Riassunto esame Informatica, prof. Ferrara, libro consigliato Informazione, conoscenza e web per le scienze umanistiche, Ferrara

Informatica

L'informatica è una scienza che studia il trattamento automatico e meccanico dell'informazione, chiamato algoritmo. È una scienza che esiste da mezzo secolo in cui i primi informatici erano biologi, fisici, matematici, umanisti. Il rapporto dell'informatica con le altre discipline è che da un lato ne assorbe le informazioni, dall'altro le altre discipline ne usano le agevolazioni.

Informazione

L'informazione è una serie di dati che aumentano il nostro livello di conoscenza, ed è un sapere misurabile. La teoria di Shannon afferma che la quantità d'informazione è inversamente proporzionale alla probabilità del manifestarsi dell'evento. Quindi più l'evento è raro, più è la pesantezza dell'informazione. La comunicazione è uno scambio di informazioni tra un mittente e un ricevente (sorgente → trasmettitore → messaggio → ricevitore → destinazione). Il messaggio è una successione ordinata di simboli, è un'informazione codificata. Il messaggio per pervenire quindi deve essere codificato, trasmesso e decodificato nel suo significato attraverso un sistema simbolico (a seconda della contestualizzazione un messaggio può essere decodificato in più modi → 15.40 può essere un'ora o un punteggio di tennis). Possono essere codificate anche le operazioni.

Codici e calcolo combinatorio

Un codice è formato da un alfabeto di simboli arbitrari e da un insieme di regole che permette la costruzione di messaggi validi. Il codice dipende dal numero di simboli (N) e dalla lunghezza dei messaggi (L) (molti simboli, messaggi corti. Pochi simboli, messaggi più lunghi e più combinatori. Per calcolare le combinazioni possibili basta moltiplicare i componenti del primo insieme con il secondo). Distinguiamo poi la quantità dell'informazione (I). Abbiamo quindi che I=N^L dove L si trova con l'algoritmo. L'unità minima del codice informatico è il bit con cui costruiamo il codice binario (0-1). Nel codice ASCII si rappresentano le lettere con 8 bit (128-2⁷ possibilità, 1 byte). Nel codice UNICODE si usano 16 bit, per gli alfabeti più complessi (2¹⁶ possibilità, 2 byte).

Calcolatori elettronici

Per calcolatore elettronico intendiamo una macchina che gestisce il funzionamento di un dato oggetto elettronico (che sia un pc, videogioco o telefonino). Vi è un livello d'utenza, che è lo strato più alto che usa il calcolatore (l'utente), e un livello fisico, che è lo strato più basso e consiste nell'hardware. Quest'ultimo è formato dalla CPU, che svolge le operazioni, dalla RAM, cioè la memoria primaria che consente alla CPU di elaborare le informazioni (finché il calcolatore è acceso la CPU si appoggia su questa memoria volante, quando si spegne si perdono tutti i dati), e dalla memoria secondaria, che salva permanentemente i dati (disco fisso o CD).

Le operazioni di salvataggio e di scrittura su disco sono svolte dal software, quest'ultimo è organizzato a strati partendo da quello più basso (solitamente il sistema operativo: Windows o iOS) a quello più alto (cioè il programma selezionato). L'operazione di codifica è svolta dal sistema operativo, si svolge attraverso l'immissione di caratteri da una periferica input (tastiera) e codificato in un elenco di bit (codice ASCII). Quest'ultimo consente di codificare i caratteri ma non le operazioni in sé.

Codifica dei numeri

Codifica di 13 in base 3 in binario: 13/3 = 4 resto 1, 4/3 = 1 resto 1, 1/3 = 0 resto 1 quindi il risultato è 111 (il resto viene letto da destra a sinistra). Al contrario, per effettuare la prova: Codifica di 111 in base 3 → (1*(3²)) + (1*(3¹)) + (1*(3⁰)) = 13 Codifica di 152 in base 10 → (1*(10²)) + (5*(10¹)) + (2*(10⁰)) = 152 Codifica di 42 in base 6 → (4*(6¹)) + (2*(6⁰)) = 26

Codifica dell'immagine

La codifica delle immagini avviene in maniera discreta, attraverso unità minime chiamate pixel. Ogni pixel corrisponde a una stringa di bit, così che sia possibile la codifica da parte del calcolatore. Il parametro di misura è la quantità di pixel per larghezza e lunghezza (risoluzione), maggiore è il numero maggiore è la qualità. Ci sono diverse tipologie d'estensione dell'immagine (jpeg, png, gif) a seconda della compressione, quest'ultima è la conversione di un'immagine in una più piccola mantenendo le stesse informazioni ed è un processo che può avvenire con perdita o senza perdita. La codifica dei colori è data da un sistema di combinazione di colori primari (solitamente RGB - red, green, blue. Dove per ogni colore ci sono 256 sfumature possibili). Ad esempio gli schermi (LCD, LED) possiedono 3 lampadine per ogni pixel, una per ogni colore primario; vengono utilizzati 8 bit (1 byte) per ogni colore e quindi 3 byte per ogni pixel (per esempio un verde molto acceso in RGB sarà classificato come 0,255,0. È possibile la classificazione anche in base 16 utilizzando numeri fino dal 0 al 9 e poi le lettere fino alla F → verde molto acceso 0,FF,0).

Codifica dell'audio

L'audio essendo formato da onde sonore viene codificato attraverso dei punti che vengono presi sull'onda ogni intervallo definito di tempo, la porzione presa fra ogni punto viene chiamato campione. La riproduzione avviene seguendo questi punti presi, quindi maggiore è la frequenza del campionamento maggiore è la qualità dell'audio riprodotto.

Codifica analogica e digitale

La codifica analogica e quella digitale si differenziano per il fatto che la prima si svolge sulle relazioni che vigono fra i componenti, mentre quella digitale solo sulle informazioni.

Basi di dati

File system → organizzazione di file attraverso una struttura ad albero. È l'esempio della struttura delle cartelle: una cartella radice contiene tutte le altre e gradualmente si diramano in ulteriori cartelle sempre maggiormente specifiche. Il nome di una cartella/file è composto dal nome di tutte le cartelle precedenti separate da uno slash (/). Questo sistema ha due principali difetti:

• Per attingere alle informazioni dei file devo recuperarle manualmente ricercandole;
• La codifica delle informazioni non è universale, ma cambia da sistema a sistema.

Basi di dati → negli anni '70 per risolvere gli intoppi dati dal file system inventarono le basi di dati, cioè una collezione di dati che rappresentano le informazioni relative a una realtà d'interesse (chiamato universo del discorso). In questo sistema i dati vengono continuamente aggiornati e interrogati da numerosi utenti. Un dato è la registrazione di una descrizione decontestualizzata dal suo uso reale, un'informazione è la sua realizzazione a seconda del contesto (835546 è un numero, l'informazione è che è un numero di matricola). Il contesto interpretativo consente di comprendere il dato a seconda della sua posizione.

DBMS

Il software che ne gestisce l'aggiornamento, l'inserimento e l'interrogazione è il DBMS (questo software consente una visione ad alto livello dei dati, una visualizzazione protetta soltanto dagli utenti autorizzati, una funzionalità di salvataggio e ripristino, la coerenza dei dati attraverso vincoli di integrità). Inoltre, il principio di centralità di dati rende universale l'interpretazione di questi dati per qualsiasi applicazione. La struttura di un database gestita dal DBMS è fatta da una prima parte di definizione, dove viene costruita l'organizzazione logistica, e da una seconda parte di costruzione, che consiste nella memorizzazione dei dati immessi nel sistema. La descrizione della struttura è chiamata schema di basi di dati, costituisce la parte intensionale cioè invariabile e definita una sola volta; vi è anche una parte estensionale che consente l'aggiornamento, l'inserimento e le modifiche. Il DBMS forma in termini concreti quindi un modello dei dati → comprende l'insieme di costrutti logici che consente la correlazione dei dati con l'elaboratore; una notazione per specificare i dati tramite i costrutti del modello; l'insieme di operazioni che servono a interagire coi dati. Inoltre una base di dati gestita dal DBMS può essere vista a tre livelli di astrazione:

• Livello logico → rappresentazione dei dati e della realtà ad alto livello attraverso uno schema logico.
• Livello fisico → rappresentazione dei dati a basso livello attraverso uno schema fisico (file sequenziali e di record), nascosto all'utente finale e gestito internamente dal DBMS relazionale.
• Livello esterno → visione dei dati all'utente esterno, attraverso schemi esterni chiamati viste.

Ontologia, informatica → introdurre nell'intelligenza artificiale basi di conoscenza in grado di descrivere in maniera dichiarativa un dominio applicativo d'interesse (knowledge that). In seguito verranno introdotti anche metodi di problem solving. La prima è basata su ontologie mentre la seconda su meccanismi di ragionamento. Semantic web → espansione del web che consente l'interpretazione del linguaggio informatico dagli utenti umani. Ciò avviene attraverso l'istituzione di ontologie in tutti i domini d'interesse. Per ontologia si intende quindi:

• Un vocabolario condiviso, che descrive una determinata realtà d'interesse.
• Un formalismo (linguaggio), che consente di esprimere concetti, proprietà e relazioni attraverso il vocabolario.
• Un insieme di regole, che specificano i concetti in modo coerente e non ambiguo.

Modello concettuale

È la struttura usata in fase di progettazione, che attraverso uno schema concettuale rappresenta la realtà categorizzandoli in classi di oggetti e nelle loro relazioni. Descrive i dati in modo indipendente dal modello logico. Il sistema usato si chiama ER (entity relationship) dove abbiamo appunto le entità, che rappresentano le categorie di oggetti aventi delle proprietà in comune (disegnati graficamente come un rettangolo con all'interno il nome del gruppo), collegati, da un motivo logico, dalle relazioni (rappresentati da un rombo con all'interno l'iniziale della relazione). Alle entità e alle relazioni vengono aggiunti gli attributi, cioè determinate informazioni che completano il quadro delle notizie (es. la data di nascita, la città di residenza di un autore). Gli attributi si indicano con un cerchio vuoto. Per evitare che nel software siano inseriti dati che si possano confondere, ad ogni entità va attribuito anche un id, cioè un codice di identificazione utile al calcolatore per la distinzione di altri dati simili. L'id viene indicato con un cerchio annerito e può essere anche esterno (es. quando due numeri di matricola si possono confondere).