Introduzione all’Informatica e alla
rappresentazione
dell’informazione
Sommario
Cosa è l’informatica
Rappresentazione dell’informazione
Codifica dell’informazione
Definizione delle nozioni di bit e di byte.
Il calcolatore: principi di base
Il concetto di algoritmo
I linguaggi naturali e i linguaggi di programmazione
I connettivi logici
Il concetto di hardware e software
Tipologie di calcolatori
Università degli studi di Salerno
Cos’è l’informatica
La parola “Informatica” deriva dal francese “Informatique”e
dall’unione di due termini infor(mazione) + (auto)matica.
Il termine è stato coniato per denotare la disciplina che studia
l’uso dei calcolatori elettronici per elaborare l’informazione. La
parola informatica può essere vista come corrispondente
dell’inglese Computer Science (Scienza dei Calcolatori).
L’ICT (Information & Communication Technology) indica l’insieme
delle tecnologie che uniscono le funzioni dell’informatica alla
trasmissione dei dati, in modo da poter realizzare applicazioni
distribuite attraverso la cooperazione di più computer.
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Rappresentazione dell’informazione
Ciò che ha reso veramente versatile il computer è stata l’idea di
rappresentare l’informazione mediante un codice universale,
adatto ad esprimere ogni tipo di informazione, il cosiddetto
codice binario.
esempio di testo
la donna
è immobile
qual piuma
al vento
esempio di immagine
esempio di numeri
123x254
181+23
32/4
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Codifica dell’informazione [1]
Tutti noi siamo abituati a codificare
l’informazione.
Pensate alla lingua scritta: un
(piccolo) insieme di simboli, i
caratteri dell’alfabeto, vengono
utilizzati per comporre parole e
frasi che possono esprimere
qualunque concetto.
Gli stessi simboli vengono usati di
volta in volta per esprimere
matematica, poesia, letteratura,
economia, leggi, ecc., ecc.
L’informazione è codificata da
questi simboli.
a, b, c, d, e.....z
0,1,2...9
amore, cuore, capanna, mamma,
dolore, professore, zibaldone,
procellaria, pinguino, leone, ecc. ecc.
31 simboli:
21 caratteri
10 cifre
centinaia di
migliaia di parole
ed infiniti numeri
31, 25, 888, 313, 1024
La mia banda suona il rock, ma è un
rock bambino…
milioni di frasi
per milioni
di concetti
La donzelletta che vien dalla
campagna…
E= mc2
Gli investimenti effettuati
nel triennio 2003 2006 possono
essere considerati...
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Codifica dell’informazione [2]
Combinando i 21 simboli
dell’alfabeto italiano ed i 10 simboli
delle cifre decimali si possono
codificare parole, frasi e numeri.
A, b, c, … z
A, b, c, ... z
Tutti non ben sappiamo che
l’alfabeto italiano non è l’unico
codice possibile.
Ad esempio c’è l’alfabeto greco,
oppure quello cirillico.
oppure quello arabo.
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Codifica dell’informazione [3]
Tra i vari possibili codici, il più
semplice è quello binario.
Il codice binario è composto da soli
due simboli “0” e “1”
due simboli
0,1
00010110101000101
10010011001000010001
stringhe di bit
11110010010010001001001
Usando opportune combinazioni
(stringhe) di bit è possibile
codificare qualsiasi informazione.
Dunque possiamo codificare in
binario sia i dati che vogliamo
elaborare che le istruzioni che ci
dicono come farlo.
La
do nna
è
mo bile
qu al
piuma
al v ent o
123 x 245 =
informazioni
281 + 333 =
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Definizione delle nozioni di bit e byte [1]
Il PC parla un linguaggio fatto di sole 2 cifre: 0 e 1: gli stati del
BIT (da Binary Digit)
Questi due Stati sono assimilabili al concetto di circuito aperto e
circuito chiuso dell’elettronica.
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Definizione delle nozioni di bit e byte [2]
Mentre noi umani contiamo con 10 dita, il PC ne usa solo 2: un gruppo di
8 Bit (corrispondente a 8 circuiti o transistori in sequenza) è detto Byte (o
Parola) ed è rappresentato così:
128
0
64
1
32
1
16
0
8
1
4
0
2
0
1
1
Pesi
Bits
I pesi altro non sono che le potenze del ‘2’ a partire da
destra dall’esponente ‘0’ fino all’esponente ‘7’. I Bit vanno moltiplicati
per il loro peso e quindi sommati. Quindi il numero binario 01101001
corrisponde al decimale 105:
(2 0) (2 1) (2 1) (2 0) (2 1) (2 0) (2 0) (2 0) 105
7
6
5
4
3
2
1
0
Infatti se moltiplichiamo (128*0) + (64*1) + (32*1) + (16*0) + (8*1) +
(4*0)+ (2*0) + (1*1) otteniamo il numero decimale 105, è 01101001 è la
sua rappresentazione binaria.
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Il calcolatore: principi di base [1]
Il mezzo che permette l’elaborazione e
la fruizione delle informazioni è il
calcolatore elettronico o computer.
Il computer come noi lo conosciamo
nasce da studi condotti durante la II
guerra mondiale ed ha, quindi, poco
più di 50 anni di vita.
Si tratta certamente di una delle
macchine di maggior successo nella
storia delle scienze ed oggi conta
innumerevoli campi di applicazione.
calcolo scientifico;
automazione industriale;
didattica multimediale;
comunicazione (posta elettronica, internet);
grafica computerizzata;
commercio elettronico;
intrattenimento (videogames);
ecc., ecc.
Ecco una lista di alcuni settori nei quali
l’introduzione del calcolatore ha avuto
un impatto molto significativo:
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Il calcolatore: principi di base [2]
Uno dei punti di forza del computer consiste nella sua duplice natura
hardware e software.
Possiamo iniziare lo studio del nostro calcolatore osservando che il
computer non è altro che un elaboratore elettronico, cioè una
macchina in grado di elaborare le informazioni utilizzando
componenti elettrici, elettronici e meccanici.
Anche se oggi la cosa ci appare del tutto naturale, fino a pochi decenni or
sono l’idea di una macchina fisica in grado di manipolare una cosa
immateriale come l’informazione era considerata irrealizzabile.
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Concetto di algoritmo [1]
Sequenza di azioni (prescrizioni) per effettuare un compito
La descrizione di una serie di operazioni la cui esecuzione permette
di risolvere un problema.
La definizione di un algoritmo e’ basata sulla disponibilità di INPUT
e implica la loro trasformazione per la produzione di un OUTPUT
Esempi:
Ricetta per realizzazione di un piatto
Istruzioni di montaggio di un elettrodomestico
Prelievo bancomat
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Concetto di algoritmo [2]
INGREDIENTI
Software
Hardware
RICETTA
UTENSILI
algoritmo
TORTA
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Concetto di algoritmo [3]
Gli algoritmi sono espressi mediante un linguaggio e sono
realizzati da un esecutore (uomo o macchina)
Nell’elaboratore gli algoritmi per la soluzioni di particolari
problemi sono espressi mediante un linguaggio di
programmazione.
Linguaggio di programmazione = linguaggio formale che
l’elaboratore e’ in grado di comprendere
Un programma e’ la descrizione di un algoritmo ed e’ costituito
da una sequenza di istruzioni che il calcolatore e’ in grado di
comprendere ed eseguire
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Concetto di algoritmo [4]
Elaboratore
INPUT
Insieme di dati
ammissibili
OUTPUT
Trasformazione dei dati di ingresso
seguendo le prescrizioni specificate da
un
opportuno
algoritmo
descritto
mediante
un
linguaggio
di
programmazione
Umano
(che definisce
l’algoritmo)
programma
Insieme di dati
desiderati
Elaboratore
(che conosce solo alcune azioni
elementari: es. confrontare due numeri,
eseguire semplici operazioni
aritmetiche
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I linguaggi naturali e i linguaggi di programmazione [1]
L’elaboratore esegue programmi
Un programma eseguibile dal computer è una sequenza di
istruzioni macchina comprensibili da quel computer.
Usando sequenze diverse di istruzioni, e dati diversi,
possiamo far fare al computer le cose più disparate.
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I linguaggi naturali e i linguaggi di programmazione [2]
I linguaggi di programmazione permettono di scrivere
programmi con una notazione adatta agli esseri umani, e in
alcuni casi molto intuitiva.
Usando degli opportuni traduttori (compilatori ed interpreti) lo
stesso programma può essere usato su macchine diverse.
Fortran, Cobol, Pascal, Ada, C, C++, Java, Lisp, ML, Prolog,...
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I linguaggi naturali e i linguaggi di programmazione [3]
Analogie:
Nella semantica della composizione del testo. Sia
una frase che un’istruzione possono essere
corrette grammaticalmente e sintatticamente,
pur non avendo significato e non potendo essere
eseguita.
Una corretta composizione di frasi non
necessariamente dà luogo a frasi sensate, come
successioni di istruzioni corrette non danno
necessariamente luogo a un programma
completo.
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I linguaggi naturali e i linguaggi di programmazione [4]
Differenze:
Una frase comprensibile può benissimo essere
scorretta, mentre la programmazione può essere
portata al fallimento dal minimo errore sintattico.
Una frase può essere ambigua in un contesto e non
esserlo in un altro, mentre non c’è interdipendenza
tra le istruzioni dei linguaggi di programmazione e il
contesto.
Nel linguaggio naturale uno stesso termine può
avere un valore diverso all’interno di una frase
(sinonimo), mentre in un linguaggio di
programmazione ben concepito ogni simbolo ha un
significato specifico.
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I connettivi logici [1]
Per poter isolare la struttura logica del linguaggio naturale, valutare
la correttezza di un ragionamento, di una deduzione, di un
argomentazione espresse in linguaggio naturale è utile selezionare
una plausibile struttura logica del discorso naturale, eventualmente
lasciando perdere altri aspetti. A causa delle vastissime risorse
espressive del linguaggio naturale, questa operazione avrà
necessariamente l’aspetto di uno sfrondamento, di una riduzione
all’essenziale, di una riformulazione che acquista univocità ma che
perde sfumature questa operazione, detta ascesa sintattica, arriva
alla costruzione di un linguaggio artificiale, il linguaggio della
logica dei predicati.
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I connettivi logici [2]
Proposizione: ogni espressione linguistica per la quale abbia senso
chiedersi se è vera o falsa
Assumiamo che i termini naturali "se ... allora ...", "oppure" , "e" ,
"non" (e i loro sinonimi: ad es. "implica", "o"...) abbiano un ruolo
centrale nella combinazione logica delle proposizioni e associamo
ad essi i simboli
¬ (non) ∧ (e) → (se … allora) ∨ (o,oppure)
(detti connettivi logici )
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I connettivi logici [3]
La negazione
La negazione è il connettivo che inverte il valore di
verità di una proposizione La tavola di verità per la negazione è ovvia:
negazione:
A¬A
v
f
f
v
La congiunzione
Congiunzione di due proposizioni A e B è la proposizione che è vera se
entrambe A e B sono vere, falsa in tutti gli altri casi.
La definizione è rappresentabile con la tavola di verità per la congiunzione:
A
v
v
f
f
B A∧B
v
v
f
f
v
f
f
f
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I connettivi logici [4]
La disgiunzione
La disgiunzione di due proposizioni A e B è la proposizione che è vera se almeno una
delle due fra A e B è vera, falsa se entrambe sono false La definizione è
rappresentabile con la tavola di verità per la disgiunzione:
AB
v v
v f
f v
f f
A∨B
v
v
v
f
Il condizionale
Il condizionale di due proposizioni A e B è il connettivo a due argomenti indicato con
→ e definito dalla seguente tavola:
A B A→B
v
v
f
f
v
f
v
f
v
f
v
v
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Il concetto di hardware e software [1]
L’hardware è l’insieme dei dispositivi fisici,
elettronici e meccanici che costituiscono
l’elaboratore e che permettono l’esecuzione
materiale delle operazioni.
Di solito si dice che è la parte che si può
“toccare” o “prendere a calci”.
In realtà l’hardware non comprende solo
l’esterno del calcolatore, ma anche il suo interno.
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Il concetto di hardware e software [2]
Ad esempio, se provassimo a
costruire una lista di componenti
hardware potremmo elencare:
il processore;
l’hard disk;
la scheda video;
la scheda di rete;
il monitor;
la tastiera;
il mouse;
l’alimentatore;
la webcam;
la stampante…
…e chi più ne ha più ne metta!
Università degli studi di Salerno
Il concetto di hardware e software [3]
Il software, invece, è l’insieme delle applicazioni, dette anche programmi,
finalizzate alla risoluzione di un determinato problema o allo svolgimento di
particolari attività.
Il software consiste in una serie di istruzioni date alla macchina hardware
affinchè essa svolga determinati compiti.
Il punto di forza dei computer, l’idea di fondo alla base del loro successo, sta
nel fatto che queste istruzioni possono essere codificate e conservate nella
macchina stessa.
ma anche nel fatto che...
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Il concetto di hardware e software [4]
…Il software cambia a seconda dell’utilizzo che se ne deve fare!
In questo modo la stessa macchina hardware diviene, di volta in volta, una
macchina diversa.
Per fissare questo concetto pensiamo a come il nostro personal computer
divenga una macchina da scrivere, uno strumento per disegnare, una consolle
da videogiochi, ecc. a seconda del software che stiamo utilizzando…
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Il concetto di hardware e software [5]
E’ possibile distinguere tra due
principali categorie di software:
software di sistema e quello
applicativo.
il
Il software di sistema, il cui esempio
principale è il cosiddetto sistema
operativo, ha lo scopo di permettere
all’utente di interagire facilmente con
l’hardware, sfruttandone a pieno le
potenzialità . Esempi di sistemi
operativi sono:
Microsoft Windows Xp;
Linux;
MAC OSX.
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Il concetto di hardware e software [6]
Il software applicativo, è formato dall’insieme di
programmi che permettono lo svolgimento di
uno specifico compito. Studieremo in maggior
dettaglio alcuni software applicativi nelle sezioni
2, 3 del Modulo Base.
Alcuni esempi di software applicativi
famosi sono:
il pacchetto Office della Microsoft, che permette
la scrittura (Word),
la gestione di database (Access),
la creazione di presentazioni (Power Point) e la
gestione di Fogli Elettronici (Excel); Firefox,
famoso browser ovvero un software che
permette la navigazione in Internet;
Eudora, notissimo programma che gestisce la
ricezione e l’invio di e-mail.
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Tipologie di computer [1]
Supercomputer
mainframe e mini
personal computer
Server
Notebook
palmari
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Tipologie di computer [2]: I supercomputer
I computer non sono tutti uguali, ma possono
essere classificati in base alla loro potenza ed al
loro utilizzo.
Nelle prossime diapositive descriveremo alcuni
esempi.
I Supercomputer:
sono i computer più potenti e vengono
impiegati, tra l’altro, nella progettazione
industriale e nelle previsioni atmosferiche;
Ad esempio, il supercomputer SX-8 progettato
dalla NEC è composto da 4096 processori
capaci di eseguire 65 trilioni di
operazioni al secondo.
Evidentemente, queste macchine sono
estremamente costose e di difficile impiego
e quasi sempre sono utilizzati da organismi
statali e militari.
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Tipologie di computer [3]: mainframe e mini
Mainframe:
Sono computer progettati per essere usati da molti utenti contemporaneamente
attraverso i terminali.
Questi ultimi sono composti essenzialmente da uno schermo e da una tastiera che
devono comunicare con il sistema centrale. In realtà, i terminali non sono dei
computer, ma piuttosto
delle periferiche input/output.
Soprattutto nel passato sono stati impiegati da banche, linee aeree, compagnie di
assicurazioni le università.
Minicomputer:
I minicomputer (anche detti semplicemente “mini”) possono essere descritti come dei
mainframe meno potenti (ovvero pensati per essere utilizzati da un numero minore di
utenti).
Anch’essi sono posti al centro di una rete di terminali, ognuno dei quali lavora con il
minicomputer come se fosse indipendente dagli altri. Quando necessario, gli utenti
possono condividere direttamente sia programmi e dati, sia le periferiche (ad es., le
apparecchiature di stampa).
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Tipologie di computer [4]: workstation
Workstation:
Le workstation sono state i primi
computer progettati per uso
individuale;
hanno alto rendimento e medio
piccole dimensioni;
Sono impiegate soprattutto in
ambienti lavorativi di calcolo
scientifico e matematico e per lo
sviluppo di grafica
tridimensionale.
Un tipico studio per applicazioni
audio/video basato su workstation.
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Tipologie di computer [5]: personal computer
Personal Computer:
La grande diffusione e l’enorme
successo dell’informatica,
assieme alle evoluzioni
tecnologiche che hanno
consentito la costruzione di
calcolatori di piccole dimensioni,
bassi consumi e costi contenuti,
hanno portato nei primi anni ’80
all’introduzione del personal
computer (PC).
Studieremo tra poco in maggior
dettaglio le caratteristiche del PC,
per ora ci limitiamo a
considerarne l’enorme diffusione
che ha portato allo sviluppo di
tutta una serie di prodotti.
Ad esempio:
i Desktop, sono i cosiddetti computer “da
scrivania”, dedicati al singolo utente che hanno
costi contenuti e capacità elaborative
autonome e sono progettati per essere
posizionati permanentemente in casa o in
ufficio.
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Tipologie di computer [6]: I server
Server:
è usata come denominazione per
modelli destinati ad essere utilizzati
nella gestione di applicazioni server di
rete con pesanti carichi di lavoro,
spesso senza il controllo di operatori e
per un periodo di tempo prolungato.
Qualsiasi workstation è in grado di
agire come server, tuttavia i server in
genere hanno caratteristiche speciali al
fine di renderlo più adatto, come
sistemi di alimentazione e connessioni
di rete ridondanti, o grandi capacità di
memoria di massa.
Oggi i server sono spesso
realizzati in forma e dimensioni
tali da poter essere ospitati in
appositi Armadi
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Tipologie di computer [7]: I notebook
Notebook o “Laptop”:
sono computer portatili, leggeri e
maneggevoli, progettati per un utilizzo
pratico e frequente in qualunque
situazione grazie ad una batteria
ricaricabile che ne consente il
funzionamento autonomo; sono progettati
per essere estremamente leggeri anche a
scapito della dotazione di periferiche
(schermi piccoli,
memorie limitate, poche porte di
connessione, ecc.); Nel 2006, per la prima
volta, la vendita di portatili ha superato
quella di pc desktop.
Molti modelli di Notebook sono corredati da una
apposita unità detta “ docking station ”, che ne
rende possibile l ’uso in maniera equivalente ad una
postazione fissa da ufficio (ad esempio, mediante
la connessione ad uno schermo più grande e a delle
memorie di maggiore capacità
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tipidi di computer [8]: palmari
Palmari:
Sono piccoli computer designati in inglese
con il termine “palmtop” o con la sigla PDA
(Personal Digital Assistant); hanno la
grandezza di un palmo della mano,
originariamente erano stati pensati come
una sorta di agenda (organizer) elettronica,
ma sono diventati sempre più complessi e
sofisticati, tanto da diventare un vero e
proprio pc, o meglio un pocket pc (pc
tascabile); Si prestano molto bene a
determinate applicazioni (ad esempio, il
GPS – Global Positioning System) e tendono
ad integrare le funzioni di telefonia
cellulare.
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Bibliografia
Introduzione all'informatica - Luca Console - UTET Libreria, 1995
Elementi di informatica generale - Gioacchino Candilio - FrancoAngeli, 2006
Information Representation and Retrieval in the Digital Age - Heting Chu American Society for Information Science and Technology by Information
Today, 2003
Introduzione all'informatica. Algoritmi, strutture, sistemi - Les Goldschlager,
Andrew W. Lister, Andrew M Lister, P. Gorgerino - SEI, 1988
Pc facile. Corso completo in autoistruzione alla conoscenza e all'uso del
personal computer - R. Rossi, L. Mercati - Jackson Libri, 2009
PC Hardware in a Nutshell - Barbara Fritchman Thompson - O'Reilly, 2008
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