Riassunto esame e Appunti di Fondamenti di Informatica per la Progettazione Multimediale. Dai linguaggi formali all'inclusione digitale, prof. Padula

Informatica: introduzione e concetti di base

Un sistema di calcolo è composto da tre elementi:

• Software: "programmi" ovvero istruzioni che dicono al computer come svolgere una determinata operazione (parte logica).
• Hardware: dispositivi fisici di un computer (es. tastiera, schermo, stampante,...) ovvero elementi che si possono vedere e toccare.
• Dataware: comprende le informazioni e i dati (qualcosa di simile al software che però non è eseguibile, cioè non svolge operazioni).

Lo scopo di un sistema di calcolo è quello di passare dai dati alle informazioni alla conoscenza al fine di accelerare la soluzione dei problemi e migliorare la produttività. L'informazione è il dato contestualizzato (dato + contesto = informazione). Una volta che l'informazione è stata internalizzata dal ricevente diventa conoscenza.

Operazioni di un sistema di calcolo

Le operazioni che si possono effettuare attraverso il sistema di calcolo sono di:

1. Input: dati in ingresso in un computer (lettere, numeri, simboli, forme, colori, ecc.).
2. Elaborazione: la manipolazione svolta da un computer per trasformare i dati in informazioni. L'elaborazione viene eseguita dall'unità di elaborazione centrale, la CPU, un dispositivo costituito da microcircuiti elettronici che eseguono le istruzioni per elaborare dati.
3. Memorizzazione: può essere di due tipi:
   • Temporanea (memorizzazione primaria): costituita da microcircuiti che si trovano all'interno del computer e contengono temporaneamente i dati in attesa di essere elaborati.
   • Permanente (memorizzazione secondaria): parte di computer in cui le informazioni vengono conservate in modo permanente. I dispositivi di memorizzazione permanente possono essere: CD-ROM, disco fisso. Possono contenere anche software.
4. Output: tutto ciò che viene prodotto dal computer, ovvero dalle elaborazioni, normalmente costituito da informazioni.
5. Trasmissione: comunicazione delle informazioni attraverso un canale opportuno (es. Internet).

Digitalizzazione e multimedialità

Il principio di funzionamento dei computer si basa su due stati elettrici, acceso e spento, rappresentabili mediante il sistema binario (costituito da due sole cifre: 0 e 1). Con il termine di digitale si intende un metodo di comunicazione o l'uso di informazioni rappresentate da successioni di due stati (rappresentazione binaria).

La convergenza digitale è la trasformazione della realtà analogica in forma digitale. Tale trasformazione offre immense opportunità, una delle più importanti è il fatto che ogni elemento di origine diversa viene trasferito su un unico canale comune.

Con il termine multimedialità si fa riferimento alla combinazione di diversi codici espressivi (audio, video, immagini, testo ecc.) per la realizzazione di un unico oggetto di comunicazione basato su tecniche digitali. Ciò è possibile perché tutti i codici espressivi sono realizzati attraverso il codice binario. Il principio base della multimedialità è la convinzione che l'integrazione di diverse forme espressive realizza in modo più efficace il trasferimento di contenuti comunicativi (distance learning, entertainment ecc.). In molti casi la multimedialità consente di sviluppare strumenti interattivi.

Interattività e comunicazione mediata da calcolatore

L'interattività: è la possibilità data all'utente di scegliere forme e modalità di fruizione dei contenuti digitali di un prodotto multimediale. Interattività (scambio di dati tra attori umani mediato da un calcolatore) ≠ interazione (presuppone un attore umano e un attore meccanico).

La comunicazione che si realizza attraverso un'interattività è chiamata comunicazione mediata da calcolatore (CMC).

Sistema ipermediale

Alla base del sistema ipermediale c'è l'ipertesto. L'ipertesto è una collezione di testi/frammenti di informazioni connessi tra di loro da legami (ancore e link). Questa struttura permette la costruzione di trame concettuali, cioè è l'utente che decide quale percorso seguire (si realizza un percorso personalizzato di lettura).

Quando si aggiunge multimedialità all'ipertesto (video, audio, ecc.) e ci si basa su un'infrastruttura distribuita (collegamenti remoti) si ottiene un hypermedium (es. World Wide Web). Internet ≠ WWW è l'infrastruttura fisica che permette al WWW di esistere.

Non c'è omogeneità né di sistemi, né di dati in Internet. Il WWW introduce una differenza sostanziale riguardo il tipo di comunicazione. Di norma la comunicazione è monodirezionale, mentre nel WWW la comunicazione diventa:

• Pluridirezionale e concorrente: possibilità di comunicare con più persone contemporaneamente.
• A-centrata: non ha un centro, si basa su un'infrastruttura distribuita.
• A-spaziale: non avviene in un luogo predefinito.
• A-temporale: prescinde dal tempo, il tempo non è rilevante.

Documento multimediale e HTML

Nel WWW i documenti multimediali vengono scritti con un linguaggio specifico HTML (Hypertext Markup Language), strumento per codificare documenti rappresentando sia il contenuto testuale sia la struttura e la presentazione visiva del documento in forma analitica, leggibile dalla macchina.

Le altre caratteristiche del documento multimediale sono:

• Perde concretezza come supporto materiale (il documento non è più qualcosa di fisico).
• Perde la connotazione tradizionale di qualcosa di permanente e precisamente definito (libro, articolo, giornale...).
• L'utente accede a una delle molte copie (cache).
• Può essere completamente manipolato (a meno che non siano richieste chiavi digitali).
• Il suo autore non può essere identificato con certezza (copyright, privacy).
• Cessa di essere delimitato e confinato.
• Ci sono diverse modalità di fruizione (su calcolatore, su smartphone, ecc.).

I documenti multimediali possono essere visti come insiemi integrati di frammenti multi-modali (cioè fruibili con diverse modalità). Questo insieme:

• Evolve nel tempo.
• Interagisce con l'utente.
• Svolge attività autonome di supporto all'utente (es. Google Maps si accorge di dove l'utente si trova).

Emerge un nuovo paradigma collaborativo-partecipazionale, che prevede la gestione dinamica dei documenti e un'accelerata diffusione di conoscenza.

L'hardware e il software

Architettura di von Neumann

L'hardware: architettura di von Neumann. L'architettura di von Neumann è il modello di calcolatore su cui si basano i calcolatori moderni. Non è qualcosa di fisico, si tratta di un documento in cui si descriveva come dovevano essere i calcolatori. L'architettura di von Neumann enfatizza la separazione tra elaborazione e memoria, portando al cosiddetto "collo di bottiglia di Von Neumann".

Secondo l'architettura di von Neumann, un calcolatore è composto da:

• Central Processing Unit (CPU), a cui sono affidate le operazioni di controllo, coordinamento ed elaborazione. Il linguaggio utilizzato dalla CPU è il linguaggio macchina o assembler. La CPU è composta a sua volta da:
  • ALU (Aritmetic and Logic Unit): svolge le funzioni logiche e aritmetiche.
  • Control Unit (CU): decide e gestisce l'ordine di esecuzione delle istruzioni.
  • Registri: sono locazioni di memoria che, a differenza delle altre memorie (eccetto le memorie cache), sono parte integrante del processore. In questo modo sono estremamente veloci e sono utilizzati per tenere memoria dello stato del processore.
• Memoria centrale, suddivisa in:
  • RAM (Random Access Memory): area di memorizzazione temporanea delle istruzioni e dei dati di un programma memoria che può essere riscritta. È definita volatile perché viene persa quando il calcolatore viene spento. È definita random in contrapposizione alle memorie a nastro: l'accesso ad una cella non richiede la lettura delle precedenti.
  • ROM (Read Only Memory): memoria contenente istruzioni fisse e non modificabili. Contiene le istruzioni base per l'avvio o quelle necessarie per inviare i caratteri sullo schermo.
• Memoria di massa (floppy disk, hard disk, CD-ROM, DVD, nastri magnetici, chiavi USB): memorie usate per conservare grandi quantità di dati non utilizzati frequentemente. Hanno una ridotta velocità di lettura e di scrittura.
• Periferiche di input e output (I/O):
  • Periferiche di input: tastiere, dispositivi di puntamento (es. mouse, trackball, joystick, touch-screen), dispositivi di inserimento dati (es. scanner, lettori di codici a barre, fax, microfoni).
  • Periferiche di output:
    • Volatili (es. schermo, casse acustiche).
    • Permanenti (es. stampante).

Estensioni del modello di von Neumann:

• Periferiche di connessione in rete: tutto quello che permette di collegarsi in rete.
• Memorie di supporto:
  • Cache: memoria temporanea e veloce, contiene istruzioni e dati utilizzati con maggior frequenza.
  • Virtuale: area su disco fisso utilizzata per estendere la memoria RAM.

Il collegamento tra le componenti dell'architettura è organizzato attraverso una struttura standard basata sul concetto di bus. Il bus è una linea a cui sono contemporaneamente connesse le unità del calcolatore e che consente il trasferimento di dati tra tali unità.

Le periferiche sono dispositivi ausiliari con i quali il calcolatore interagisce con l'ambiente esterno, al fine di acquisire i dati da elaborare o memorizzare o per trasferire i risultati memorizzati. Il collegamento con le periferiche si realizza tramite porte, cioè interfacce tra la CPU e le periferiche:

• HDMI (High-Definition Multimedia Interface).
• USB (Universal Serial Bus).

Per acquisire una connessione alla rete occorrono tre cose:

1. Un dispositivo di accesso come un personal computer e un modem.
2. Una connessione fisica, per esempio una linea telefonica.
3. Un provider Internet (ISP).

La larghezza di banda (bandwidth) è la misura di riferimento per le connessioni digitali, misura la quantità di dati trasferiti nell'unità di tempo sotto forma di caratteri, ovvero sequenze organizzate di bit (es. Gbit/s).

Un esempio di dispositivo per la connessione alla rete è il modem = modulatore/demodulatore traduce i segnali per la trasmissione su linee telefoniche. Oggi ha più senso parlare di access point = apparecchio che collega, senza cavi, dispositivi a una rete cablata e consente di mettere in condivisione fra loro diversi terminali wireless. Un hot spot è un'area coperta da un ESS (Extended Service Set) che offre un collegamento a Internet.

Software

Insieme di istruzioni (strutturate) che indicano al computer un'attività da svolgere. Si possono distinguere tre tipologie di software:

1. Sistema operativo: strato di software che gestisce le funzioni di base del calcolatore (es. avvio, programmi, interazione programmi/computer, protocolli di connessione, periferiche, ecc.). Windows è un esempio di sistema operativo.
2. Software di base: insieme di software che copre le esigenze di base (es. calcolatrice, browser, ecc.).
3. Software applicativo: programmi che decido di installare.

La programmazione (algoritmo)

Un algoritmo è una descrizione esplicita (= un elenco delle fasi) di un processo, cioè una sequenza finita (le istruzioni hanno un numero limitato) di operazioni eseguibili meccanicamente che deve dare un output.

• Eseguibile = che dà un risultato in un tempo finito.
• Eseguito meccanicamente = eseguito da una macchina che procede senza richiedere l'intervento umano per prendere decisioni.

Implementando uno o più algoritmi si produce un programma eseguibile su un calcolatore. Un algoritmo può avere, ma non è necessario, dei dati iniziali (input).

I programmi vengono realizzati in un linguaggio di programmazione. Un linguaggio di programmazione è:

• Un linguaggio formale (pensato specificatamente a scopo di computazione): insieme di sequenze di caratteri comprensibili dal calcolatore.
• Definito per permettere a un uomo, programmatore: di specificare i dati che un calcolatore dovrà trattare, come questi dati verranno trasmessi, che azioni compiere in certe circostanze.

Un programma è un documento, che opportunamente manipolato, permette a un calcolatore di eseguirlo. Un programma è fondato su tre concetti chiave:

• Variabile: nome di un dato o insieme di dati; ad una variabile corrisponde un numero di locazioni di memoria per contenere i dati.
• Istruzione: passi che compongono l'algoritmo e possono essere di diverso tipo:
  • Dichiarative.
  • Iterative: permettono di ripetere un insieme di istruzioni.
  • Assegnazione.
  • Input/output: istruzioni che permettono all'utente di inserire/ricevere dati da determinate aree di memoria.
• Struttura di controllo: istruzioni che permettono di decidere l'ordine di esecuzione delle operazioni a fronte di determinati eventi.

Il programmatore è colui che esprime algoritmi in un linguaggio di programmazione per produrre un programma eseguibile su un calcolatore. Una volta che il programma è stato scritto in linguaggio di programmazione occorre trascriverlo in uno specifico linguaggio macchina eseguibile dal calcolatore. Si può utilizzare un:

• Compilatore: programma che traduce il documento scritto dal programmatore in un linguaggio di programmazione (sorgente*) in un programma scritto in un linguaggio che è comprensibile solo dalla macchina (target). I programmi eseguibili (.exe) sono compilati (es. Word, Internet Explorer, Chrome).
• Interprete: programma che allo stesso tempo traduce ed esegue il documento scritto in linguaggio di programmazione (es. browser). L'interesse dei linguaggi interpretati risiede nella facilità della loro programmazione e nella loro portabilità: permettono di scrivere un unico programma e di eseguirlo su piattaforme anche diverse, senza dover apportare modifiche al sorgente. Inoltre, i linguaggi interpretati facilitano la correzione dei programmi perché evitano la completa traduzione del sorgente.

*Il sorgente è il programma scritto in linguaggio di programmazione, quindi comprensibile dal programmatore. HTML è un linguaggio di programmazione interpretato. La pagina HTML arriva al browser che la legge e la esegue in maniera simultanea (non c'è un file intermedio).

Evoluzione del concetto di documento

Il documento era un artefatto a sé stante che l'uomo visionava, modificava e organizzava in archivi a cui accedere senza, però, accrescerlo in senso creativo. Le nuove tecnologie digitali permettono illimitate riproduzioni del documento originale, così che il suo valore dipende sostanzialmente solo dalla sua capacità di comunicare significato. In particolar modo, i documenti elettronici divengono entità dinamiche che, a differenza dei documenti tradizionali, evolvono nel tempo, sono capaci di interagire con l'utente. L'utente di un documento digitale accede solo ad una delle sue molte possibili copie e può essere completamente manipolata e modificata.

Tipologie di documenti

1. Documento: Pagina web. In passato il WWW era un ipertesto. È una pagina statica che viene richiesta a un server. Multimedialità = gestire diversi tipi di dati nello stesso canale, sono gestiti con gli stessi strumenti. Testo e immagini statici.
2. Documento: Pagina wiki. Di rilevante ha le funzioni per gestirlo (es. editing della pagina). Esiste un programma che gestisce le pagine.
3. Documento: Pagina motore di ricerca. Pagina dinamica costruita nel momento in cui è richiesta. È gestito dalle funzionalità di un motore di ricerca, cioè da un database. Sono documenti visivamente molto simili, composti da testo + immagine e informativi. Non sono particolarmente complessi.

Documento è un canale per il trasporto di un messaggio più o meno complesso. Architettura = descrizione degli elementi funzionanti e delle loro relazioni (modello formale e astratto).

Algoritmo

Un algoritmo è una descrizione di un processo, cioè una sequenza finita di operazioni eseguibili meccanicamente (= che possa procedere senza l'ausilio umano). Un algoritmo ha come caratteristiche:

• Atomicità: i passi costituenti devono essere "elementari", ovvero non ulteriormente scomponibili.
• Non ambiguità: i passi costituenti devono essere interpretabili in modo diretto e univoco dall'esecutore, sia esso umano o artificiale.
• Finitezza: l'algoritmo deve essere composto da un numero finito di passi e richiedere una quantità finita di dati in ingresso.
• Terminazione: l'esecuzione deve avere termine dopo un tempo finito.
• Effettività: l'esecuzione deve portare a un risultato univoco.
• Determinismo: ad ogni passo, il successivo deve essere uno ed uno solo, ben determinato.

Un algoritmo può essere descritto attraverso l'uso di un diagramma di flusso o ricorrendo ad uno pseudocodice. Nella fase di programmazione l'algoritmo così scritto verrà tradotto in linguaggio di programmazione ad opera di un programmatore sotto forma di codice sorgente dando vita al programma; tale programma verrà poi ulteriormente tradotto in linguaggio macchina prima di essere eseguito dal calcolatore.