sono connessi mediante un secondo cavo IDE (o un cavo SCSI).
• Anche il lettore per i Floppy Disk è connesso con un terzo cavo simile a un IDE, ma più stretto dei precedenti.
• Sulla piastra sono poi presenti degli speciali connettori, chiamati Slot, di tipo e lunghezza diversi, sui quali possono essere inserite le varie schede (si veda l'immagine relativa alla scheda madre).
• Innanzitutto, su un particolare connettore che può avere diverse forme, e diversi nomi, è collocato il processore, chiamato anche CPU (Central Processing Unit), anche esso di diverso tipo e produttore (i principali produttori sono attualmente due: Intel, che produce le CPU Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV e Celeron, e AMD, che produce le CPU K6, Athlon e Duron. Ad esempio i Pentium III vengono installati su socket 370 oppure 370 FC-PGA che sono dotati di 370 contatti; i Pentium 4 possono essere installati su socket 423 con 423 contatti, mentre i nuovi modelli di Pentium 4 sono installati su socket 478; infine i modelli Athlon e Duron utilizzano il socket A, dotato di 462 contatti).

Il compito della CPU è fondamentale, in quanto elabora i dati provenienti da e per la scheda video, la memoria RAM e il disco fisso. Pertanto, senza CPU il computer non può funzionare!

• La scheda Video, che all'esterno viene connessa al monitor, è, generalmente, connessa allo slot AGP (corto, e di colore marrone). Tale slot consente un flusso molto rapido dei dati dal processore alla scheda video, il cui compito è quello di elaborare le immagini che compariranno sul monitor.

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• Sui restanti connettori PCI possono trovare posto altre schede: la scheda audio, che è internamente collegata al lettore di CD ed esternamente ad altoparlanti e microfoni, e incorpora anche una porta alla quale può essere connesso un Joystick, strumento utilizzato per i videogiochi; una scheda di rete, che attraverso appositi cavi esterni permette di collegare più computer per condividerne le risorse, e numerose possibili altre schede.
• Sul retro del computer sono poi presenti alcuni connettori chiamati porte, che consentono di connettere vari tipi di periferiche esterne: i principali tipi sono: porte Ps2 (mouse e tastiera), seriale (modem o mouse), parallela (stampante), USB (numerosi tipi di periferica), SCSI (si legge "scasi") o Firewire (periferiche particolarmente veloci).
• In appositi connettori trova poi posto la RAM, ossia le schede di memoria, che possono essere di diverso tipo: quelle più in uso oggi sono le DIMM (Dual In line Memory Module) dotate di 168 contatti (pin) che possono essere di diverso tipo e velocità di accesso e le DDR dotate di 184 contatti e molto più veloci. Più antiquate, le SIMM (Single In line Memory Module) con 72 pin o, più vecchie ancora, con 30 pin.

1.1.4 Prestazioni di un computer

1.1.4.1 Sapere quali sono i fattori che influenzano le prestazioni di un computer, quali: la velocità della CPU, la dimensione della RAM, il numero di applicazioni in esecuzione.

Le prestazioni di un computer sono influenzate da:

• Velocità del processore o CPU, misurata in MHz (Megahertz, o operazioni elementari al secondo) fino a 3000 MHz.
• Quantità di Cache, misurata in Kb (Kilobyte) da 64 a 512 Kb.
• Quantità di RAM, misurata in Mb (Megabyte) da 64 a 512 Mb.
• Velocità del BUS (comunicazione tra processore e memoria) da 66 a 800 MHz.
• Velocità dell'hard disk (da 5000 a 10000 giri al secondo) e sua capacità, fino a 30/200 Gb (Gigabyte).
• Equilibrio dell'insieme: una CPU veloce con un bus lento opera a velocità di fatto inferiore, perché il BUS costituisce un collo di bottiglia, ecc.
• Infine le prestazioni di un computer sono influenzate dal numero e dalla complessità delle applicazioni in esecuzione: infatti, sebbene i moderni sistemi operativi siano in grado di operare in multitasking, esecuzione di più operazioni simultanee, ogni applicazione (task) occupa una certa quantità di RAM e assorbe una parte della capacità operativa del processore e delle risorse di sistema, quindi rallenta le prestazioni.

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1.2 Hardware

1.2.1 Unità centrale di elaborazione

1.2.1.1 Sapere quali sono le funzioni della CPU in termini di calcoli, controllo logico, memoria ad accesso immediato, ecc. Sapere che la velocità della CPU viene misurata in megahertz (MHz) o gigahertz (GHz).

Che cosa fa la CPU (processore)?

Se osserviamo lo schema qui a fianco, possiamo osservare i principali compiti della CPU: innanzitutto compiti di controllo ed elaborazione, mediante l'uso di un aiutante per i calcoli, detto ALU (Arithmetic Logic Unit); inoltre sono presenti dei canali (BUS) che permettono lo scambio di dati con i vari tipi di memoria: ROM (Read Only Memory), ossia memoria di sola lettura, e RAM (Random Access Memory), detta anche memoria volatile perché viene cancellata allo spegnimento del computer, nonché le Memorie di Massa (Disco rigido o dischi floppy e lettori CD Rom). Il processore dispone anche di una memoria volatile interna particolarmente veloce, detta CACHE (si pronuncia kesh), nella quale vengono memorizzate le informazioni di uso più frequente.

La velocità di elaborazione della CPU si misura in MHz (MegaHertz). "Mega" significa "un milione". Un hertz corrisponde a una operazione elementare al secondo, dunque se una CPU ha una velocità di 1 MHz compie un milione di operazioni elementari al secondo! Attualmente le CPU più veloci viaggiano a oltre 3000 MHz! (tre miliardi di operazioni al secondo).

1.2.2 Memoria

1.2.2.1 Conoscere i diversi tipi di memoria presenti nel computer, quali: RAM (random access memory), ROM (read-only memory) ed essere in grado di distinguerle.

• La ROM (Read Only Memory, o memoria di sola lettura), che contiene le informazioni essenziali per l'avvio del computer e costituisce sostanzialmente il BIOS (Basic Input Output System), ossia quella parte di istruzioni che servono ad avviare la macchina compiendo il controllo del proprio funzionamento all'accensione. Una volta il BIOS era scritto in modo permanente in un chip, e non poteva essere in alcun modo modificato. Oggi invece è costituito da una Flash Rom, che con appositi software può essere modificata. In ogni caso questa memoria non si cancella allo spegnimento della macchina.
• La RAM (Random Access Memory, o memoria ad accesso casuale) è formata da chip che possono contenere un certo quantitativo di informazioni, le quali possono essere lette poi dal processore in modo molto rapido ed efficiente: all'accensione del computer, nella RAM viene caricato il sistema operativo e trovano posto in essa anche le applicazioni in uso. Se la quantità di RAM non è sufficiente, una parte del disco rigido viene utilizzata per simulare ulteriore RAM (si chiama file di swap) con un notevole rallentamento delle operazioni. Pertanto è bene che la RAM sia in quantità sufficiente. I computer attuali sono normalmente equipaggiati con 128 Mb o 256 Mb di RAM. Un modulo da 128 Mb costa circa 30 euro. La Ram è montata su appositi slot sulla scheda madre, e può essere aggiunta o sostituita con relativa facilità. Il contenuto della RAM si cancella spegnendo il computer.
• La CACHE è una memoria molto veloce e molto costosa che di solito è incorporata direttamente nella CPU o nello zoccolo della stessa, e che costituisce una piccola riserva di dati (buffer), quelli di accesso più frequente, raggiungibili molto velocemente dalla CPU. In genere la quantità di cache varia da 64 a 512 Kb.

La velocità di elaborazione di un computer dipende non solo dalla velocità del processore, ma anche dalla rapidità di reperimento dei dati da elaborare. Da qui si comprende il ruolo importantissimo della memoria cache e della RAM, come riserve ad accesso rapido dei dati di uso più frequente, per cui sono dette "memorie tampone", invece del lento accesso ai dati presenti sull'hard disk!

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1.2.2.2 Sapere come viene misurata la memoria di un computer: bit, byte, KB, MB, GB, TB. Saper mettere in relazione la memoria di un computer con caratteri, file e directory/cartelle.

Come per il disco rigido e le altre memorie di massa, anche per la memoria ad accesso rapido l'unità di misura è il byte. Un byte è l'insieme di 8 bit (Binary digIT, ossia cifre binarie, che possono essere 0 oppure 1).

I multipli del byte sono:

• Kilobyte: Kb circa 1000 byte, precisamente 1024 byte (*).
• Megabyte: Mb circa un milione di byte, precisamente 1.048.576 byte.
• Gigabyte: Gb circa un miliardo di byte, precisamente 1.073.741.824 byte.
• Terabyte: Tb circa 1000 miliardi di byte, precisamente 1.099.511.627.776 byte.

(*) Poiché lavoriamo nel sistema binario, si considera la potenza di 2 più vicina a 1000, un milione, ecc. Ad esempio, 1Mb corrisponde a 2²⁰ byte. Un byte corrisponde a un carattere, dunque ci si può fare un'idea dello spazio occupato da un testo, contandone i caratteri (compre