Informatica personale Riassunto

L'informatica

L'informatica è una scienza che studia i metodi e le tecniche per il trattamento automatizzato delle informazioni (acquisizione, memorizzazione, trasmissione, processamento).

Definizioni chiave

Scienza = processo rivolto alla conoscenza da parte dell'uomo.

Trattamento = tutte le attività effettuabili sui dati.

Automatico = indipendenza, l'uomo non partecipa in modo continuo alle attività necessarie per il trattamento.

Informazione = tutto ciò a cui attribuiamo un valore.

Ruoli principali

Uomo = risolutore

Computer = esecutore

Formati e dati

Formato analogico quando il suo valore è ricavato per analogia con un'altra grandezza fisica. Formato digitale quando il suo valore viene espresso sotto forma di numeri.

La tabella ASCII, definita nel 1963, associa ad ogni carattere della tastiera un numero. Inizialmente aveva solo 128 codici, poi è stata estesa fino a 256 e implementata su tutti i pc. In pratica quella che per noi è una frase composta da lettere, il pc la rielabora e memorizza come una sequenza di numeri.

BIT = elemento minimo di informazione che può trattare un calcolatore, ha due valori 0 e 1.

• 1 byte = 8 bit
• 1 word = 16 bit
• 1 Kbit = 1024 bit
• 1 Mbit = 1024 Kbit = 1.048.576 bit

Esecutore

L'esecutore è un'entità che produce dei dati in uscita (output) sulla base delle informazioni che riceve in ingresso (input), dopo che sono state elaborate tramite istruzioni.

INPUT → ESECUTORE → OUTPUT

INPUT = sono sia i dati su cui lavora l'esecutore, sia le istruzioni da eseguire per trasformare i dati in OUTPUT.

Tipi di problemi

• Problemi risolvibili
• Problemi non risolvibili
• Problemi non affrontabili

Un elaboratore può affrontare solo la prima categoria di problemi. Affinché il risolutore (uomo) possa descrivere la procedura all'esecutore (pc) per giungere alla soluzione, il problema viene scomposto in sottoproblemi finché non si arriva a trattare problemi elementari. Risolvere un problema equivale ad eseguire una opportuna successione di problemi più semplici: le azioni elementari. Questa tecnica è detta top-down.

Algoritmi

Per risolvere un problema, il pc segue un algoritmo, cioè un insieme di istruzioni eseguite in un ordine prestabilito, ricavando il risultato in base ai dati d'ingresso. L'algoritmo è l'elencazione delle istruzioni da eseguire, si possono definire come una sequenza di azioni che trasforma i dati iniziali nel risultato finale attraverso un numero finito di passi elementari e non ambigui.

• L'algoritmo scompone il problema in una serie di azioni elementari, facilmente risolvibili.
• Risolve le azioni elementari.
• Aggrega i risultati delle azioni elementari per produrre il risultato finale.

Proprietà di un algoritmo

• Univocità = non deve esistere alcuna libertà d'azione o interpretazione per l'esecutore.
• Effettività = le operazioni vanno concluse in un tempo finito.
• Ingresso = l'algoritmo deve operare su dati in ingresso.
• Uscita = l'algoritmo deve produrre dati in uscita.
• Terminazione = l'algoritmo deve terminare in un numero finito di passi elementari.

Proprietà delle azioni elementari

• Finitezza = l'azione deve concludersi in un tempo finito, altrimenti si viola l'effettività.
• Osservabilità = ogni azione deve avere un effetto osservabile, altrimenti è inutile.
• Riproducibilità = a parità di input, ogni azione deve dare gli stessi output, altrimenti l'esecutore avrebbe libertà, violando l'univocità.

La macchina di Von Neumann

È una descrizione funzionale-strutturale che racchiude le principali caratteristiche di un generico calcolatore, senza entrare nel merito dei singoli aspetti implementativi. I diversi componenti sono collegati tra di loro tramite un bus. Il bus è un dispositivo fisico che consente lo scambio di dati e istruzioni tra le diverse unità.

Componenti principali

La memoria primaria memorizza temporaneamente:

• Le istruzioni sulle quali operare.
• I dati iniziali e quelli via via necessari per completare il compito.

L'ALU, unità aritmetico logica, svolge la funzione di calcolo sui dati. Quindi, questa unità opera sui dati (somme, sottrazioni, operazioni di confronto).

L'UC, unità di controllo, coordina le unità precedentemente descritte. I suoi compiti sono:

• Determinare le operazioni di trasferimento dati.
• Indicare alla ALU le operazioni da svolgere nonché i relativi dati.
• Decidere quali istruzioni eseguire in base alle risposte ricevute dalla ALU.

Nei PC, ALU e UC, sono integrate in un unico dispositivo, la CPU, detta anche processore.

La memoria

Memoria primaria = dispositivi veloci (1 GB/s) di memorizzazione volatile con capienza limitata e alto costo (RAM, CACHE).

Memoria secondaria = dispositivi lenti (1 MB/s) di memorizzazione permanente con elevate dimensioni e bassi costi (HD, CD-ROM).

I bit di stessi insiemi di dati sono raggruppati in file, cioè una sequenza ordinata di dati immagazzinata in formato digitale. I file sono i contenitori logici (non fisici) all'interno delle memorie di massa.

Tipologie di memoria

• Memoria ad accesso casuale (RAM) = consente l'accesso in lettura e scrittura alle informazioni in modo diretto attraverso un indirizzo. Nei CD si può ascoltare un brano senza ascoltare i precedenti.
• Memorie di sola lettura (ROM, read only memory) = sono come le RAM, ma una volta scritti i dati non sono più cancellabili.
• Memorie ad accesso sequenziale (SM, sequential memory) = l'accesso alle informazioni è sequenziale come avviene per le scene di un film in una videocassetta.

Componenti del PC

• Case = è il contenitore esterno del PC.
• Motherboard = è una scheda su cui sono presenti i bus e dove vengono collegati i processori, la RAM e altri dispositivi interni.
• Processore = è la CPU, ossia ALU e UC. I principali sono AMD e Intel, caratteristica è la velocità di esecuzione (Hz), attualmente 3-4 GHz.
• RAM = è la memoria principale del PC, di solito 3-4 GB.
• Hard disk = è la memoria secondaria e permanente, per memorizzare dati e programmi, può essere composto da più dischi, di cui ogni lato è detto piatto. I dati vengono memorizzati a blocchi sulle tracce (concentriche) presenti su ogni piatto, le tracce sono l'intersezione tra i settori e i cilindri presenti su ogni piatto.
• Porte seriali, parallele, PS2, USB = connettori presenti sul case e collegati alla scheda madre che consentono a dispositivi esterni di collegarsi al PC.
• Lettori CD-DVD = per leggere CD e DVD, anche masterizzatori.
• Scheda audio = consente di inviare suoni alle casse e ricevere suoni da un microfono attraverso delle porte.
• Scheda video = consente di inviare immagini al monitor tramite una porta.

Hardware e software

Hardware = componenti elettronici e meccanici del PC e delle periferiche (dispositivi di Von Neumann).

Software = l'insieme dei programmi necessari al funzionamento del PC (software di sistema) o alla soluzione di specifici problemi (software applicativo).

Programma

Un programma è un insieme di istruzioni che possono essere eseguite dalla CPU, contiene le istruzioni per gli algoritmi che, a seconda degli input, il PC deve eseguire per produrre gli output richiesti. Le realizzazioni della macchina di Von Neumann sono hardware; la trasposizione degli algoritmi in un linguaggio comprensibile dal PC sono software.

Tipologie di software

• Software applicativo = programmi che svolgono determinate attività e che vengono utilizzati dagli utenti (es. Word), garantiscono di utilizzare correttamente gli applicativi, sollevano chi sviluppa gli applicativi dal funzionamento e dalle caratteristiche del PC.
• Software di sistema = programmi che servono per il funzionamento del PC e che si pongono come interfaccia verso l'utente, consentono all'utente ed al software applicativo di interagire con il PC.

Software di sistema

• Sistema operativo = tramite l'interfaccia si possono inviare comandi al PC e consente di gestire tutto il traffico dati del PC (hardware, periferiche, porte, programmi in esecuzione), rende trasparente all'utente l'uso di periferiche occupandosi egli stesso di inviare i giusti comandi (es. stampare).
• Driver = sono programmi che consentono al sistema operativo di dialogare con le periferiche, contengono le istruzioni per far sì che ciò avvenga, di solito sono forniti dai produttori, alcune volte è necessario scaricarli per avere un corretto funzionamento.
• Programmi di servizio = permettono di estendere le possibilità del sistema con funzioni che non sono presenti (recupero dati, antivirus), sono sempre legati al funzionamento del sistema.

I file

Un file è una sequenza ordinata di dati immagazzinata in formato digitale, sono dei contenitori logici che mantengono le informazioni nella memoria di massa. Per distinguerli ognuno ha un proprio nome seguito dall'estensione più adatta. Il formato di un file è la convenzione usata per leggere, scrivere e interpretare i contenuti del file.

Le cartelle

Le cartelle, dette anche directory, sono contenitori di file e di altre cartelle, hanno il compito di raggruppare e dividere i moltissimi file che si trovano in un PC.

Le interfacce

Le interfacce sono i punti di contatto tra l'utente e il PC, servono per il dialogo uomo-macchina (mouse, tastiera, schermo, casse). Sono di due tipi:

• Interfacce a caratteri (DOS) = l'elemento principe è la tastiera. Sono un'evoluzione dei primi sistemi di dialogo tra uomo e PC, l'uomo scrive e il PC risponde per iscritto. Di solito per inserire un comando c'è sempre un prompt e un cursore vicino. Questo tipo di interazione è molto formale perché la sintassi dei comandi è molto rigida e quindi in pochi la sanno utilizzare, tuttavia è più robusta e permette operazioni impossibili con l'interfaccia grafica.
• Interfacce grafiche (GUI) = permettono all'utente di interagire con il PC tramite rappresentazioni grafiche di oggetti, file e operazioni. Sono molto intuitive ma un utente esperto si sente a disagio perché offre funzionalità limitate. Di solito raggruppano gli oggetti in classi, così per l'utente basta conoscerne uno per poter operare con tutti gli altri.

Desktop e finestre

La GUI e il mouse sono alla base di molte interfacce di sistemi operativi. Il desktop è la metafora della scrivania virtuale, dove si collocano i programmi e i file più comuni.

Le finestre sono la modalità di visualizzazione dei programmi e delle operazioni in corso.