Lezioni, Laboratorio di informatica

Informaticag. Mauro 1^o lezione – 07/10/2014

Origine e storia del computer

Computer -> verbo latino “computare” – “fare di conto”

• In francese “ordinateur”
• In spagnolo “ordenador” – qualcosa che ordina/che mette in ordine

Informatica -> formulato nel 1962 dall’ingegnere francese Dreyfus, contraendo le parole “information” e “automatique”.

Il computer è diventato un oggetto di massa solo dagli anni ’80 ma le prime descrizioni pratiche avvengono durante la 2^a Guerra Mondiale.

Storia dei primi computer

1943 -> diventa operativo un computer inglese a valvole, “Colossus” che nasce dalla collaborazione di A. Turing, T. Flowers e M.H.A. Newman. È il primo computer interamente elettronico. Richiesto da Churchill per la codifica di messaggi tedeschi in codice “Enigma” (codice segreto dei nazisti). Colossus era fornito di 1500 valvole e pesava più di una tonnellata ma non poteva essere programmato. Churchill dopo la guerra ordinò di smontare e distruggerne tutti i modelli.

1945 -> ENIAC – Electronic Numerical Integrator And Computer (USA) è il primo calcolatore digitale a circuiti elettronici senza parti meccaniche.

• Programmabile tramite cablaggio interno (fili/interruttori)
• 19mila valvole termoioniche, 70mila resistenze e 10mila condensatori
• Pesava 30 tonnellate con un'area di 180 metri quadrati

Siamo alla fine della 2^a Guerra Mondiale.

1946 -> J.V. Neumann e H.H. Goldstine gettano le basi della programmazione per i calcolatori (prima interfaccia con l’uomo).

1951/52 -> una donna, G.M. Hopper sviluppa A-0, il primo compilatore di programmi (si passa quindi da un linguaggio macchina a un linguaggio “umano”).

1957 -> (boom economico ma passi lenti nell’informatica) J. Backus rilasciano la prima versione del compilatore per il linguaggio di programmazione FORTRAN.

1958 -> nasce il modem (una scatola per navigare in internet. Viaggiava a 56 kb al secondo), sviluppato da Bell (compagnia telefonica che impiega una tecnologia moderna) per la trasmissione di dati binari via telefono.

Guerra fredda e sviluppo tecnologico

1961 -> stampante IBM.

1962 -> il primo videogame nasce al MIT grazie allo studente S. Russel.

1963 -> L’ANSI accetta l’ASCII con codice a 7 bit (non ancora un byte) per lo scambio di informazioni. ASCII è un codice che permette la codifica del passaggio da codice binario (01) a linguaggio “umano”/alle lettere (a, b, c…).

1964 -> nasce il linguaggio BASIC, sviluppato da J. Kemeny e T. Kurtz.

1969 -> l’esercito USA commissiona ARPANET per ricerche sulle reti. I primi 4 nodi diventano operativi all’UCLA, UC Santa Barbara, SRI e all’Università dello Utah. Sono 4 computer messi in contatto tra di loro. È la risposta americana agli insuccessi e all’arretratezza sulle ricerche spaziali (successo invece della Russia – Sputnik in orbita-).

1972 -> D. Ritchie sviluppa il linguaggio “C” ai laboratori Bell. (Java si basa ancora su questo linguaggio in quanto il più vicino a quello umano).

1977 -> annunciato Apple II, un vero e proprio home computer con semplici programmi di videoscrittura, fogli di calcolo, giochi ecc.

1977 -> B. Gates e P. Allen fondano la Microsoft.

1980 -> L’IBM sceglie il PC-DOS come sistema operativo per personal computer.

Evoluzione delle tecnologie informatiche

Steve Jobs (1955/2011) – Apple (che nasce in un garage fra amici).

Bill Gates (1955/…) – Microsoft (che nei primi anni sta dietro ad Apple come sistema operativo).

Computer Monolitici: computer tutt’uno d’un blocco, un sistema unitario non più formato da vari componenti.

1984 -> in gennaio è annunciato dalla Apple il personal computer Macintosh.

1984 -> Sony e Philips introducono i primi CD-ROM con un'enorme capacità di registrazione dei dati.

1985 -> la Microsoft sviluppa Windows 1.0 (un sistema operativo, chiamato così perché funziona “a finestre”) introducendo aspetti tipici del Macintosh.

Battaglia fra Apple e Microsoft: Il computer sta diventando oggetto di massa.

1989 -> T. Berners Lee propone il progetto World Wide Web al CERN.

1990 -> T. Berners Lee scrive il prototipo iniziale per il WWW, che usa le altre sue creazioni:

• URL: Universal Resource Location (il sito)
• HTML: HyperText Markup Language (il linguaggio)
• HTTP: HyperText Transfer Protocol (il protocollo delle regole) – la rete funziona su protocolli

1990 -> Microsoft distribuisce Windows 3.0. Si intensifica la disputa legale con Apple per presunte somiglianze dei sistemi operativi.

1994 -> esce il primo browser (programma che si installa sul sistema operativo per andare in rete es. Google Chrome, Mozilla, Internet Explorer ecc.) della Netscape (boom dei navigatori del web).

1995 -> nasce il linguaggio di programmazione Java, piattaforma indipendente per sviluppo di applicazioni. Esso è il linguaggio di programmazione più usato in quanto il più simile a quello umano.

1995 -> viene annunciata la nuova versione di Windows 95 (polemizzato perché non funzionava bene) seguito poi dai vari Windows NT 4.0, 98, ME, 2000, XP, VISTA, 7, 8 ecc.

Oggi si sono fatti spazio i Notebook (computer portatili), i Notebook Slim, i Desktop (computer da scrivania) e i Netbook (computer di ridotte dimensioni, leggeri, adatti per lo più per navigare in rete o vedere le email ecc) superati dagli odierni Tablet e Smartphone (con cui si può fare di tutto, l’unico limite è la durata della batteria).

Componenti del computer

• Monitor (output)
• Modem
• Unità di sistema
• Mouse (input)
• Altoparlante (output)
• Stampante (output)
• Tastiera (input)
• Scanner (input)

Periferiche: elementi esterni connessi alla macchina (fisicamente o tramite Wi-Fi) e vengono classificati in input (che entra) e output (che esce).

Dentro al PC possiamo trovare

• Scheda madre (transistor)
• CPU (processore)
• RAM (Random Access Memory – Memoria Accesso Casuale)
• ROM (Read Only Memory – Memoria di Sola Lettura)
• Hard Disk
• Schede audio/video (rendono più performanti l’audio e il video)

La scheda madre

La scheda madre rappresenta lo scheletro e il sistema nervoso del computer stesso. Esattamente come uno scheletro, offre alle componenti di un PC la struttura sulla quale poggiarsi e sorreggersi. E, allo stesso tempo, grazie a tutti i collegamenti e ai circuiti che contiene, ne è anche sistema di trasporto principale delle informazioni. Per questo, al pari del processore, è uno dei componenti hardware più importanti per garantire le prestazioni del proprio computer sia desktop sia portatile.

La scheda madre è un grande modulo solitamente di forma rettangolare composto da circuiti stampati sul quale trovano spazio tutte le altre parti hardware di un computer. Sulla scheda sono presenti:

• Il socket, destinato a ospitare il processore (ovvero la CPU, Central Processing Unit)
• Gli slot per schede esterne (come la scheda video, la scheda audio, la RAM, ecc.)
• Le varie componenti elettroniche (condensatori, transistor, ecc., oltre ai già citati circuiti stampati)
• Il chipset e tutti gli ingressi per periferiche esterne (l'ingresso per il monitor, quello per le casse audio, le porte USB, la presa ethernet, ecc.) che interagiscono con il computer.

La scheda madre, fisicamente, garantisce il collegamento tra tutte queste componenti e l'unità di elaborazione centrale, permettendo lo scambio di dati tra CPU, RAM, hard disk e le altre parti hardware del computer.

La CPU (Central Processor Unit) o Processore

Il compito primario di una CPU è di eseguire una serie di istruzioni chiamate programmi. Per riuscire a fare ciò, ogni processore fa ricorso a due delle sue componenti fondamentali: la ALU (Arithmetic Logic Unit: Unità Logica Aritmetica) e la CU (Control Unit: Unità di Controllo). La prima è incaricata di svolgere le operazioni logico-matematiche che permettono di trasformare i dati in arrivo dalle periferiche di input, mentre la seconda ha il compito di controllare e coordinare le azioni necessarie per l'esecuzione delle operazioni.

Il ciclo di lavoro di un processore è solitamente suddiviso in quattro fasi: acquisizione dell'informazione, decodifica, esecuzione e riscrittura.

Il ciclo di lavoro appena descritto determina anche la velocità del processore e ne costituisce, sostanzialmente, l'unità di misura delle performance. Maggiore sarà il numero di cicli che il processore è in grado di completare nell'unità di tempo, maggiore sarà la frequenza di lavoro (misurata in hertz).

Le unità di misura importanti per l’informatica

• HZ (Hertz): misura la frequenza (CPU e Display)
• BIT e BYTE: misurano la memoria del PC o delle unità di memoria (1 byte sono 8 Bit).

I prefissi (multipli) sono:

• Kilo – Mille Byte – K (KB) – 10³
• Mega – 1 Milione Byte – M – 10⁶
• Giga – 1 Miliardo Byte – G – 10⁹
• Tera – 1 Bilione Byte – T – 10¹²

La RAM (Random Access Memory)

È una memoria ad accesso casuale, i dati che vi sono memorizzati vengono recuperati dal Sistema Operativo non in modalità sequenziale ma in modalità casuale e questo rende il pc più veloce. Dai 4 agli 8 GB.

È la parte hardware del sistema operativo in cui montano i programmi. Funziona velocemente perché non lavora in modo sequenziale ma a salti. Il sistema operativo prende un programma e lo mette casualmente sulla RAM (da Hard Disk a RAM).

Schede audio e video

Permettono l’aumento delle performance, funzionano grazie ai drivers. I drivers sono programmi che permettono al sistema operativo di interfacciarsi con le unità fisiche (sch. Video/Audio/Rete).

L’Hard Disk

È un’unità di memorizzazione persistente ad elevata capacità. Contiene dati e programmi. Attualmente hanno anche fino ai 1 – 2 TB di memoria.

ROM (Read Only Memory): memoria di sola lettura necessaria nella fase di avvio del PC (detta fase di Boot).

FLASH DISK: o anche “chiavetta USB” e sono modalità con le quali vanno connesse al PC (USB: Universal Serial Bus). Vanno dagli 0,5 GB ai 64 GB.

UNITÀ di MEMORIA ESTERNE: utili per salvare i dati con una certa frequenza da attacchi di virus informatici.

All’esterno del PC possiamo trovare

• Tastiera e Mouse
• Monitor
• Stampante
• Scanner
• Casse Audio
• Telecamera
• Microfono
• Modem
• Rete Fisica (cavo LAN – Internet ADSL)

I Monitor

Possono essere:

• CRT: Tubo a Raggi Catodici
• LCD: Display a Cristalli Liquidi

Nel settare il monitor bisogna prestare attenzione a:

• Risoluzione dei Pixel
• La Frequenza
• I Colori

La Stampante

È una periferica che trasferisce immagini o testo su carta, ci sono varie tipologie fra cui:

• Stampanti in linea
• Ad aghi
• A getto d’inchiostro
• Laser
• Tridimensionale

Le variabili importanti sono:

• La risoluzione
• La velocità di stampa
• Il formato della carta (A4 il più diffuso)
• Consumo colore/toner

Lo Scanner

È un lettore ottico di immagini, una periferica in grado di acquisire in formato digitale immagini e testo (decodificato in maniera OCR – da carta a digitale).

2^o lezione – 21/10/2014

Acquisto e caratteristiche di un computer

Quando si acquista un computer bisogna prestare attenzione alla RAM, alla CPU o all’HARD DISK? La risposta è tutti e 3.

Il computer a componenti è quel tipo di pc “costruito” /composto da vari elementi, quindi non un blocco unico. I Netbook sono praticamente spariti (cui funzione principale è andare in internet), perché sono dotati di una memoria di CPU di 1 Gigahertz e solo l’installazione del sistema operativo occupava 1 GH.

Un Server è un computer utilizzato come punto di riferimento nell’architettura di internet di client-server.

Internet: rete fisica

Www: i servizi

Software: i programmi che girano nel nostro computer es. BIOS

BIOS (Basic Input-Output System), all’avvio del pc esegue dei test diagnostici per controllare lo stato di funzionamento dell’hardware e segnalare eventuali guasti tramite un codice sonoro.

Il Sistema Operativo viene “caricato” dall’hard disk sulla memoria RAM. Sistemi Operativi: Windows, Linux, Mac OS, Windows Phone e Android. Serve affinché la macchina vada in moto.

Fase di BOOT: fase di avvio del computer

BIT: Binary Digit – il computer e i cellulari possono accettare solo 2 modalità di segnale: aperto/chiuso, acceso/spento, 0/1. Il linguaggio binario (del computer) è costituito da tanti 0 e da tanti 1. Il Byte è una sequenza di casuale di 8 Bit.

Noi utilizziamo delle codifiche attraverso le quali trasformiamo l’analogico (le foto, il cartaceo) in 0 e 1 (linguaggio binario) è il linguaggio di più basso livello (quello che capisce la macchina). Ad un Byte corrisponde una lettera dell’alfabeto (se parliamo di testo), un numero, un colore (foto), un campionamento di nota (suoni). Ogni Byte contiene un’informazione (testo, numero, suono, colore ecc.) e viene localizzato nella memoria dell’hard disk.

Software

La “capacità estesa” del computer. Si parte dalle operazioni di base e si forniscono al computer le istruzioni affinché “apprenda” come eseguire le operazioni più complicate. I programmi sono algoritmi (istruzioni) espressi in un determinato linguaggio (0 e 1). Algoritmi (sequenze di regole), devono essere precisi e sistematici (ordinati). In informatica si parla quindi di programmazione.

Il linguaggio di programmazione più diffuso oggi è Java. Un altro è HTML (le pagine di internet sono ipertesti). Sono linguaggi ad alto livello. I Pop-up sono finestre che si aprono quando siamo su un sito e ad es. vogliamo uscire e si fanno con Java.

Linguaggi di Programmazione

Il computer vede le istruzioni come una lunga sequenza di informazioni binarie (0/1). Il linguaggio binario non è comprensibile all’uomo ma è un linguaggio “macchina” che solo il computer è in grado di interpretare ed è molto sensibile all’errore umano. Si parla di livello dei linguaggi di programmazione perché più assomigliano al linguaggio umano più alto è il loro livello, più sono simili al linguaggio macchina minore è il livello.

Essi possono essere di alto livello, basso e di livello intermedio.

• Livello Alto: linguaggi che l’uomo può comprendere (es. C, C++, Java, Python), linguaggio più comune
• Livello Intermedio: linguaggio ancora comprensibile per l’uomo ma con codici particolari (Assembly)
• Livello Basso: linguaggio macchina che non comprendiamo (Linguaggio Binario)

Passaggio da processore (elemento fisico che svolge il processo) a programma (insieme ordinato e preciso di istruzioni scritte nel linguaggio di programmazione), il processo è l’insieme delle istruzioni e dei dati che attivano un programma.

Il Ciclo Macchina

Gigahertz: 1 miliardo di Hertz – la potenza di un processore si misura in base quante operazioni riesce a fare la macchina in un secondo (Hertz).

1. Recuperare un’istruzione
2. Interpretare l’istruzione
3. Raccogliere i dati necessari all’esecuzione dell’istruzione
4. Svolgere l’operazione richiesta
5. Salvare i dati

Si tratta di un processo relativamente semplice.

I Sistemi Operativi (OS)

Subito dopo il BIOS viene caricato il Sistema Operativo (gestisce tutti i programmi): insieme di programmi che gestiscono le risorse fisiche del computer (CPU, memoria, periferiche ecc.) in maniera trasparente. Il principale ruolo è di essere un’interfaccia fra l’utente e la macchina.

Pacchetto Office: pacchetto “ufficio” che contiene i seguenti programmi: Word (Word Editing), Excel (per fare calcoli), Power Point (per fare presentazioni) ecc.

Browser: programma per andare in internet (i più comuni sono Mozilla, Explorer di Microsoft, Chrome di Google, Opera ecc.)

Programmi: Photoshop ecc.

Storia degli OS

• 1950: in codice binario per il caricamento in memoria del programma
• 1960: Unix (capostipite dei sistemi operativi – tutt’ora in funzione – Linux: sistema operativo, Android (Siemens): sistema operativo in fortissima crescita)
• 1980: QDOS: Quick and Dirty Operating System (fino agli anni ’90 – linguaggio che funzionava a stringa es. MSDOS (Microsoft Disk Operating System) su cui si basava Windows – comprato da Bill Gates)
• 1984: Apple Macintosh (System 1.0)
• 1985: Windows
• 1991: Linux (Linus Torvalds – software open source ovvero libero – cartografia libera online)
• 2007: Android

Google è l’azienda informatica più importante al momento (quotato in borsa, continua a crescere)

Open Source

Programma a sorgente aperta, che gli esperti possono modificare (Windows non è open source, lo stesso Google Maps). Libero non è gratuito.

Funzionalità chiave OS

• Gestione dei File (File System): Esplora Risorse, fa parte del sistema operativo
• Gestione dei Driver: programmi che permettono al pc di interfacciarsi con le periferiche
• Lancio applicazioni (caricare un programma sulla RAM): es. quando lancio Word – Power Point lo fa il S.O.
• Gestire le periferiche input/output
• Connessione alla rete: es. LAN - Wi-Fi
• Organizzare la memoria: File System

Struttura Interna dei S.O.

Modello “a cipolla”

Hardware: parte interna

Shell (guscio): parte esterna

Al centro c’è la parte macchina, le risorse.