Informatica per la comunicazione

Introduzione storica dell'informatica

I primi fondamenti teorici nacquero nel III secolo a.C., ad opera di Euclide, un matematico greco ed uno dei più grandi matematici mai vissuti che, inconsapevolmente, mosse il primo passo verso il fondamento dell'informatica: l'algoritmo. Egli definì il metodo per calcolare il massimo comune divisore, noto con "MCD", di due numeri e lo descrisse come metodo a passi.

Un metodo a passi è di fatto un algoritmo e un algoritmo è calcolabile con un programma. I primi programmi per computer usavano metodi a passi. Il metodo a passi è alla base dell'algoritmo. Prima di progettare un software bisogna necessariamente realizzare un algoritmo. Quasi 1000 anni dopo, un matematico persiano pubblicò un metodo a passi per risolvere equazioni di 2^o grado, metodo che nella traduzione del nome in latino chiamò algoritmo.

Gli algoritmi sono il fondamento della programmazione. Gli ingegneri informatici realizzano un algoritmo ponendosi delle domande.

Charles Babbage e la macchina differenziale

1000 anni dopo, nel 1834, Sir Charles Babbage, matematico e filosofo inglese, ebbe l'idea di concepire un calcolatore programmabile che chiamò macchina differenziale. Non riuscì a realizzarla perché gli mancarono alcuni fondamentali componenti tecnologiche. Nel 1991, utilizzando i progetti originali e seguendo standard di fabbricazione e i materiali dell'epoca, fu costruita una macchina differenziale funzionante. Ciò ha dimostrato che il progetto di Sir Babbage era corretto ed una simile macchina avrebbe potuto funzionare.

Joseph Henry e il relè

Nello stesso periodo, Joseph Henry, un fisico americano, inventava il relè, un dispositivo che azionato a corrente chiudeva i morsetti, allo spegnimento della corrente i morsetti restavano aperti. È il sistema On/Off alla base del funzionamento di un computer. Il computer funziona su base binaria.

George Boole e l'algebra booleana

Qualche anno dopo, George Boole, matematico britannico, inventò una particolare algebra che usa solo due numeri: «0» (o «falso») e «1» (o «vero»). Con due soli numeri riuscì a sviluppare una matematica e fu lui a comprendere come il dispositivo inventato da Henry avrebbe consentito di sviluppare una macchina capace non solo di calcolare, ma anche di ragionare: "vero" e "falso" sono le basi della logica matematica sulla quale si sviluppa la programmazione.

William Seward Burroughs e le macchine calcolatrici

Nel 1888 William Seward Burroughs lasciò l'impiego in banca e fondò una società per produrre le sue macchine calcolatrici, la Burroughs. Nel 1986 tramite una operazione tra la Sperry Corporation e la Burroughs, venne costituita la Unisys, tuttora operativa, con un fatturato da 2,83 miliardi di dollari (2018).

Innovazioni del XX secolo

Nel 1906, Lee Dee Forest inventò il triodo, più performante del relè, in quanto, a differenza di quest'ultimo, non ha parti meccaniche in movimento. Il triodo, detto anche valvola termoionica, è composto da tre elettrodi: anodo, catodo e griglia.

Nel 1929, Vladimir Kosma Zworykin, ingegnere americano di origini russe, inventò il tubo catodico migliorato o cinescopio, precursore della televisione, la tecnologia con la quale, un po' di anni dopo, si sarebbero realizzati i primi monitor. Questo strumento serviva per vedere il risultato delle operazioni dei computer.

In quegli stessi anni, Pieter Zeeman, un fisico olandese che ottenne il premio Nobel assieme a Hendrick Lorentz nel 1902 per i suoi studi sugli effetti dei campi magnetici sulla luce, scoprì e approfondì le proprietà del silicio (e non solo) come materiale semiconduttore. Un semiconduttore è un materiale che permette alla corrente di "passare" in un senso ma non in quello inverso. Quindi se associo a "corrente che passa" il valore 1 e "corrente che non passa" il valore 0, il semiconduttore è il materiale che permette di sviluppare l’algebra booleana in "modalità elettronica".

Se il triodo fu il dispositivo che sostituì il relè, il transistor sarà il dispositivo che sostituirà il triodo. Bisognerà tuttavia attendere la fine degli anni ‘50 per riuscire a sfruttare appieno il silicio come semiconduttore.

La rivoluzione digitale

"Digitale" deriva da digit "cifra, numero". 0 e 1 sono digit, quindi tutto ciò che è codificato con 0 e 1 è digitale. Il digitale si contrappone all'analogica (la voce, la lunghezza d'onda, tensioni elettriche, trasmissioni meccaniche etc). La rete telefonica serviva a far passare un messaggio analogico.

• Di base: Un segnale analogico è un’onda continua che cambia in un periodo di tempo. Un segnale digitale è un'onda discreta che trasporta informazioni in forma binaria.
• Rappresentazione: Un segnale analogico è rappresentato da un'onda sinusoidale. Un segnale digitale è rappresentato da onde quadre.
• Descrizione: Un segnale analogico è descritto dall'ampiezza, dal periodo o dalla frequenza e dalla fase. Un segnale digitale è descritto dalla velocità in bit e dagli intervalli di bit.
• Gamma: Il segnale analogico non ha campo fisso. Il segnale digitale ha una portata finita, cioè tra 0 e 1.
• Distorsione: Un segnale analogico è più incline alla distorsione. Un segnale digitale è meno incline alla distorsione.
• Trasmettere: Un segnale analogico trasmette i dati sotto forma di un'onda. Un segnale digitale trasporta i dati nel formato binario, ovvero 0 e 1.
• Esempio: La voce umana è il miglior esempio di un segnale analogico. I segnali utilizzati per la trasmissione in un computer sono il segnale digitale.

Innovazioni nella computazione e nella logica

Si può quindi avere una macchina completamente meccanica, ma digitale, perché codifica e "lavora" utilizzando l'algebra booleana.

Nel 1936, Konrad Zuse, un ingegnere tedesco considerato il padre del moderno computer, a soli 26 anni costruì la Z1, la prima macchina calcolatrice digitale brevettata. Durante la seconda guerra mondiale Alan Turing, matematico, logico, crittografo e filosofo britannico studiò e sviluppò la Macchina di Turing, uno strumento teorico che rappresenta un modello astratto di un computer attraverso la teoria degli algoritmi e della computabilità. La macchina di Turing funziona così:

• Un nastro infinito in entrambe le direzioni, diviso in caselle ciascuna delle quali può contenere il simbolo 0 oppure il simbolo 1. Il nastro rappresenta la memoria della macchina.
• Una testina che può leggere il simbolo, 0 oppure 1, contenuto in una casella e scrivere un simbolo in una casella, e può muoversi lungo il nastro, una casella per volta.

Alonzo Church, matematico e logico americano, definì il concetto computazionale di decidibile e indecidibile. Decidibile (si dice anche ricorsivo): è un problema per il quale è possibile trovare un algoritmo che lo calcoli. Le affinità con la macchina di Turing sono notevoli, perché entrambi erano interessati a definire e dimostrare una modalità che inquadrasse l’universo delle funzioni computabili. Può sembrare un vezzo da matematici, in realtà la teoria della computabilità sta all’informatica come il teorema di Pitagora sta alla geometria: la possibilità di dimostrare che un algoritmo è calcolabile è il fondamento teorico per la realizzazione di programmi che, banalmente, funzionino.

Dopo la seconda guerra mondiale

La guerra, nella sua drammaticità, fa da volano agli investimenti e imprime fortissime accelerazioni alle innovazioni. Dopo la Guerra i computer erano grandi, rumorosi, quasi nessuno sapeva usarli e per realizzare dei calcoli complessi ci metteva tanto tempo. L’utilizzo è passato da militare a civile, quindi i computer venivano usati dalle banche, dalle borse etc; questo perché tali associazioni solamente potevano permetterseli economicamente. I computer funzionavano ancora a valvole, quindi servivano i tecnici per aggiustarli.

Nel 1941 venne costruita la Z3, dotata di 2600 relè, il primo calcolatore elettromeccanico digitale realmente funzionante, capace di memorizzare 64 byte ed eseguire una moltiplicazione in circa 4 secondi. Un PC di oggi di media potenza è in grado di eseguire la stessa operazione in 1 miliardesimo di secondo. Uno smartphone di fascia media ha una capacità di memoria 500 milioni di volte quella della Z3.

L'era dell'IBM e l'innovazione ICT

Nel 1911 viene costituita l'IBM, tuttora un colosso dell'informatica mondiale e protagonista delle maggiori innovazioni nell'ICT. Nel 1948 costruì il SSEC (Selective Sequence Electronic Calculator), un calcolatore dotato di 13.500 valvole, 21.400 relè e con una memoria di 50 kB. Questa macchina aveva – oltre a una potenza di calcolo avveniristica per quei tempi – anche la possibilità di memorizzare i programmi con i quali eseguire le operazioni. Costosa e difficile da usare, fu utile solo per impieghi militari e di ricerca.

Convergenza ICT negli anni '60

• Le tecnologie di telecomunicazione – la tecnologia televisiva di riproduzione delle immagini, per i monitor;
• L'elettronica – lo sviluppo dei transistor, che sfrutta le proprietà semiconduttrici (la corrente passa in un senso » «1» ma non in quello inverso » «0») del silicio, lo sviluppo delle memorie e delle tecniche di assemblaggio, per le unità di calcolo;
• L'algoritmica – la programmazione, per realizzare applicazioni;

Tutto questo portò alla Information & Communication Technology (ICT) moderna. I primi "utenti comuni" furono le banche e le aziende di maggiori dimensioni, per gestire le operazioni contabili, l’automazione dei magazzini e il controllo della produzione. I primi "utenti comuni", cioè al di fuori degli apparati militari e degli istituti di ricerca a dotarsi di computer furono le banche.

La NASA e il calcolo spaziale

La NASA si avvalse dei computer per portare il primo uomo sulla Luna nel 1969, sebbene il regolo calcolatore fosse ancora molto utilizzato nelle operazioni di routine degli ingegneri. Il sistema guida dell'Apollo 11 era computerizzato grazie all’Apollo Guidance Computer (AGC), probabilmente il primo mini computer della storia perché in considerazione delle dimensioni dei computer dell’epoca, "scatoloni" di qualche metro di lato, era piccolo e potente: 61x32x17 cm ed un peso di 32kg, dotato di 152KB di memoria e frequenza di calcolo di 2 MegaHz. All’epoca realmente un computer "spaziale", oggi se lo confrontiamo ad un PC ne servirebbero 50/60.000 per riuscire ad ottenere prestazioni di calcolo paragonabili.

Decenni successivi e l'espansione dell'ICT

Gli anni ‘70 vedono la trasformazione dell’ICT da tecnologia per pochi a tecnologia per molti (sebbene non ancora alla portata di tutti). Nacquero i linguaggi cosiddetti "di alto livello", utili: ad agevolare la programmazione attraverso istruzioni che avessero una sintassi il più possibile vicina al linguaggio umano, permettere l’accesso al mestiere dello sviluppatore software a una platea più ampia, contribuendo alla nascita dei programmi commerciali e sostenere ancor di più la diffusione dell’ICT. Nasce così l’industria del software, che diventerà in breve tempo un importantissimo settore economico e strategico, capace di creare milioni di posti di lavoro nel ventennio successivo. L’ICT inizia a diffondersi, si assiste alla nascita dei "mostri sacri".

L'industria del microprocessore e i grandi nomi dell'informatica

Nel 1974, Intel, nata nel 1968 per fabbricare componenti elettriche ed elettroniche delle prime macchine calcolatrici, realizza il primo microprocessore commerciale con il quale equipaggia l’Altair 8800, un computer il cui costo di 495$ era alla portata di tutti. Intel oggi ha 106.000 dipendenti e fattura 70,8 miliardi di $. Il microprocessore è un circuito elettronico miniaturizzato che costituisce l’unità di calcolo dei computer.

Nel 1975, la storia della Microsoft Corporation ha inizio quando Bill Gates e Paul Allen propongono alla Micro Instrumentation and Telemetry Systems (MITS), società che ha sviluppato uno dei primi microcomputer, l'Altair 8800, di utilizzare il linguaggio di programmazione BASIC che secondo Allen e Gates funziona su quella macchina. In effetti la versione del Basic sviluppata da Allen e Gates funziona e nel febbraio dello stesso anno la diedero in licenza alla MITS, dalla quale Paul Allen diventa direttore del software.

Nel 1976, Apple fu fondata da Steve Jobs, Steve Wozniak e Ronald Wayne, a Cupertino, nella Silicon Valley. Steve Wozniak era programmatore per la HP. Quando la MOS Technologies mise in commercio il suo chip 6502, nel 1976 a un prezzo accessibile, 25 dollari, Wozniak scrisse una versione del linguaggio di programmazione BASIC per il nuovo processore e, una volta completata, cominciò a progettare un computer sul quale farlo girare. Una volta completato un prototipo ne parlò durante le sue conferenze dove mostrò per la prima volta il suo sistema. Fu in quell'occasione che Wozniak incontrò Steve Jobs che riuscì a convincerlo ad assemblare la macchina e a venderla assieme a lui. La macchina si chiamava Apple I (1976).

Gli anni '80 e l'avvento dei PC

Il primo PC commerciale IBM esce nel 1981, ma la paternità del primo PC della storia è universalmente riconosciuta a Pier Giorgio Perotto e all’Olivetti, che fra il 1962 ed il 1964 progettarono la P101, una macchina che aveva molte delle caratteristiche di un PC e per questo riconosciuta come il primo PC della storia, sebbene nacque come macchina per fare conti. Il PC IBM nacque invece come Personal Computer e per essere venduto come personal computer. Aveva installato MS/DOS, il sistema operativo sviluppato dalla Microsoft: un’accoppiata vincente che ha portato l’ICT ad iniziare la diffusione verso il grande pubblico. Il computer degli anni ’80 funzionava solo tramite la tastiera (MS/DOS), quindi si doveva scrivere il percorso da realizzare a mano.

Il decennio degli anni '90 e l'informatica per tutti

È "l’anno zero" dell’informatica per tutti. Nasce Windows 3.1, la versione di Windows che conquistò il grande pubblico grazie alla sua interfaccia grafica e al mouse. Gates capì che per diffondere l’informatica serviva rendere facile – user-friendly – l’interfaccia, e legarci l’uso del mouse, un’invenzione di Douglas Carl Engelbart che, in collaborazione con Bill English, lo brevettò nel 1967. Bill Gates era riuscito nell’intento di portare l’informatica nelle case di tutte le persone, anche se non tecnicamente competenti. Anche Jobs capì che la diffusione del PC era strettamente dipendente dall’usabilità, ma la sua intuizione fu che il PC sarebbe diventato con la diffusione anche un oggetto parte dell’arredamento, pertanto doveva essere bello a vedersi.

Nel 1991, Tim Berners-Lee, ricercatore del CERN di Ginevra, inventa il World Wide Web, sulle basi tecnologiche (ormai vecchie, ma pur sempre valide) di Arpanet, la rete finanziata dal Dipartimento della Difesa Americano nel 1969. Nel 1993, il CERN rende pubblica la tecnologia alla base del World Wide Web e ciò portò a partire dal 1995 alla diffusione su vasta scala nel mondo. Inizia l’era di Internet.

Gli anni 2000 e la diffusione globale della rete

Nel 1996 sono connessi ad Internet 10 milioni di computer. Nel 2019 sono connessi ad Internet oltre 4 miliardi di computer.

Le infrastrutture informatiche

Il sistema informatico è l'infrastruttura tecnologica (software) che serve per elaborare, memorizzare e trasmettere dati e informazioni. Il sistema informatico è quindi formato da: hardware e software.

Il sistema informativo è invece l'insieme delle applicazioni, procedure e risorse umane che, utilizzando l'infrastruttura tecnologica sulla quale poggia, consente la produzione e la gestione delle informazioni di un soggetto o di un’impresa. Il sistema informativo è quindi più ampio. Il sistema informativo è quindi composto da: sistema informatico, risorse fisiche e risorse umane.

Implementazione di un sistema informativo

• Analisi dei processi: obiettivi, costi, numero di persone per gestire l’ambito aziendale, tecnologie
• Identificazione delle procedure automatizzabili
• Risorse necessarie sia a livello di dati (nome, cognome, indirizzo, data di credito) sia di persone (quindi colui che gestisce tutto questo)
• Scelta delle tecnologie, il budget per il numero di stampanti, computer, scanner e la scelta di tecnologie che siano le migliori per quello scopo
• Scelta della metodologia di sviluppo

Dati e informazioni

I dati e le informazioni non sono la stessa cosa. Un dato è una rappresentazione asettica, oggettiva e non interpretata dalla realtà immediatamente presente alla conoscenza. È un valore grezzo. L’informazione è una concezione della realtà che deriva dall’elaborazione e dall’interpretazione (del pensiero e del computer) di uno o più dati. È mostrata da una periferica di output (monitor del computer o stampante). Dato→ elaborazione → informazione.

Architettura dei sistemi informativi

L’architettura è una disciplina che ha come scopo l’organizzazione di uno spazio a qualsiasi scala, ma principalmente quella in cui vive l’essere umano. Semplificando si può dire che essa attiene principalmente alla progettazione e costruzione di un immobile o dell’ambiente costruito. L’ architettura dei sistemi informativi ha come scopo l’organizzazione dei processi e delle tecnologie per l’elaborazione dei dati e la produzione delle informazioni.