Fondamenti di Informatica per Umanisti

Informazione, computazione, algoritmo

Informatica = informazione automatica, elaborazione automatica di informazioni.

Informazione

L'informazione è la rappresentazione di dati mediante simboli, codifica digitale. Atteggiamento informativo che rende significative diverse configurazioni di classi di oggetti o eventi della realtà, assegnando a ciascuna di esse un valore informativo.

Automatica

Automatica = macchina (automa), computer, algoritmo. Elaborazione automatica significa calcolo e manipolazione di simboli secondo regole. L’oggetto informativo è una classe di oggetti fisici (type) le cui occorrenze (token) compaiono in particolari contesti informativi.

Tipi di oggetti informativi

Esistono due tipi di oggetti informativi:

• Rappresentazioni: un insieme di classi di configurazioni (simboli), suddivise in rappresentazioni analogiche (la proprietà del fenomeno è uguale alla sua rappresentazione) e rappresentazioni discrete (insieme finito di classi di configurazione / rappresentazioni distinte, messe in relazione con elementi discreti dell’universo rappresentato. Le proprietà del fenomeno vengono tradotte mediante relazioni sintattiche tra i simboli. Un alfabeto [insieme di simboli] con sintassi è un codice formale).
• Entità di informazione: un insieme di classi di valori informativi, suddivise in livello semantico (classe dei significati stretti) e livello pragmatico (classe dei sensi).

Rappresentazione digitale

Nella rappresentazione digitale, la scrittura alfabetica, le cifre di numerazione e i formalismi logici sono forme di rappresentazione discreta. Di grande importanza in ambito informatico è la rappresentazione binaria digitale, un sistema discreto basato su due simboli distinti (0,1), unità minime di rappresentazione e memorizzazione digitale, chiamate BIT (binary digit). Questo sistema consente la rappresentazione di entità informative diverse qualitativamente, permettendo la codifica di entità informative da codici sia discreti che analogici.

Strategie di rappresentazione digitale

• Alfabeti più complessi: combinatoria di simboli.
• Fenomeni continui nello spazio: quantizzazione.
• Fenomeni continui nel tempo: campionamento.

Computer

Il computer è una macchina in grado di elaborare e gestire velocemente una grande quantità di informazioni (in formato digitale) in modo automatico, senza l’intervento intelligente esterno. Lavora partendo da un'informazione in ingresso (INPUT), la elabora in base a una serie di regole (programma) e restituisce l’informazione in uscita (OUTPUT). La CPU (Central Processing Unit) è la componente demandata all’elaborazione dei dati.

Macchina di Turing

La macchina di Turing, ideata dal matematico inglese Alan Turing (1912–1954), è composta da un nastro di lunghezza indefinita, suddiviso in cellette che contengono simboli (ad es. 0,1), una testina che si trova, in ogni momento, in uno fra un insieme limitato di stati interni (e che si muove sul nastro), leggendo e, se del caso, modificando il contenuto delle cellette, e un insieme di regole che determinano il comportamento della testina, a partire dal suo stato e dal simbolo letto. Programmata adeguatamente, la macchina di Turing è in grado di compiere operazioni varie, anche molto complesse; è in grado di calcolare il valore di qualsiasi funzione, per la quale si dispone di procedure effettive di computazione. Essa manipola informazioni in base a un programma, solo leggendo e scrivendo (0,1).

Macchina di Von Neumann

Il passo di avvicinamento successivo al computer è la macchina di Von Neumann, il cui modello influenzò la realizzazione dell’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) e dell’EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Essa è basata su di una CPU (unità di elaborazione centrale), in grado di eseguire sequenzialmente (uno dopo l’altro) le istruzioni di un programma e di inviare e ricevere dati da e verso un deposito di memoria (RAM). La CPU elabora l’informazione utilizzando i registri (porzioni di memoria di lavoro), simili a piccole porzioni di nastro della macchina di Turing. All’interno della CPU, la ALU (unità aritmetico-logica) si occupa dello svolgimento delle operazioni aritmetiche e logiche; il clock di sistema “segna il tempo di lavoro” all’interno della CPU.

Le componenti fisiche del computer vengono chiamate hardware, i programmi che il computer è in grado di eseguire vengono chiamati software.

Algoritmo

La parola algoritmo deriva dal matematico Al Khuwarizmi (algorismo, algoritmo). Un algoritmo è una sequenza di operazioni che devono essere eseguite per compiere un lavoro preciso. Tali operazioni devono garantire l’arresto dell’algoritmo dopo un numero finito di passi, devono essere ben descritte e specificate, senza ambiguità, e devono poter essere effettivamente eseguite. Un algoritmo deve avere finitezza di calcolo (definite le condizioni dell’arresto, dopo un numero finito di passi), finitezza di espressioni (sequenza finita di istruzioni), effettività (deve poter essere effettivamente eseguibile).