Riassunto esame Teoria e tecnica comunicazione, prof. Sbordoni, libro consigliato Il mondo digitale, Ciotti, Roncaglia

Gli elaboratori e il sistema binario

Gli elaboratori sono costituiti da un insieme di circuiti elettronici che conoscono solo due possibili stati: acceso (c'è corrente) o spento (non c'è corrente), proprio come le comuni lampadine. L'uso in campo informatico del termine digitale non si riferisce di norma solo al fatto che l'informazione è rappresentata in forma numerica, ma che è rappresentata in forma numerica sulla base di una codifica binaria e dunque attraverso bit (binary digit, numero binario).

Il bit è la quantità di informazione fornita dalla scelta di due alternative diverse considerate come egualmente probabili. Il sistema binario è chiamato così perché utilizza un codice comprendente solamente due simboli: 0 e 1. Ogni numero binario può essere trasformato in codice binario: 0 e 1 restano uguali. Dal numero al testo, dal testo ai numeri.

Tabella di codifica dei caratteri

Un testo non è altro che una successione di caratteri e che i caratteri di base, quelli compresi nell'alfabeto della lingua usata, sono in un numero che varia con il variare delle lingue, basato comunque sull'alfabeto latino, finito e piuttosto ristretto. Una tabella usata si chiama tabella di codifica dei caratteri. Per molto tempo si è usata la codifica ASCII (American Standard Code for Information Interchange) che permetteva di distinguere 128 caratteri diversi. Quella ora più usata è la tabella ISO Latin 1, che distingue 256 caratteri, i primi 128 ereditati dall'ASCII.

ISO Latin 1 codifica i caratteri da essa previsti facendo corrispondere ad essa un numero binario. I numeri sono espressi da 8 cifre binarie, 8 bit. 8 bit possono differenziare fra 256 combinazioni diverse – una parola lunga 8 bit è chiamata byte. Byte è l'unità di misura dell'informazione e indica la quantità di informazione corrispondente alla scelta fra 256 alternative diverse.

Le immagini diventano numeri

Le immagini sono il risultato dell'integrazione di tanti singoli segnali luminosi emessi da ciascun singolo pixel. Per digitalizzare un'immagine è necessario sovrapporre all'immagine analogica una griglia fittissima di pixel. Più piccole saranno, migliore sarà l'illusione di un'immagine continua. Prima si utilizzava una griglia di 80 colonne per 60 righe, 80x60=4800 pixel, e si limitava a due colori, bianco e nero.

Il progresso tecnologico ha portato al risparmio dei bit, i PC dispongono di veri e propri sottosistemi dedicati alla gestione della grafica dotati di una memoria indipendente più larga e ha come risultato il fotorealismo.

I suoni

È possibile rappresentare in vari modi un'onda sonora, ma la più comoda è attraverso una funzione, che può essere segmentata in regioni piccole da poter essere considerata come se si trattasse di piccoli punti, identificata dai suoi valori sugli assi del piano cartesiano, e i valori sono dei numeri. La successione di questi valori ci fornisce quella rappresentazione numerica e quella digitalizzazione dell'onda sonora.

Il video

La digitalizzazione dei filmati, ovvero di immagini in movimento con accompagnamento sonoro. Il numero di bit necessario alla codifica sarà maggiore quanto più lunga sarà la durata del filmato, il numero dei fotogrammi o (frame), e la qualità del sonoro.

Liebniz e il calcolo binario

Matematico, filosofo studioso di fisica e altro, Liebniz è uno degli esempi di ingegno universale, sia nella filosofia, nella fisica e matematica. Nato a Lipsia nel 1646, è autore di un numero illimitato di opere. Nel XVII sec., l'idea di calcolo binario era già in aria, Liebniz è stato portato a sviluppare il suo sistema di numerazione binaria riflettendo su quello a base 4 ideato da Wegel, ne criticava l'arbitrarietà, se l'obiettivo è quello di allontanarci dalla base 10 bisogna utilizzare quella con base più alta, es. 12-16. Se è quello della maggiore semplicità occorre scegliere la base più semplice possibile, la base 2 propria del calcolo binario.

Claude Shannon

Il bit è un'unità di misura della quantità di informazioni, collegato alla scelta tra alternative: più alternative abbiamo a disposizione più informativa sarà la nostra scelta e maggiore sarà il numero di bit necessario a esprimerla. Formulata da Claude Shannon, è alla base della disciplina scientifica denominata teoria dell'informazione. Nato nel 1916 a Gaylord nel Michigan, studia nel prestigioso Massachusetts Institute of Technology, lavora come ricercatore matematico presso la Bell Telephone. La sua fama era legata ai suoi fondamentali contributi teorici, fra i quali la teoria matematica della comunicazione. Il suo primo obiettivo era quello di eliminare i disturbi dai collegamenti telefonici.

La teoria dell'informazione

Ogni messaggio utilizza un codice che deve essere comune a chi lo trasmette e a chi lo riceve e sulla cui base il messaggio deve essere interpretato. I codici utilizzano di norma un certo numero di simboli di base e costruiscono messaggi complessi combinando fra loro i simboli di base attraverso apposite regole di combinazione. Shannon ha proposto di utilizzare il concetto di scala per misurare la quantità di informazione contenuta in un messaggio. Suggerisce di ridurre ogni scelta a una successione di scelte binarie. In effetti una scelta fra più alternative può sempre essere ridotta a più scelte fra due alternative. Sappiamo che ogni scelta binaria corrisponde a un bit di informazione. In generale, se mi trovo davanti a una scelta fra n alternative egualmente probabili, la quantità di informazione (ovvero il numero di scelte binarie) corrispondente sarà uguale al logaritmo in base 2 di n.

Convergenza al digitale

Ci sono 2 fattori che rendono così potente la rappresentazione in formato digitale delle informazioni. Primo, il computer non è solo principalmente uno strumento per rappresentare in forma statica i nostri dati, ma uno strumento potentissimo per lavorare su questa informazione, conservandola, elaborandola, anche trasmettendola a distanza attraverso reti telematiche. L'universo comunicativo era popolato da media tecnologicamente assai diversi, la cui integrazione poteva risultare difficile se non del tutto impossibile. Con il digitale cambia. Informazioni di tipo diverso vengono scritte attraverso lo stesso linguaggio di base e gestite attraverso uno strumento di base (PC). Un CD-ROM o un disco rigido di un PC possono offrire insiemi di testi, suoni, immagini, video in movimento. Un telegiornale digitale può essere fatto di servizi filmati, ma anche di testi scritti, e potrebbe essere ricevuto attraverso un qualunque canale in grado di trasmettere informazione in formato digitale.

Protagonista della rivoluzione digitale: il computer

Il computer è lo strumento per eccellenza dell'era digitale.

Caratteristiche

Lavora a partire da informazione in ingresso (input), la elabora in base a una serie di regole (programma) e restituisce l'informazione in uscita (output). Deve possedere dispositivi di input per inserire i dati su cui lavorare, dispositivi di output attraverso il quale restituire i risultati del lavoro svolto, e un programma per operare.

Dispositivi di input e output e CPU

Dispositivi di input: Mouse, tastiera, scanner, scheda di acquisizione sonora.

Dispositivi di output: Stampante e lo schermo, schermo sensibile al tatto o touch screen.

Le memorie di massa come floppy, dischi rigidi non sono considerati dispositivi di input o output, perché i dati vi vengono conservati in formato digitale. Il cervello vero e proprio del computer, quello che seguendo un programma elabora l'informazione, è la CPU (Unità di elaborazione centrale del computer, Central Processing Unit).

Macchina di Touring

Una semplice macchina astratta capace di elaborare informazione in formato digitale sulla base di un programma composto da regole è la macchina di Touring, dal nome del logico e matematico Alan Touring. Si tratta di una costruzione semplicissima e potente. Nastro di lunghezza infinita diviso in singole celle delle quali può essere scritto un simbolo. Su ogni casella si può scrivere solo i simboli 0 e 1, comprende una testina di lettura/scrittura che sia in grado di leggere il simbolo che si trova nella celletta sopra la quale è posizionata, e di scrivere in modo da poter modificare il simbolo letto. Potrà assumere una serie infinita di stati distinti. Possiamo specificare le istruzioni del programma da fare eseguire alla macchina. Insomma, la macchina disporrà di un programma in grado di fare spostare la testina sul nastro e di far cambiare stato alla macchina stessa in dipendenza dello stato in cui la macchina si trova e dal simbolo sul quale si trova posizionata.

Dalla macchina di Von Neumann alla CPU

La macchina di Von Neumann influenzò la realizzazione di due fra i primi computer: ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) e EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Al posto del nastro, nel microprocessore troveremo una serie registri, ovvero piccoli serie di cellette composte da elementi che possono assumere due stati e così chiamate bistabili. La CPU lavora per lo più trasferendo informazioni in formato binario dalla memoria ai registri, se il caso modificandole in base alla regola del programma, e quindi trasferendole nuovamente nella memoria. Molte istruzioni di programma richiedono un particolare componente importante, l'ALU o unità aritmetico-logico che compie le principali operazioni aritmetiche e logiche.

Operazioni logiche o booleane

• AND (e): accetta come input due bit e ne restituisce come output 1, se e solo se entrambi i bit di input avevano valore 1 (vero) e avrà valore 0 (falso).
• OR: accetta come input due bit e ne restituisce uno perché il bit di output abbia valore 1 sarà sufficiente che anche.
• NOT: Il funzionamento dovrebbe essere intuitivo, l'operazione NOT avrà come input un solo bit, se è 0 il valore dell'output sarà 1 e viceversa.

Cos'altro c'è nella CPU

Ha bisogno di canali attraverso cui viaggiare bus diversi per lo scambio dei dati, alcuni interni la CPU, altri fra la CPU e altri componenti. Bus dei dati arrivano i dati. Bus degli indirizzi si occupa degli indirizzi di memoria per reperire dati e istruzioni. La CPU ha bisogno di ricevere e inviare dati verso questa memoria, in maniera ordinata e avviene tramite un meccanismo di indirizzi. I dati su cui lavorare sono il contenuto delle celle, non il loro nome o indirizzo. Compiti svolti generare e invio di segnali di controllo e sincronizzazione.

Piastra madre

La CPU è incastonata in una scheda che raccoglie altre componenti fondamentali del PC, memoria, porte di comunicazione. Si tratta della piastra madre, inserita nella fessura o slot, situata in alto a destra e marcata come slot one. O sono inserite in appositi alloggiamenti, socket. Sopra lo slot = porte di comunicazione verso l'esterno. Le porte sono parallela (collegamento stampante-scanner), seriale (collegati modem, mouse, etc.).

La porta USB costituisce un'alternativa più veloce alla porta parallela, e permette di collegare molteplici periferiche. La porta PS/2 è usata per il collegamento del mouse. Sono collegate alla CPU attraverso bus di dati che corrono lungo la piastra madre. Il chip di controllo della AGP è sotto lo slot, canale dedicato a far circolare in maniera veloce i dati grafici. Scheda grafica per i dati grafici una buona aiuta la CPU nella loro gestione. ISA (più recente comunicazione più veloce) e PCI (più antico) sono alloggiamenti nei quali possono essere inserite schede di espansione.

Memoria

La CPU ha bisogno di molta memoria esterna sui quali conservare i dati di lavoro, le istruzioni, in lettura e scrittura. Può essere di diversi tipi: memoria a portata di mano disponibile sulla piastra, alla quale è possibile accedere in maniera veloce. Memoria esterna sotto forma dispositivi di memoria di massa come i floppy disk e dischi rigidi, CD-ROM, DVD. Il dispositivo più capiente è la RAM (Random Access Memory) dove viene conservata gran parte dei dati sui quali lavoriamo e le istruzioni dei programmi che stiamo usando per scriverlo. RAM è una memoria volatile, i dati vengono conservati sotto forma di potenziali elettrici e se spegniamo la spina vanno persi.

Parte di memoria non volatile necessaria deve essere a portata di mano sulla piastra madre e conservate da una memoria non volatile, si tratta del BIOS (Basic Input-Output System). La memoria non volatile che in genere conserva questi dati è in genere considerata memoria di sola lettura o memoria ROM (Read Only Memory). Memoria esterna di una certa ampiezza in grado di migliorare le prestazioni della CPU detta memoria cache.

Dispositivi di memoria di massa

La memoria RAM interna di un computer diventa sempre più ampia, ma è una memoria volatile, non è in grado di conservare in maniera permanente dati e programmi. A questa esigenza rispondono i cosiddetti dispositivi di memoria di massa: disco rigido, floppy disk, CD-ROM, DVD nastri, cartucce. Floppy disk: 1,44 Mb materiale magnetico. CD-ROM diffusissimi, supporto ottico, una volta scritti sono di sola lettura, e non possono essere modificati con nuovi dati. DVD simili ai CD ma dimensioni maggiori da 4,7 a 17 Gb.

Altre periferiche

Più importanti input:

• Tastiera: Serve a immettere nel PC numeri e testo, ma anche a guidare lo svolgimento di un programma.
• Mouse: Per lavorare su ambienti esterni o sistemi operativi ad icone, al movimento del mouse su un piano viene fatto corrispondere il movimento del puntatore nello schermo. Viene comunicato al computer attraverso i segnali inviati da sensori collocati intorno alla pallina sulla superficie inferiore del mouse stesso. Ha uno o più tasti e alla cui pressione fa corrispondere azioni sugli oggetti situati nell'area dello schermo.
• Joystick: Input per giochi.
• Scanner: Per far acquisire al computer immagini e testi a stampa.
• Tavoletta grafica: Movimenti di penna sulla superficie vengono registrati da appositi sensori e vengono fatti corrispondere ai movimenti di una penna virtuale sullo schermo del computer.

Output:

• Monitor: Dimensioni misurate in pollici, portatile schermo a cristalli liquidi possono essere basati sulla tecnologia dual scan o matrice attiva, o cristalli liquidi, elevata qualità dell'immagine.
• Stampante: Sono di tre tipi ad aghi, laser ed a getto di inchiostro. Plotter stampanti grafiche a pennini utilizzate per la progettazione e il disegno architettonico.

Programmi

Hardware: Componenti fisiche. Software: Programmi che il PC è in grado di eseguire, che dà vita all'hardware.

Sistema operativo

Il BIOS comprende una programmazione di base che mette il processore in grado di conoscere le principali componenti installate sul computer e di comunicare con esse. Es riconosce l'esistenza del floppy o dei dischi rigidi. All'inizio erano basati sull'idea che la comunicazione fra uomo e computer avvenisse attraverso un linguaggio: artificiale e assai povero. Esempi: MS-DOS (Disk Operating System Microsoft) o UNIX, si basavano sull'idea che l'utente impartisca i propri comandi in forma scritta, utilizzando la tastiera. Adesso interfacce ad icone o grafiche, l'utente interagisce attraverso il puntatore del mouse.

Sistema operativo con interfaccia grafica è stato sviluppato negli anni '70, nei laboratori della Palo Alto della Xerox, ma la loro diffusione la si ha solo con Apple, poi con Macintosh nel 1984 hanno adottato sistemi operativi a icone. Commodore Amiga aveva l'interfaccia a grafica a icone, ed esistono per molte versioni di UNIX. Il sistema operativo è dunque il primo e più importante programma a disposizione del computer, una volta presa coscienza di sé attraverso l'acquisizione delle informazioni contenute nel BIOS, la prima operazione fatta dal computer è il caricamento del sistema operativo, presente nel disco rigido.

File system

Il computer conserva sulle memorie di massa i documenti e i programmi utilizzati, creati volontariamente dall'utente o creati autonomamente dal computer, essi sono dei file: unità informative autonome di ciascuno dei quali il computer deve conoscere l'esatta collocazione, le dimensioni e le caratteristiche. File: estensione del concetto di documento. Il computer deve essere in grado di organizzare questi file per il facile reperimento, deve copiarli da una memoria ad un'altra. Il file system provvede a queste operazioni, l'utente ne ha accesso tramite un programma che consente di visualizzare la struttura usata per ordinare i file all'interno del disco rigido.

Alcuni fra i principali sistemi operativi

CP/M: Uno dei primi sistemi operativi per personal computer, il CP/M (Control Program for Microcomputers) è stato creato dalla Digital Research Corporation (e in particolare da Gary Kildall). Si tratta di un sistema operativo a caratteri, ormai obsoleto.

DOS: Acronimo di Disk Operating System. Il termine è generico, ma viene in genere utilizzato con riferimento al MS-DOS. Si tratta di un sistema operativo a caratteri. È considerato oggi superato.

UNIX: Sistema operativo a caratteri sviluppato nei laboratori della Bell attorno alla metà degli anni '70, lo UNIX nasce come sistema operativo modulare e flessibile rivolto soprattutto all'utilizzazione da parte di programmatori professionisti. Pur essendo un sistema operativo a caratteri, le sue capacità di multitasking e multiutenza, la sua concezione modulare e l'utilizzazione diretta di un linguaggio di programmazione particolarmente potente, il C, lo rendono tuttora assai diffuso, anche se in genere a livello di workstation, ovvero di sistemi più potenti dei personal computer casalinghi. Negli ultimi anni, tuttavia, ha raggiunto una notevole diffusione una versione 'popolare' di UNIX denominata Linux, realizzata per iniziativa del programmatore Linus Torvalds, distribuita gratuitamente...