informatica per le scienze motorie

G. Careri, C. De Gregorio, M. Marinaro, S. Sorce e A. Genco
INFORMATICA
PER LE
SCIENZE
a cura di Alessandro Genco
Prefazione di Giuseppe Liotta
ARACNE
MOTORIE
Copyright © MMVIII
ARACNE editrice S.r.l.
www.aracneeditrice.it
[email protected]
via Raffaele Garofalo, 133 A/B
00173 Roma
(06) 93781065
ISBN
978–88–548–1995–5
I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,
di riproduzione e di adattamento anche parziale,
con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.
Non sono assolutamente consentite le fotocopie
senza il permesso scritto dell’Editore.
I edizione: agosto 2008
PARTE I: INFORMATICA DI BASE PER LE SCIENZE MOTORIE
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.8.1
1.8.2
1.8.3
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.7.1
2.7.2
3.
3.1.
3.1.1
3.2.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.5.1
4.6.
4.6.1
ARCHITETTURA DELL’ELABORATORE .............................11
Distinzione fra Hardware e Software ............................11
Componenti di base di un personal computer................12
Macchina di Von Neumann ...........................................12
Il Processore...................................................................14
Prestazioni......................................................................16
Le memorie ....................................................................17
Relazioni fra memoria e prestazioni dei computer ........21
Periferiche......................................................................22
Bus .................................................................................22
Periferiche di ingresso (Input) .......................................23
Periferiche di uscita (Output).........................................25
RAPPRESENTAZIONE DELL’INFORMAZIONE .....................29
Unità di misura della memoria ......................................29
Multipli utilizzati ...........................................................30
Il Sistema binario...........................................................31
Numeri binari relativi ....................................................34
Rappresentazione in virgola mobile ..............................36
Codice ASCII.................................................................39
Le operazioni aritmetiche nel sistema binario ...............41
L’Addizione...................................................................41
La sottrazione.................................................................42
ALGEBRA DI BOOLE ........................................................43
Definizione dell’Algebra Booleana ...............................43
Tabelle di verità .............................................................44
Insiemi di operatori booleani funzionalmente completi 45
BASI DI DATI ...................................................................47
Sistemi informativi, informazioni e dati........................47
Basi di dati, la definizione .............................................49
Sistemi di gestione di basi di dati ..................................50
Modelli di dati................................................................53
Livelli di astrazione nei DBMS .....................................55
Indipendenza dei dati .....................................................56
Il modello relazionale per le basi di dati........................57
Relazioni ........................................................................58
5
Indice
6
4.6.2
4.6.3
4.6.4
4.7.
4.7.1
4.7.2
4.7.3
4.7.4
4.7.5
4.7.6
4.7.7
4.7.8
4.8.
4.9.
Informazioni incomplete e valori nulli.......................... 59
Vincoli di integrità ........................................................ 60
Chiavi ............................................................................ 61
Cenni di algebra e calcolo relazionale........................... 62
Unione ........................................................................... 62
Intersezione ................................................................... 62
Differenza...................................................................... 63
Selezione ....................................................................... 63
Proiezione...................................................................... 63
Ridenominazione........................................................... 63
Join ................................................................................ 64
Viste .............................................................................. 64
Interazione con un database .......................................... 64
Conclusioni.................................................................... 66
5.
MICROSOFT ACCESS ....................................................... 67
6.
IL FOGLIO ELETTRONICO EXCEL .................................. 83
6.1.
Presentazione del Foglio Elettronico............................. 83
6.2.
MS - EXCEL................................................................. 84
6.3.
Ingresso in ambiente Microsoft® Excel 2002............... 84
6.4.
Caratteristiche del Foglio Elettronico ........................... 85
6.5.
Uso del foglio elettronico.............................................. 87
6.5.1 Inserimento di dati......................................................... 87
6.5.2 Le Formule .................................................................... 88
6.5.3 L’Ambiente Menù ......................................................... 89
6.5.4 Uso dei comandi predefiniti .......................................... 90
6.6.
Comandi e Istruzioni fondamentali ............................... 91
6.6.1 Gli Archivi (FILES di Excel). ....................................... 91
6.6.2 Le “Zone” o Aree di dati ............................................... 91
6.7.
Le Funzioni ................................................................... 95
6.8.
Esempi di alcune funzioni disponibili........................... 96
6.9.
Il comando “Formato”................................................... 97
6.10.
Il comando Copia (caratteristiche e funzionalità) ....... 101
6.10.1 Riferimento relativo e riferimento assoluto. ............... 103
6.11.
Breve descrizione delle “BARRE” ............................. 108
6.12.
I Grafici ....................................................................... 110
6.13.
Uscita dall’ambiente EXCEL...................................... 114
6.14.
Conclusioni.................................................................. 114
Indice
7.
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
7.7.
7.8.
7.9.
7.10.
7.11.
7.12.
7.13.
7.13.1
7.13.2
7.13.3
7.13.4
7.13.5
7.14.
7.14.1
7.14.2
7.15.
7.15.1
7.15.2
7.16.
7.16.1
7.16.2
7.16.3
7.16.4
7.16.5
7.16.6
7.16.7
7.17.
7.18.
7.18.1
7
RETI DI CALCOLATORI E INTERNET ...............................116
Introduzione.................................................................116
Topologie di rete..........................................................117
Client e server ..............................................................118
Mezzi trasmissivi .........................................................120
Schede di rete...............................................................121
Dispositivi di rete.........................................................121
Capacità trasmissiva ....................................................122
Protocolli di comunicazione ........................................123
Il modello OSI .............................................................125
Il modello TCP/IP........................................................126
LAN Ethernet e Fast Ethernet......................................128
Accesso remoto e WAN ..............................................129
Tipi di connessioni.......................................................130
Commutazione di circuito............................................130
Commutazione di pacchetto ........................................130
Linee dedicate digitali..................................................131
Linee dedicate analogiche............................................131
VPN - Intranet Extranet ...............................................132
Ipertesti e ipermedia ....................................................133
Caratteristiche principali dei sistemi ipertestuali.........134
La tecnologia multimediale .........................................134
Documenti multimediali e ambienti di sviluppo .........135
Rappresentazione interna di un documento
multimediale ................................................................135
Ambienti di sviluppo multimediali ..............................137
Basi di dati Multimediali e Ipermedia .........................138
Paradigma base degli Ipermedia ..................................138
Le strutture dell’ipertesto: il modello nodi-link...........138
Anchors........................................................................140
Browsing......................................................................140
Problemi del modello Nodi-Link.................................141
Hyperweb.....................................................................141
Internet e ipermedia .....................................................141
Internet.........................................................................142
World Wide Web .........................................................143
La parte client ..............................................................143
Indice
8
7.18.2
7.18.3
7.18.4
7.18.5
7.18.6
7.18.7
7.18.8
7.18.9
7.18.10
La parte server............................................................. 144
HTTP - HyperText Transfer Protocol ......................... 145
URL – Uniform Resource Locator.............................. 145
Comunicazione in internet .......................................... 146
Posta elettronica .......................................................... 147
Instant Messaging........................................................ 147
Forum .......................................................................... 148
Condivisione di file ..................................................... 148
Blog ............................................................................. 149
PARTE II: I SISTEMI PERVASIVI PER LO SPORT E LA DISABILITÀ
8.
8.1.
9.
9.1.
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
9.6.
9.7.
10.
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.
10.5.
10.6.
11.
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
11.5.
11.6.
11.7.
I SISTEMI PERVASIVI ..................................................... 153
Sicurezza ..................................................................... 159
TECNOLOGIE WIRELESS PER I SISTEMI PERVASIVI ....... 161
Bluetooth ..................................................................... 161
IrDa.............................................................................. 164
HomeRF ...................................................................... 165
Wi-Fi ........................................................................... 165
RFID............................................................................ 166
GPS.............................................................................. 167
Reti di Sensori ............................................................. 168
TECNICHE DI RICONOSCIMENTO: LA BIOMETRIA. .......... 171
Riconoscimento facciale ............................................. 171
Riconoscimento dell’iride ........................................... 172
Rilevamento delle impronte digitali............................ 172
Riconoscimento della voce.......................................... 173
Riconoscimento della forma dell’orecchio. ................ 174
Bibliografia.................................................................. 174
SISTEMI PERVASIVI PER LO SPORT................................ 175
SENSORHOGU .......................................................... 176
DartFish....................................................................... 178
Marlbrook Motion Analysis ........................................ 179
Digitalsoccer................................................................ 180
Prozone e Amisco System........................................... 181
Agon Mensor............................................................... 181
Trakus.......................................................................... 182
Indice
9
11.8.
CleverPath Predictive Analysis Server (PAS) .............183
11.9.
Conclusioni ..................................................................184
11.10.
Bibliografia ..................................................................185
12.
I SISTEMI PERVASIVI PER ANZIANI E DISABILI ...............187
12.1.
Difficoltà dell’invecchiamento e ausili........................187
12.2.
Ausili per la disabilità motoria ....................................187
12.3.
Interfacce .....................................................................189
12.4.
Accessibilità universale ...............................................190
12.5.
Schermo lettore per non vedenti. .................................190
12.6.
Riconoscimento della voce per non udenti. .................191
12.7.
Riconoscitore d’ostacoli per non vedenti. ...................192
12.8.
Progetto ABI................................................................193
12.9.
Progetto EMBASSI .....................................................193
12.9.1 Modalità di ingresso ....................................................194
12.9.2 Modalità di uscita ........................................................196
12.9.3 Modalità per utenti dotati di disabilità.........................196
12.9.4 L’ambiente domestico .................................................197
12.9.5 L’automobile................................................................197
12.9.6 Ambienti pubblici ........................................................198
12.10.
Dispositivi di puntamento............................................198
12.11.
SmartShirt ....................................................................199
12.12.
Bibliografia ..................................................................200
13.
LE APPLICAZIONI DEI SISTEMI PERVASIVI ....................203
APPENDICE A.....................................................................................205
APPENDICE B .....................................................................................219
APPENDICE C .....................................................................................251
APPENDICE D.....................................................................................263
APPENDICE E .....................................................................................273
Prefazione
Le tecnologie dei sistemi informatici, ed in genere dell’elettronica
digitale, offrono oggi un irrinunciabile contributo ai vari settori della
produzione industriale e ad un numero talmente elevato di attività
quotidiane che risulta difficile, se non impossibile, elencarle. Il settore
delle attività motorie, ed in particolare dello sport, cosi come delle disabilità, chiede già da tempo alle tecnologie informatiche contributi
sempre più raffinati ed efficienti. La peculiarità di tale settore, legata
in varie forme alla mobilità, richiede sistemi informatici che meglio si
adattino al loro utilizzo in movimento e riducano o annullino, allo
stesso tempo, la necessità di impianti invasivi. I sistemi pervasivi sono
appunto quelli che tra i loro obiettivi principali hanno la capacità di utilizzo mobile delle tecnologie informatiche attraverso l’ambiente abituale delle attività personali, con modalità di interazione non invasive
e volutamente inconsapevoli. L’utilizzo dei sistemi pervasivi non deve
infatti distogliere la persona dagli obiettivi che la stessa si possa porre
sia nella pratica sportiva, sia in qualunque altra attività del quotidiano.
La conoscenza di tali sistemi, anche se limitata ai suoi aspetti applicativi ed alle tecnologie più diffuse, non può quindi mancare nel
bagaglio di informazioni che uno specialista delle attività motorie deve avere.
Il libro di testo di informatica per le scienze motorie deve sì fornire
le informazioni per una conoscenza di base degli strumenti informatici, principalmente indirizzate agli studenti della laurea triennale, ma
deve anche distinguersi per una formazione specialistica delle tecnologie nell’ambito delle attività motorie.
Giuseppe Liotta
Preside della Facoltà di Scienze Motorie
della Università di Palermo
11
Parte I
Informatica di Base per le Scienze Motorie
La prima parte del libro è principalmente rivolta agli studenti della
laurea triennale in Scienze Motorie. Vengono qui discussi gli elementi
per una conoscenza di base delle tecnologie e dei metodi informatici
congiuntamente ad alcuni esempi applicativi orientati alle attività motorie. Gli argomenti proposti si sviluppano a partire da una conoscenza
necessaria sulla architettura di un calcolatore per poi presentare coerentemente i principali metodi di rappresentazione della informazione
attraverso la numerazione binaria e l’Algebra di Boole. Vengono
quindi discusse alcune tecniche di gestione delle Basi di Dati utilizzando due strumenti applicativi tipici di un ambiente Office. Vengono
infine discusse le tecniche e le realizzazioni principali delle reti di calcolatori con particolare attenzione a quanto è necessario sapere per un
uso consapevole di Internet.
1. Architettura dell’elaboratore
di Giuseppe Careri e Alessandro Genco
1.1. Distinzione fra Hardware e Software
Un sistema informatico è l’insieme di molte parti che cooperano
per memorizzare e manipolare l’informazione. Studiare l’architettura
di un sistema informatico significa individuarne le varie componenti,
comprenderne il principio generale di funzionamento ed intuire come
le singole parti interagiscono fra di loro. Una prima, iniziale suddivisione del sistema informatico viene fatta distinguendo due componenti
separate ma mutuamente dipendenti: l’hardware e il software. Con il
termine hardware si intende l’insieme delle componenti fisiche, in
particolare circuiti elettronici, che eseguono operazioni elementari
mentre il software è l’insieme dei programmi che vengono eseguiti dal
sistema. Esistono varie tipologie di elaboratori a seconda della dimensione e l’utilizzo che ne concerne. Le classi di elaboratori si distinguono in:
x Personal Digital Assistant (PDA, o computer palmari): Gestione
agenda personale, Gestione rubrica, Navigazione web e e-mail
x Personal Computer (PC): Sistema di videoscrittura, Giochi, Attività di programmazione
x Notebook: Gestione clienti di un commesso viaggiatore, Presentazioni multimediali
x Workstation: CAD (Computer Aided Design), Elaborazione di
immagini e filmati
x Minicomputer: Gestione completa di una azienda di piccolamedia grandezza
x Mainframe: Gestione completa di una azienda di grandi dimensioni
x Supercomputer: Simulatore di volo, Simulazione di processi nucleari, Calcolo di numeri primi
15
16
G. Careri, A. Genco
1.2. Componenti di base di un personal computer
L’hardware di un Personal Computer è composto da alcuni elementi funzionali interagenti e cooperanti che colloquiano tramite linee dedicate dette bus. Il processore o CPU (Central Processing Unit) è il
modulo che svolge effettivamente le elaborazioni e coordina il flusso
dei dati all’interno del computer. Il compito principale di questa unità
di elaborazione è quello di far girare i programmi, interpretando ed eseguendo le singole istruzioni che li compongono. La memoria centrale è utilizzata per memorizzare il programma (o i programmi) in esecuzione sulla macchina e i dati utili al loro funzionamento. La sua capacità di memorizzazione è relativamente limitata e, normalmente, è
volatile (le informazioni vengono perse in caso di mancata alimentazione del PC). La sua caratteristica principale è quella di poter accedere molto velocemente alle informazioni in essa contenute (tempi di accesso minimi). La memoria secondaria (o di massa) consente, invece,
lo stoccaggio di enormi quantità di dati in modo permanente sfruttando fenomeni magnetici od ottici; lo svantaggio dell’utilizzo di tali tecnologie di realizzazione risiede nel tempo di accesso, notevolmente
maggiore rispetto a quello della memoria centrale. In un Personal
Computer tutte le componenti sopra elencate trovano normalmente
posto in un unico contenitore detto box o case. Le unità periferiche
sono dispositivi utilizzati per fornire i dati da elaborare al computer e
per ottenere da esso i risultati; esse fungono quindi da interfaccia fisica tra l’elaboratore e l’utilizzatore. Si dividono in periferiche di ingresso, come tastiera e mouse, e periferiche di uscita, come monitor e
stampante.
1.3. Macchina di Von Neumann
L’architettura della maggior parte dei moderni elaboratori è basata
sul modello della macchina di von Neumann, ricercatore ungherese
che per primo individuò una struttura regolare comune per gli elaboratori elettronici. Secondo tale architettura un sistema di calcolo è costituito da quattro elementi base: l’unità di elaborazione, la memoria, le
periferiche e il bus di sistema. La memoria contiene le istruzioni e i