Mappe concettuali Fondamenti informatica, schemi e mappe concettuali

MAPPE CONCETTUALI

Corso di Informatica

Scienze dell’Amministrazione e Organizzazione

Università Telematica San Raffaele Roma

Docente

Noemi Scarpato

INDICE

● Introduzione all’informatica

● Logica e informatica

● Algoritmi e calcolabilità

● Complessità di calcolo

● Linguaggi di programmazione

● Introduzione al computer

● Architettura di Von Neumann

● Dispositivi di Input / Output

● Architetture dei calcolatori

● Sistemi operativi

● Gestione dei processi

● Gestione della memoria

● Gestione dei dispositivi

● File system

● Sicurezza nei sistemi operativi

● Reti di calcolatori

● Infrastrutture di rete

● Protocolli di rete

● Struttura di Internet

● Servizi di Internet

● World Wide Web

● Motori di ricerca

● Profili giuridici

● Elaborazione dei documenti elettronici

● Elaborazione dei documenti di testo

● Basi di dati

● DBMS

● Modello Entità-Relazione

● Progettazione concettuale delle basi di dati

Informatica come disciplina chiave per

interpretare e governare la realtà digitale

Fornisce strumenti teorici e pratici per

comprendere il trattamento dell’informazione Conclusione Disciplina scientifica che studia il trattamento

Consente un uso efficace, critico e consapevole automatico dell’informazione

delle tecnologie Definizione di informatica Non si limita all’uso del computer

Competenza strategica utile in qualsiasi

contesto professionale e sociale Analizza processi, modelli e strumenti per

acquisire, elaborare, memorizzare e trasmettere

dati

Fondamenti teorici

Architettura dei calcolatori e sistemi operativi Strumenti tecnologici e servizi digitali Gestione delle informazioni

Introduzione

Principali ambiti di studio Prospettive dell'informatica

Gestione dei dati Metodi, principi e modelli teorici

all'informatica

dell'informatica Disciplina scientifica

Reti e servizi digitali Studio del funzionamento degli strumenti e

processi logici sottostanti

Elaborazione elettronica dei documenti Studio dei fondamenti teorici della

Per specialisti del settore rappresentazione dell’informazione

Aspetto scientifico

Uso consapevole e critico degli strumenti digitali Algoritmi e sistemi di calcolo

Importanza dello studio

dell'informatica

Miglioramento dell’efficienza e qualità del lavoro Fornitura di hardware e software

Informatica come scienza e Aspetto tecnologico

tecnologia

Valutazione delle potenzialità e limiti dei sistemi Automazione di attività complesse

Per professionisti di altri ambiti

informatici Progettazione di un algoritmo: attività scientifica

Comprensione della gestione e trasformazione Esempio

dei dati Implementazione in un programma: attività

tecnologica

Interazione efficace con software e servizi

digitali Mezzo per tradurre un algoritmo in forma

eseguibile da un calcolatore

Ruolo dei linguaggi di

Linguaggi di programmazione sono il ponte tra programmazione

ragionamento umano e esecuzione automatica Trasformano problemi astratti in istruzioni

Conclusione operative interpretabili dalla macchina

Competenza fondamentale per comprendere il

funzionamento dei sistemi informatici Sequenza finita di istruzioni per risolvere un

problema

Algoritmo

Traduce l’intero programma prima Compilatore

dell’esecuzione Non eseguibile direttamente da una macchina

Compilatori e interpreti Dal concetto di algoritmo al

Traduce ed esegue le istruzioni una alla volta Interprete programma Traduzione dell’algoritmo in istruzioni scritte

secondo una codifica precisa

Fondamenti Programma Comprensibile ed eseguibile da un calcolatore

Processo: esecuzione concreta delle istruzioni in dell’informatica: elettronico

un dato momento Processo ed esecuzione di un linguaggi di

programma

Differenza dall’algoritmo che descrive cosa fare

senza eseguirlo Comprensibile all’uomo

programmazione Interpretabile ed eseguibile dal calcolatore

Caratteristiche dei linguaggi di

Suddivisione del programma in parti più piccole programmazione Chiaro, conciso e non ambiguo

e gestibili Ogni istruzione ha un solo significato possibile

Procedure, funzioni e modularità

Migliorano la chiarezza del codice

Favoriscono la riutilizzabilità Operazioni di calcolo aritmetico

Riduzione degli errori Lettura e scrittura dei dati

Operazioni di base e strutture di Costrutti logici per organizzare istruzioni

controllo Sequenziale

Forme di organizzazione delle istruzioni Decisionale

Iterativa

Gli algoritmi sono la base teorica L’algoritmo è un concetto fondamentale

dell’informatica dell’informatica

Permettono di affrontare problemi di diversa Modello logico per descrivere la soluzione di un

complessità in modo strutturato Fondamenti dell’informatica problema in modo generale e sistematico

Conclusione

Comprendere un algoritmo significa: Trasforma una situazione iniziale in un risultato

finale tramite una sequenza ordinata di

Analizzare un problema operazioni

Definire una soluzione generale

Descriverla tramite una sequenza ordinata di Ogni algoritmo nasce dalla definizione di un

istruzioni problema

Il problema individua l’obiettivo da raggiungere

Rappresentazione grafica degli algoritmi L’algoritmo descrive il procedimento per

ottenere la soluzione

Costituiti da blocchi collegati da frecce che

indicano l’ordine di esecuzione Algoritmi

Diagrammi di flusso Dal problema alla soluzione Per costruire un algoritmo:

Visualizzano chiaramente la logica dell’algoritmo Individuare i dati iniziali

Facilitano la comprensione dei flussi di controllo Definire le operazioni da eseguire

Stabilire il risultato finale atteso

Istruzioni sequenziali: eseguite una dopo l’altra

Istruzioni condizionali: scelgono tra alternative Flussi di controllo Sequenza di istruzioni non ambigua, finita e

basate su condizioni vere o false ripetibile

Istruzioni iterative: ripetono un insieme di Le istruzioni devono essere precise e

operazioni per un certo numero di volte interpretabili in modo univoco

Caratteristiche di un algoritmo Un algoritmo è finito quando termina dopo un

numero limitato di passi

La soluzione si ottiene manipolando dati iniziali

tramite una sequenza di istruzioni È ripetibile quando produce risultati coerenti

Dati, istruzioni e risultati eseguendolo più volte con gli stessi dati

L’algoritmo produce uno o più risultati come

output del procedimento Studio dei problemi risolvibili con un algoritmo

Definizione di calcolabilità Identificazione dei limiti del calcolo automatico

Esistenza di un algoritmo che termina dopo passi

finiti

Algoritmo fornisce risultato corretto per ogni

Problema calcolabile input valido

Non riguarda l’efficienza ma la possibilità di

soluzione automatica

Terminazione essenziale per la calcolabilità

Algoritmi e terminazione Algoritmo in ciclo infinito non risolve il problema

Verifica della terminazione è centrale nello

studio

Fondamenti dell’informatica Problemi senza alcun algoritmo risolutivo

Non dipendono da potenza dei calcolatori o

Problemi non calcolabili

Calcolabilità linguaggi

Limiti teorici dell’informatica

Modello astratto che simula qualsiasi algoritmo

Macchina universale Analizza cosa può essere calcolato e cosa no

Esempio classico di problema non calcolabile

Problema della decisione Non esiste algoritmo che stabilisca se un

programma termina o va in loop infinito

Comprendere i limiti fondamentali del calcolo

automatico

Conclusione Distinzione tra ciò che può essere automatizzato

e ciò che non può esserlo Studia le risorse necessarie per risolvere un

problema tramite un algoritmo

Analizza tempo e memoria richiesti durante

Fondamenti dell’informatica Complessità di calcolo l’esecuzione

Lo studio della complessità consente di valutare

l’efficienza degli algoritmi Indipendente da linguaggio di programmazione o

calcolatore

Aiuta a scegliere la soluzione più adatta a un Conclusione

problema

Essenziale per progettare programmi affidabili e Non basta verificare se un algoritmo funziona

scalabili correttamente

Concetto di complessità È necessario valutare l’efficienza degli algoritmi

Dipende dalla dimensione dell’input Misura delle prestazioni in termini astratti

Complessità di

Numero di operazioni può crescere in modo Crescita della complessità Calcolo

lineare, quadratico o esponenziale Indica il numero di operazioni elementari

Fondamentale per prevedere il comportamento eseguite

dell’algoritmo Tempo di calcolo Funzione della dimensione dei dati di ingresso

Algoritmi con lo stesso risultato possono avere Permette di stimare la crescita del tempo di

complessità diverse esecuzione con l’aumentare del problema

Confronto tra algoritmi

Algoritmo efficiente usa meno tempo o spazio Misura la quantità di memoria necessaria per

Permette risoluzione di problemi di dimensioni l’esecuzione

maggiori Spazio di calcolo Include spazio occupato dai dati e dalle

strutture di supporto

Il legame tra logica e informatica consente di

comprendere le basi teoriche del calcolo

automatico Conclusione Base dello sviluppo teorico e pratico dei sistemi

La logica permette di definire, analizzare e di calcolo

verificare i processi dell’elaborazione delle

informazioni La logica fornisce strumenti formali per

Rapporto tra logica e informatica descrivere il ragionamento corretto

L’informatica utilizza tali strumenti per

Verifica la correttezza degli algoritmi progettare algoritmi e sistemi automatici

Ruolo della logica nel calcolo

Dimostra proprietà fondamentali come

terminazione e coerenza dei risultati automatico La logica matematica studia le regole del

Strumento essenziale per garantire l’affidabilità Fondamenti ragionamento valido

dei sistemi informatici dell’informatica: In informatica, queste regole formalizzano

Logica matematica e informatica problemi

logica e informatica

Modelli astratti rappresentano il funzionamento Definiscono procedure precise

dei calcolatori Verificano la correttezza dei processi di calcolo

Consentono lo studio generale delle capacità e Macchine astratte e modelli logici

dei limiti del calcolo automatico

Indipendenti dalla tecnologia impiegata Obiettivo: stabilire quali problemi sono risolvibili

con procedure automatiche

Problemi risolubili e non risolubili Alcuni problemi hanno soluzioni algoritmiche

Traduzione di un problema reale in un linguaggio

rigoroso e privo di ambiguità Altri presentano limiti teorici che impediscono

risoluzioni complete

Passaggio essenziale per l’esecuzione corretta Formalizzazione dei problemi

delle istruzioni da parte del calcolatore

Garantisce risultati affidabili Il computer è uno strumento generale e

programmabile

Può svolgere un numero molto elevato di

Programmabilità compiti diversi

Comprendere il funzionamento dei sistemi

informatici è essenziale A differenza delle macchine tradizionali,

modifica il proprio comportamento in base al

Distinzione tra hardware e software Conclusione Caratteristiche fondamentali del programma eseguito

fondamentale computer Attraverso programmi diversi può scrivere testi,

Conoscere il ruolo del sistema operativo e i elaborare immagini e filmati

principi di rappresentazione dell’informazione è

importante per lo studio dell’informatica Può progettare strutture, produrre musica o

Flessibilità svolgere attività di gioco

Le informazioni vengono rappresentate La flessibilità rende il computer uno strumento

Codifiche digitali

attraverso codifiche digitali estremamente versatile

I numeri possono essere espressi in basi diverse Rappresentazione dell’informazione

Numeri e testi Il computer esegue istruzioni con estrema

I testi sono rappresentati tramite codifiche velocità

standard come ASCII e Unicode Velocità di esecuzione

Introduzione al

Basato sui valori 0 e 1 Elabora grandi quantità di dati

Sistema binario Computer e programmi

computer Ogni risultato dipende dalla correttezza del

Alla base della rappresentazione dei dati programma eseguito

Dipendenza dal programma Errori nella sequenza di istruzioni portano a

Programma fondamentale per il funzionamento risultati errati anche con calcoli rapidi

del computer Il sistema operativo

Gestisce le risorse hardware Funzioni principali Sono integrati in altri dispositivi come telefoni

cellulari, automobili, elettrodomestici e sistemi di

Coordina l’esecuzione dei programmi controllo

Consente l’interazione tra l’utente e la macchina Computer specializzati Non sono percepiti come dispositivi autonomi

Funzionano come parte integrante

dell’apparecchiatura

Comprende tutti i componenti fisici del Hardware

computer Hardware e software

Insieme di programmi e dati che regolano il Software

funzionamento dell’hardware Programmi e dati memorizzati nella stessa

memoria

Struttura generale Gestione sequenziale da parte dell’unità centrale

di elaborazione Spesso indicata come RAM

Fondamento teorico dei moderni sistemi di

calcolo Memoria volatile che perde i dati allo

Conclusione spegnimento

Comprensione essenziale per lo studio di Memoria interna

informatica, architetture dei computer e sistemi Contiene dati e istruzioni per l’esecuzione dei

operativi Architettura di Von programmi

Neumann Accesso diretto tramite indirizzi univoci

Collo di bottiglia di Von Neumann Esegue le istruzioni e coordina il sistema

Condivisione dello stesso canale di Limiti dell’architettura

comunicazione per dati e istruzioni Unità di controllo: gestisce il ciclo delle istruzioni

Componenti della CPU

Possibile rallentamento delle prestazioni con Unità logico-aritmetica: esegue operazioni

grandi quantità di dati matematiche e logiche

Unità centrale di elaborazione (CPU) Fase di istruzione: lettura e decodifica

dell’istruzione

Elementi principali della macchina Fase di esecuzione: lettura operandi, esecuzione

Ciclo della CPU istruzione, memorizzazione risultato

Funzionamento sequenziale e sincronizzato con

orologio di sistema

Consente comunicazione tra i componenti

Composto da bus dati, bus indirizzi e bus di

Bus di sistema controllo

Trasferisce dati, indirizzi di memoria e segnali di

controllo Memoria esterna (memoria di massa): conserva

dati e programmi in modo persistente

Memoria esterna e periferiche Periferiche input/output: permettono interazione

con ambiente esterno, inserimento e

visualizzazione informazioni

Dispositivi di Input / Output

INPUT MEMORIA DI MASSA

Tastiera Hard disk

Mouse SSD

Scanner Supporti ottici

Microfono DISPOSITIVI I/O

Comunicazione

↔

computer ambiente

OUTPUT PORTE / CONNESSIONI

Schermo USB

Stampante FireWire

Altoparlanti Bluetooth

Wi-Fi

CONTROLLER SUPPORTI

Gestione Magnetici

lettura / scrittura Ottici

flusso dati Stato solido Insieme dei componenti hardware e software che

costituiscono un elaboratore

Concetto di architettura Determina il comportamento del computer

Definisce come le parti del sistema cooperano

per eseguire programmi e gestire informazioni

Architettura del sistema

Analisi architetturale Tre aspetti fondamentali Rappresentazione dei dati

Comprendere le architetture dei calcolatori è Potenza di calcolo

fondamentale per interpretare l’evoluzione dei

sistemi informatici Conclusione

Lo studio di rappresentazione dati, livelli Analogica

gerarchici e classificazione fornisce visione

completa del funzionamento e potenzialità dei Basata su grandezze fisiche continue e Digitale

moderni calcolatori proporzionali al dato

Forme di rappresentazione Scompone l’informazione in unità discrete

rappresentate da numeri

Evoluzione tecnologica dei circuiti integrati Architetture e Consente memorizzazione ed elaborazione da

Densità dei componenti sui chip raddoppia ogni sistemi operativi: parte dei calcolatori

18 mesi circa Legge di Moore Rappresentazione dei dati

architetture dei Campionamento di un segnale analogico a

Ha portato a computer più potenti e a costi intervalli regolari

contenuti calcolatori Trasformazione in sequenza di valori numerici

Avvicinamento ai li