Informatica generale

Segnale analogico e segnale digitale

Il segnale analogico è rappresentabile come un'onda e trasmette un ampio spettro di informazioni. Questa onda trasporta informazioni, massimi, minimi e tutti i valori intermedi (riguarda una variazione di valori continui). Le onde analogiche sono molto sensibili alle interferenze.

Il segnale digitale può assumere solo due stati, ovvero acceso/spento, si/no, vero/falso. Il segnale digitale è più robusto e facile da distinguere, quindi risente meno delle interferenze.

Il passaggio da analogico a digitale viene chiamato conversione. Un esempio è il passaggio dal vinile al compact disk. Digitale deriva dall'inglese "digit", ovvero cifra.

I sistemi di numerazione

Molte informazioni sono quantitative, quindi esprimibili in forma numerica. Le informazioni numeriche possono poi essere elaborate attraverso l'applicazione di operazioni.

Un sistema di numerazione è una struttura matematica che permette di rappresentare i numeri attraverso dei simboli.

Il sistema di numerazione più famoso è il sistema decimale, che va da 0 a 9. Dato che l'elaboratore ragiona con segnali digitali che vanno da 0 a 1, è stato introdotto il sistema di numerazione binario: si basa sul concetto di zero e uno come cifra elaborabile.

Esempio di messaggio digitale: La cavalcata di Paul Revere. Viene descritta la scena in cui due fazioni alleate devono comunicare tra loro a distanza per vedere se stava per arrivare o meno un attacco. Per far ciò utilizzavano due lanterne, con le quali creavano tre tipologie di messaggi. Se entrambe le lanterne erano spente la situazione era tranquilla, se soltanto una era accesa significava che gli inglesi attaccavano da terra, mentre se entrambe erano accese si trattava di un attacco da mare.

IL SISTEMA DI NUMERAZIONE BINARIO

Il sistema binario è quello più utilizzato dai sistemi di numerazione. L'elaboratore deve convertire le informazioni che gli vengono fornite dal nostro linguaggio.

All'linguaggio digitale, cioè al linguaggio dei bit e dei byte. Nel sistema di numerazione binario la base è pari a due e i simboli utilizzati sono 0 e 1, che rappresentano lo zero e l'unità. Ogni cifra è convertibile in decimale prendendo come base il due e come esponente la cifra che stiamo convertendo. ES. la stringa binario 10010 rappresenta il numero 18 in decimale. Il procedimento è: 1*2^4 + 0*2^3 + 0*2^2 + 1*2^1 + 0*2^0 la prima cifra rappresenta lo zero e non l'uno. Partendo da destra si moltiplica lo zero per la base due con esponente 0, ovvero la sua posizione. Per le persone questo linguaggio è quasi illeggibile, soprattutto quando le stringhe sono molto lunghe.

BIT E BYTE
L'unità base del linguaggio digitale è il bit, che deriva dal termine inglese binary digit (cifra binaria). Un bit può assumere solo due valori: 1 ovvero acceso e 0 ovvero spento. Per trasmettere una quantità maggiore di dati si utilizza

un'unità di misura più grande ovvero il byte, costituita da 8 bit e rappresenta l'unità pratica principale in informatica in quanto permette di esprimere un singolo carattere alfanumerico. Dato che un byte può solo rappresentare un carattere vengono spesso utilizzati i suoi multipli, espressi con 2 (il numero delle cifre nel sistema di numerazione binaria) elevato alle potenze di 10. 2 byte = 1024 byte = 1 Kilobyte = 1 KB 102 byte = 1024 Kbyte = 1 Megabyte = 1 MB 202 byte = 1024 Mbyte = 1 Gigabyte = 1 GB 302 byte = 1024 Gbyte = 1 Terabyte = 1 TB DAL LINGUAGGIO UMANO A QUELLO DEL COMPUTER E VICEVERSA Mentre gli elaboratori utilizzano il linguaggio binario, l'uomo comunica mediante le lingue e si serve del sistema decimale. Di conseguenza, per poter esserci comunicazione, il computer deve convertire le informazioni che gli forniamo nel linguaggio binario, che è in grado di interpretare, e poi deve riconvertire i risultati dell'elaborazione in

Un linguaggio a noi comprensibile. Per fare ciò sono state trovare nel corso degli anni delle tecniche di conversione che permettessero di passare dal binario al digitale. Le tabelle a cui fa ricorso l'elaboratore sono chiamate codici. Un esempio di queste tecniche di conversione sono le tabelle ASCII: la tastiera riceve un carattere e l'elaboratore tramite la tabella converte prima il carattere in decimale (da 0 a 255) poi in binario. 255 è il massimo valore decimale rappresentabile da un byte. → 255 Il codice ASCII permette di codificare fino a 128 caratteri; l'ASCII esteso fino a 256 caratteri, mentre l'UNICODE permette di codificare fino a 96.000 caratteri. L'ALGEBRA DI BOOLE Il matematico George Boole (che nel 1847 pubblicò il primo studio su principi della logica matematica) ha inventato un'apposita algebra che si basa su un sistema di numerazione binario. Su questa logica booleana si basa la logica dei computer e la struttura di qualsiasi

programma software. 7L'algebra di Boole è una vera e propria algebra che include un insieme di operazioni per manipolare le variabili logiche o booleane, che possono assumere due valori: vero/falso o 0/1.

Le operazioni elementari trasformano una o più variabili in altre il cui valore dipende dai valori delle variabili originali. Le operazioni principali sono NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR e possono essere rappresentate sia con la funzione che con la tabella di verità, che indica tutti i valori risultanti da tutte le combinazioni possibili delle varianti di input.

OPERAZIONE NOT

Si indica algebricamente: C = NOT(A) = A'

L'operatore NOT non fa altro che cambiare il valore rispetto a quello che prende in ingresso. ES. Se facciamo NOT A ed A=1 allora A=0.

OPERAZIONE OR

Si indica algebricamente: C = OR (A, B) oppure C = A+B è rappresentabile con il segno più (+).

Fa ritornare il valore 0 se A e B assumono 0; in tutti gli altri casi è sempre

1. OPERAZIONE AND

Si indica algebricamente: C = AND (A, B) o C = A * B. L'AND si indica con il segno *. L'AND assume valore 1 (vero) solo quando A e B sono entrambi 1; in tutti gli altri casi assume valore 0.

LE ORIGINI DELL'INFORMATICA

Due dei padri della disciplina informatica sono Turing e Neumann.

Alan Mathison Turing fu un matematico e logico che ideò a 25 anni la teoria della "macchina di Turing": ovvero una macchina teorica in grado di eseguire procedure logiche e matematiche, riproducendo il comportamento umano nel risolvere problemi logici.

La macchina di Turing era formata da un nastro diviso in celle (la memoria esterna), un'unità di lettura e scrittura che doveva interpretare i simboli sul nastro, un insieme finito di simboli e una memoria interna. È una macchina che può assumere un numero finito di stati: lo stato è rappresentato da ciò che in un particolare momento la macchina ha ricevuto in ingresso e ha elaborato.

Turing dimostrò che è

Possibile progettare una macchina universale, cioè in grado di imitare qualsiasi altra macchina di Turing - a parità di input ci saranno gli stessi output. Il tentativo di arrivare ad altre definizioni del concetto di calcolabilità ha portato a risultati uguali a quelli di Turing: questo ha portato alla formulazione della tesi di Church, che viene utilizzata per indicare l'insieme dei problemi effettivamente risolvibili con qualsivoglia metodo meccanico coincide con quello dei problemi risolvibili dalla macchina di Turing - da qui parte il concetto di algoritmo e di software. Von Neumann ha ripreso il concetto di macchina di Turing e l'ha sviluppato. Tutti oggi si fa riferimento agli stessi elementi elaborati da John von Neumann. La macchina a registri a programma memorizzato è costituita da un'unità di elaborazione centrale (CPU) e un'unità aritmetico logica (ALU). Anche questa macchina lavorava con il linguaggio binario, chiamato

anche di componenti aggiuntivi come schede audio o schede di rete. DENTRO LA SCATOLA Nonostante i componenti all'interno dei computer si sono modificati nel corso del tempo, sono circa le stesse architetture teorizzate circa 50 anni fa. CPU È l'unità centrale di elaborazione che controlla tutte le funzioni del computer, esegue operazioni logico-aritmetiche ed elabora i dati ricevuti. MEMORIA CENTRALE Solitamente ha un periodo di vita uguale al periodo in cui il programma è acceso. Mantiene memorizzati i programmi che si stanno utilizzando e i dati in fase di elaborazione. HARD DISK L'hard disk, insieme ai dispositivi di memorizzazione come chiavi USB e unità CD-ROM, consente di immagazzinare programmi e dati. IL BUS È un insieme di collegamenti che permettono lo scambio di dati tra i vari componenti del computer. LE PORTE Servono per connettere al computer le periferiche, come la tastiera e la stampante. SLOT DI ESPANSIONE Servono per inserire le schede degli adattatori, che contengono una serie di componenti aggiuntivi come schede audio o schede di rete.

1. Il processore può essere considerato come il cervello del computer. È la CPU, infatti, che esegue i programmi e interagisce con la RAM per memorizzare provvisoriamente i dati di cui ha bisogno per l'esecuzione del software. La CPU ha tre componenti principali:
   • ALU: si occupa del calcolo logico-matematico
   • Unità di controllo
   • Unità di memoria
2. Il processore è un dispositivo che a livello pratico è composto da piccoli dispositivi chiamati transistor. Moore ipotizzò molti anni fa che ogni anno e mezzo circa il numero di transistor all'interno della CPU raddoppiasse.
3. All'interno del computer esistono dei coprocessori (processori che hanno il compito di collaborare con la CPU principale per svolgere dei compiti specifici). Ogni coprocessore ha un compito dedicato: ci sono i coprocessori grafici, audio, video, matematico e...

o memoria di sola lettura, la memoria ROM (Read-Only Memory) è una memoria non volatile che conserva le informazioni anche quando il sistema è spento. Questa memoria viene utilizzata per memorizzare il firmware e il BIOS del sistema, che sono essenziali per l'avvio del computer. MEMORIA RAMLa memoria RAM (Random Access Memory) è una memoria volatile che viene utilizzata per archiviare temporaneamente i dati e le istruzioni che il processore deve elaborare. La RAM è molto più veloce della memoria ROM, ma i dati vengono persi quando il sistema viene spento. MEMORIA CACHELa memoria cache è una memoria molto veloce che viene utilizzata per archiviare temporaneamente i dati e le istruzioni che il processore utilizza più frequentemente. La cache aiuta a ridurre i tempi di accesso alla memoria principale, migliorando le prestazioni del sistema. MEMORIA VIRTUALELa memoria virtuale è una tecnica utilizzata dai sistemi operativi per gestire la memoria in modo efficiente. Consiste nell'utilizzare una parte del disco rigido come estensione della memoria RAM. In questo modo, i programmi possono utilizzare più memoria di quella fisicamente disponibile, ma a discapito delle prestazioni. MEMORIA FLASHLa memoria flash è una memoria non volatile utilizzata principalmente per archiviare dati su dispositivi portatili come telefoni cellulari, fotocamere digitali e chiavette USB. La memoria flash è molto più veloce dei dischi rigidi tradizionali, ma più lenta della RAM. MEMORIA CACHE DI LIVELLO 2 (L2)La memoria cache di livello 2 è una memoria cache aggiuntiva presente sul processore. Viene utilizzata per archiviare temporaneamente i dati e le istruzioni che il processore utilizza meno frequentemente rispetto alla cache di livello 1. La cache di livello 2 è più grande ma più lenta della cache di livello 1. MEMORIA CACHE DI LIVELLO 3 (L3)La memoria cache di livello 3 è una memoria cache aggiuntiva presente su alcuni processori. Viene utilizzata per archiviare temporaneamente i dati e le istruzioni che il processore utilizza ancora meno frequentemente rispetto alla cache di livello 2. La cache di livello 3 è più grande ma più lenta delle cache di livello 1 e 2.