INFORMATICA DI BASE
Capitolo 1_L’informatica oggi: una panoramica
Cos’è l’informatica? L’informatica è l’insieme dei processi e delle tecnologie che rendono possibile la creazione, la raccolta, l’elaborazione, l’immagazzinamento e la trasmissione dell’informazione con metodologie e strumenti automatizzati e tecnologicamente avanzati. Le tecnologie informatiche hanno 3 funzioni principali:
Elaborare dati per ottenere informazioni significative; la fase di elaborazione è però solo una parte del ciclo di elaborazione dell’informazione, il quale comprende 5 fasi: ingresso dei dati (input), elaborazione; uscita dei dati (output); memorizzazione; distribuzione e comunicazione;
Memorizzare le informazioni elaborate per utilizzarle in combinazione con altre, come dati di un nuovo processo di elaborazione;
Organizzare e gestire le informazioni in una nuova forma in modo da renderle più comprensibili, più accattivanti o più utili.
Le tecnologie informatiche sono caratterizzate da due livelli che si integrano e si completano:
L’hardware: è la struttura fisica del dispositivo, costituita da componenti elettronici che svolgono specifiche funzioni nel trattamento e nella trasmissione dell’informazione. Per hardware si intende il computer, i suoi componenti e tutti gli elementi che collegano tra loro i sistemi informativi;
Il software: è il livello logico del dispositivo, cioè l’insieme sequenziale delle istruzioni precise e dettagliate che consentono all’hardware di svolgere i propri compiti. Il mondo del software si divide in due grandi categorie:
› I software di sistema: essi comprendono i linguaggi di programmazione, che servono per creare tutti gli altri programmi, e i sistemi operativi, che sono i programmi che fanno funzionare i vari componenti del computer, che vanno eseguiti prima di qualsiasi altro programma permettono all’elaboratore di interagire con l’utente, grazie all’interfaccia, che permettono di gestire le risorse hardware del computer e di installare ed eseguire i programmi applicativi che consentono all’elaboratore di svolgere le proprie funzioni; (Es:
Windows, Ios, Linux etc..)
› I programmi applicativi: essi consentono di svolgere una molteplicità di operazioni.
Obiettivo dell’hardware e del software è quello di elaborare e presentare dati, i quali sono la materia prima del trattamento dell’informazione.
I software applicativi, possono essere di due tipologie: Con licenza commerciale quindi a pagamento, ma è limitato in quanto tutti gli usi non consentiti sono vietati. (Es. Microsoft Office). E i sistemi open source nessun costo per la licenza, più modificabili, e gestibili.
I criteri di classificazione del software applicativo possono essere diversi, ad esempio a seconda del tipo di licenza concessa dall'autore verso il fruitore, oppure a seconda dell'uso a cui è destinato.
Nel primo caso si tratta di software libero o software proprietario, con tutte le sfumature intermedie.
Desktop. Anche definito software di produttività personale o di office automation. Rientrano in questa categoria: elaborazione di testi, fogli di calcolo, presentazioni, grafica tecnica, grafica artistica, fotoritocco, musica, agenda, PIM, ecc.
Games. Giochi, nel senso più ampio del termine.
Education. Applicazioni utili alle scuole di tutti i gradi, ad esempio per l'autoapprendimento
Science. Applicazioni utili nei vari campi della scienza applicata, quali, ad esempio Intelligenza Artificiale, Astronomia, Biologia, Chimica, ecc. È corretto notare che oggi qualsiasi disciplina scientifica dispone di applicazioni dedicate.
Software development. Sviluppo di applicazioni (ma anche di software di base), ad es. IDE.
Business o Enterprise. Grandi categorie che comprendono le cosiddette applicazioni "aziendali", suddivise in subcategorie del tipo:
Financial, CRM, ERP, OLAP,Project management, E-Commerce, ecc. Sotto la categoria ERP possiamo trovare le classiche: contabilità, bilancio, controllo di gestione, magazzino, fornitori, clienti, produzione, vendite, marketing, personale, ecc. ossia tutti gli ambiti di gestione di una struttura operativa.
Rientrano in questa categoria le cosiddetteApplicazioni Web.
Il foglio elettronico: È un programma che permette di effettuare calcoli, elaborare dati e tracciare efficaci rappresentazioni grafiche. Il principio su cui si basa il foglio di calcolo è semplice: fornire una tabella, detta anche foglio di lavoro, formata da celle in cui si possono inserire dati, numeri o formule. Le celle, come detto in precedenza, sono la base fondamentale del foglio di calcolo. Esse, per essere riconoscibili, sono costituite da una lettera e un numero. Le colonne sono indicate dalle lettere, le righe dai numeri.
Un file system, in informatica, indica un meccanismo con il quale i file sono posizionati e organizzati o su un dispositivo di archiviazione o su una memoria di massa, come un disco rigido o un CD-ROM e, in casi eccezionali, anche sulla RAM. Il software di gestione del file system è responsabile dell'organizzazione di questi settori in file e di tenere traccia di quali settori appartengono a quali file e quali settori invece non sono utilizzati. L'utente ha normalmente la totale libertà di creare nuovi file, cancellare file esistenti (liberando così i blocchi che questi occupavano), e modificare file esistenti (cambiando così anche la loro dimensione e quindi il numero di blocchi occupati).
In informatica il modello relazionale dei dati è un modello logico di rappresentazione o strutturazione dei dati di un database implementato su sistemi di gestione di basi di dati (DBMS), detti perciò sistemi di gestione di basi di dati relazionali (RDBMS).
Si basa sulla teoria degli insiemi e sulla logica del primo ordine ed è strutturato intorno al concetto matematico di relazione (detta anche tabella). Per il suo trattamento ci si avvale di strumenti quali il calcolo relazionale e l'algebra relazionale.
Le interrogazioni della base dei dati in SQL: ricostruiscono le informazioni, selezionando dati coerenti, con i criteri di ricerca, stabiliti dall’utente.
Cos’è il computer? Il computer è un elaboratore elettronico digitale che funge da centro nevralgico dei sistemi informativi moderni.
Il computer può essere
ELABORATORE: macchina in grado di eseguire elaborazioni su dati ELETTRONICO: basato su circuiti elettronici
DIGITALE: con rappresentazione binaria di dati
PROGRAMMABILE: in grado di eseguire elaborazioni differenti cambiando la sequenza di istruzioni
Capitolo 2_L’architettura del computer e la CPU
L’architettura è l’insieme delle componenti e delle scelte di integrazione e
progettazione di un sistema
Il componente è ogni sottosistema in grado di svolgere una funzione autonoma, integrato da interfaccia e protocollo. La prima è un modello fisico (hardware) o logico (software); il secondo è una logica si accesso ad una interfaccia fisica o logica.
Quali sono i tipi di elaboratori?
I supercomputer, che sono gli elaboratori più potenti, architetture dedicate,
potenti ma costosi. Ora sono in declino, sostituiti da cluster di pc di fascia alta.
mainframe (o server), in genere utilizzati nelle grandi aziende per svolgere funzioni centralizzate. minicomputer (o server), meno potenti dei mainframe, anch’essi utilizzati dalle grandi aziende e dai centri di calcolo delle piccole organizzazioni pubbliche e private o da divisioni di grandi organizzazioni;
personal computer (PC), che ha un impiego individuale.
terminali network computer, terminali mobili
Che cos’è l’elaborazione digitale? L’elaborazione digitale consiste nel rappresentare numeri, musica, documenti e qualsiasi tipo di informazioni in cifre binarie, in modo che possano essere elaborati e utilizzati dalle moderne tecnologie informatiche. I segnali possono essere di due tipi:
Analogici: trasmettono un ampio stretto di informazioni, sono paragonabili a un’onda e consentono di percepire anche i punti intermedi;
Digitali: possono assumere solo due stati, acceso e spento e quindi hanno meno interferenze e una maggiore risoluzione rispetto quelli analogici.
I computer e gli altri strumenti digitali rappresentano tutti i numeri con il sistema binario, costituito da due sole cifre, 0 e 1, che possono essere rappresentate, memorizzate e visualizzate in diversi modi, tuttavia, perché abbiano un senso, è necessario stabilire un codice preciso. I computer quindi necessitano di due elementi:
Un dispositivo che invii e riceva segnali: questa funzione è rivestita dai transistor, componenti di silicio che possono avere solo due stati, acceso e spento;
Un codice che dia loro significato, cioè il linguaggio digitale: i computer eseguono un numero di procedure molto limitato, che comprende le operazioni di adizione, sottrazione, classificazione e raffronto tra valori numerici diversi;
per eseguire tali procedure l’elaboratore converte le informazioni che gli vengono fornite dal nostro linguaggio al linguaggio digitale, mediante il quale memorizza, comunica ed elabora i dati, che vengono poi riconvertiti nel linguaggio umano. L’unità minima del linguaggio digitale è il bit, che può assumere solo due stati: acceso (corrispondente a 1) e spento (corrispondente a 0); l’unità fondamentale del linguaggio dei computer è però il byte, costituito da 8 bit, e capace di rappresentare fino a 256 possibili combinazioni. I multipli del byte sono: il kilobyte (pari a 1024 byte), il megabyte (pari a 1048576 byte), il gigabyte (circa 1 miliardo di byte) e il terabyte (circa 1000 miliardi di byte).
Il numero binario assegnato ad un determinato carattere varia in base al codice utilizzato; i sistemi di codifica più utilizzati in informatica sono: - L’ASCII, il codice più diffuso tra i personal computer; - L’EBCDIC, il codice più usato nei mainframe e nei server più potenti; - L’UNICODE, dotato di oltre 96000 caratteri e in grado di rappresentare le principali lingue scritte del mondo;
risolve il problema per cui l’ASCII e l’EBCDIC funzionano perfettamente per l’inglese ma non per le altre lingue.
Cos’è la CPU? L’unità centrale di elaborazione, cioè la CPU (Central Processing Unit), è il centro nevralgico del computer ed è costituita da un microprocessore, ricavato da sottili lamine di silicio (chip), contenenti milioni di piccolissimi interruttori acceso/spento, i transistor, collegati tra loro da tracce estremamente sottili di alluminio.
Il compito della CPU è quello di eseguire le istruzioni di un programma presente in memoria centrale o primaria (RAM) dopo averlo prelevato dalla memoria secondaria o di massa, dalla ROM, o da altri dispositivi. Durante l'esecuzione del programma la CPU legge o scrive dati in memoria centrale. Il risultato dell'esecuzione dipende dal dato su cui si opera e dallo stato interno in cui la CPU stessa si trova, e può mantenere la traccia delle istruzioni eseguite e dei dati letti.
CISC è l'acronimo di Complex Instruction Set Computer: tipicamente un processore di questo tipo implementa un numero relativamente scarso (una decina) di registri di uso generale, ed ha una unità di controllo microprogrammata.
L'acronimo RISC, dall'inglese Reduced Instruction Set Computing, indica una filosofia di progettazione di architetture per microprocessori che predilige lo sviluppo di un'architettura semplice e lineare. Questa semplicità di progettazione permette di realizzare microprocessori in grado di eseguire il set di istruzioni in tempi minori rispetto a una classica architettura CISC.
Tipicamente la CPU è l'Interprete del linguaggio macchina. Come tutti gli interpreti, si basa sul seguente ciclo:
Acquisizione dell'istruzione (Instruction Fetch): il processore preleva l'istruzione dalla memoria, presente nell'indirizzo (tipicamente logico) specificato da un registro "specifico" ("specifico" opposto di "generico"), il PC
Decodifica (Operand Assembly): una volta che la word è stata prelevata, viene determinata quale operazione debba essere eseguita e come ottenere gli operandi, in base ad una funzione il cui dominio è costituito dai codici operativi (tipicamente i bit alti delle word) ed il codominio consiste nei brani di microprogramma da eseguire
Esecuzione (Execute): viene eseguita la computazione desiderata. Nell'ultimo passo dell'esecuzione viene incrementato ilPC: tipicamente di uno se l'istruzione non era un salto condizionale, altrimenti l'incremento dipende dall'istruzione e dall'esito di questa
Come si migliorano le prestazioni di un sistema? Per migliorare le prestazioni di un sistema esistono essenzialmente 3 modi: - espandere la sua capacità dati;
- aumentare la sua velocità, misurata in MHz (o milioni di cicli al secondo); - migliorare la sua efficienza.
La memoria (RAM e ROM): Per svolgere le sue funzioni un elaboratore deve avere una memoria dove archiviare i programmi e i dati necessari. Si distinguono:
La ROM (Read Only Memory, memoria di sola lettura): essa è statica e inalterabile, ed è chiamata anche memoria non volatile. Il suo contenuto viene predisposto dalla casa produttrice al momento della fabbricazione e non può essere modificato dall’utente, pertanto lo spegnimento dell’elaboratore non altera i dati in essa contenuti, che vengono richiamati automaticamente quando il computer viene riacceso. Questi dati sono costituiti di norma dai programmi e dalle istruzioni necessarie all’avvio (boot) della macchina (detti firmware);
La RAM (Random Access Memory, memoria ad accesso casuale): essa è detta anche memoria centrale o memoria dell’utente e serve a memorizzare un vasto numero di programmi e dati di ogni tipo. La RAM è una memoria volatile, infatti quando il computer viene spento, i dati e i programmi in essa presenti vengono cancellati; il termine random (casuale) indica la modalità di reperimento e accesso ai dati in memoria. Esistono due principali tipologie di RAM:
› La DRAM (Dynamic RAM): essa è la tipologia di memoria centrale più diffusa; è una memoria dinamica perché le celle di memoria mantengono i dati solo per breve tempo e devono essere aggiornate centinaia di volte al secondo;
› La SRAM (Static RAM): essa è molto più grande, veloce e costosa della DRAM; è una memoria statica e non ha quindi bisogno di essere costantemente aggiornata. Data la sua velocità viene soprattutto utilizzata in una speciale area della memoria detta cache.
In quasi tutti i sistemi per aggiungere memoria si installano moduli di memoria, ossia circuiti stampati che contengono chip di memoria e che a loro volta sono inseriti in appositi slot della scheda madre. Esistono due tipi di moduli: Il SIMM (Single In-line Memory Module); Il DIMM (Dual In-line Memory Module), che hanno ormai completamente soppiantato i SIMM perché possono essere usati singolarmente invece che in coppia.
Oltre alla RAM esistono ulteriori tipi di memoria:
La memoria virtuale: i programmi e i file molto estesi possono eccedere la memoria disponibile, perciò, per evitare tale inconveniente, i moderni sistemi
operativi memorizzano parte dei dati e dei programmi al momento non utilizzati al di fuori della RAM. Soltanto le parti del programma o del file al momento necessarie vengono memorizzate nella memoria del computer, il resto è invece immagazzinato su un drive del disco fisso;
La cache: è una speciale area di memoria ad alta velocità, localizzata tra la CPU e la memoria centrale, che utilizza speciale chip di memoria (solitamente si tratta di chip SRAM). Si distinguono due livelli di memoria cache:
› La cache di livello 1: fa fisicamente parte del chip del microprocessore e di norma nei sistemi desktop è in grado di contenere fino a 256 kilobyte;
› La cache di livello 2: è costituita da chip di memoria installati in speciali alloggiamenti della scheda madre e può contenere fino a 2 MB o più.
Cos’è il bus? Il bus è l’insieme dei collegamenti (in rame) presenti all’interno dell’elaboratore (sulla scheda madre) che consentono la trasmissione delle informazioni tra i vari componenti del sistema; è una linea di comunicazione attraverso la quale passano tutte le informazioni, siano esse interne o esterne. Si distingue:
Il bus di sistema: è semplicemente un gruppo di collegamenti che uniscono la CPU agli altri dispositivi del computer. Il bus di sistema comprende le linee di indirizzi, che trasmettono l’indirizzo dei dati in memoria, e linee di dati, che invece trasmettono i bit dei dati stessi;
I bus locali: permettono di collegare le periferiche assieme alla CPU e alla memoria non al bus di sistema ma a una linea di trasmissione dati più ampia. In questo modo i dati possono essere trasmessi molto più velocemente dalla memoria al microprocessore e da questo allo schermo o ad altri dispositivi.
Cos’è il plug and play? Il Plug and Play è una tecnologia di alcuni sistemi operativi che permette di riconoscere e di configurare automaticamente i nuovi dispositivi hardware caricando o scaricando i driver delle periferiche che l’utente vuole collegare o scollegare. La tecnologia Plug and Play richiede tre componenti: un sistema operativo; un BIOS, cioè una porzione della ROM che ha il compito di controllare lo stato di tutto l’hardware presente; dei dispositivi da installare.
Quando un PC è un sistema multimediale? Un PC si definisce un sistema multimediale se possiede almeno una scheda audio, un’unità per leggere ed eventualmente scrivere CD-ROM e DVD, ed un acceleratore grafico.
Le porte: Sul retro dell’elaboratore sono localizzate le porte, degli alloggiamenti in cui vengono inseriti i cavi delle periferiche. Esse possono essere:
Seriali: servono a collegare i modem e alcuni vecchi mouse e sono in grado di inviare soltanto un bit per volta. Le più recenti tecnologie di trasmissione seriale sono: l’USB, che permette di collegare in una stessa porta fino a 127 dispositivi in serie; le porte Firewire, più veloci dell’USB, che operano fino a 800 Mbps.
Parallele: esse invece vengono usate per il collegamento delle stampanti e di alcuni dispositivi esterni di memorizzazione; trasmettono 8 bit per volta su altrettante linee parallele e quindi rispetto alle porte seriali consentono comunicazioni più veloci tra l’elaboratore e dispositivi di input e output.
Capitolo 3_Le periferiche di input/output
Quali sono i dispositivi di input e output? I dispositivi di input sono la tastiera, gli strumenti di puntamento, lo scanner, gli strumenti di riconoscimento vocale;
quelli di output sono lo schermo, la stampante, i sintetizzatori o i diffusori audio. Poi ci sono i modem e i fax che sono in grado di svolgere sia funzioni di input sia di output.
Tutti i dispositivi devono essere connessi fisicamente al bus di sistema, per poter trasmettere dati al processore, rendendoli utilizzabili.
Per la tastiera ogni tasto genera un codice, che viene trasmesso al sistema.
I pixel e la risoluzione: Per creare un’immagine lo schermo viene suddiviso in una griglia di quadratini detti pixel. Tramite un sistema detto bit mapping, ad ogni pixel viene assegnato un indirizzo in modo che il computer sia in grado di individuarlo per modificarne il colore o l’intensità. La risoluzione indica la qualità di un’immagine visualizzata o stampata e si misura in numero di punti per pollice (dpi, dots per inc). La risoluzione di un dispositivo è determinata dal numero di pixel che utilizza per formare le immagini e i caratteri; quella di uno schermo si misura in base al numero di pixel che formano la base e l’altezza.
Capitolo 4_Le memorie secondarie
Le memorie secondarie: Le memorie secondarie (di massa, ausiliari o esterne) consentono di immagazzinare permanentemente i dati e i programmi al momento non utilizzati e di ricaricarli nella memoria centrale in qualsiasi istante. Le memorie secondarie comprendono il dispositivo e il supporto di memorizzazione. Si distinguono:
La memoria magnetica: mentre il disco gira o il nastro scorre, la testina di lettura/scrittura emette impulsi elettrici che invertono la polarità delle piccole particelle magnetiche presenti sulla superficie del supporto; gli allineamenti delle particelle rappresentano i dati in forma binaria. Quando un file viene aperto per la lettura, avviene il processo inverso. Le particelle magnetizzate
inducono nella testina di lettura/scrittura una corrente elettrica, che viene trasmessa al computer come una successione di 0 e 1.
La memoria ottica: la registrazione ottica avviene per mezzo di un raggio laser che crea sottili scanalature sulla superficie di un disco. Si crea così un’alternanza di zone chiare (intersolchi) e zone scure (scanalature) che vengono lette come una successione di 0 e 1. Infatti mentre il disco gira nell’unità, un sottile raggio laser colpisce la sua superficie, che riflette una quantità di luce maggiore o minore a seconda che la zona colpita dal raggio sia una scanalatura o uni intersolco. A questo punto un rivelatore fotoelettrico misura i diversi gradi di rifrazione della luce, poi convertiti dai circuiti in forma binaria.
La memoria magneto-ottica: per registrare i dati, il laser dell’unità riscalda la superficie del disco ottico fino al punto in cui la polarizzazione delle particelle può essere modificata dalla testina magnetica di lettura/scrittura. Una volta che la superficie si è raffreddata, è pressoché impossibile che l’influsso di altre magnetiche possa provocare la cancellazione dei dati;
La memoria allo stato solido: si parla della memoria flash, spesso usata nel PDA.
Quali sono i supporti di memorizzazione: I supporti di memorizzazione più comuni sono:
Le USB key: sono dei dispositivi di memoria a stato solido, dotati di una interfaccia USB grazie alla quale possono essere connessi con qualsiasi computer senza alcun bisogno di drive o slot particolari, senza necessità di alimentazione esterna e senza richiedere l’installazione di alcun software di controllo;
I dischi ottici: essi registrano e leggono i dati per mezzo del laser [CD-ROM (fino a 800 megabyte), DVD-ROM (fino a 4,7 gigabyte)];
I dischi fissi: detti anche dischi rigidi o hard disk, sono le memorie di massa più usate attualmente.
Cos’è la compressione? La compressione è una tecnica che permette di ridurre le dimensioni del file. Esistono due metodi di compressione:
La compressione del disco, che comprime il disco intero: i nuovi file verranno memorizzati sul disco direttamente in formato compresso e saranno decompressi automaticamente al momento dell’apertura;
La compressione dei file, che serve a comprimere soltanto file specifici: con un apposito programma di utilità si può creare un archivio in cui i file vengono memorizzati automaticamente in formato compresso. Il formato di archivi più comune è ZIP.
[Per risolvere invece il problema della grandissima quantità di dati che un elaboratore deve immagazzinare, si ricorre ad un programma di gestione gerarchica della memoria (HSM), che provvede a trasferire automaticamente i file che sono rimasti inutilizzati per 30 giorni dai dischi rigidi a un sistema di memorizzazione ottica.]
Cos’è il backup dei dati? Il backup dei dati consiste nella copia di tutti i dati in memoria o almeno dei file di maggior valore. Invece l’archiviazione off- site consiste nel riporre la copia di sicurezza in un luogo distante dall’originale per evitare che entrambe siano danneggiate dallo stesso incidente. I supporti di backup possono essere:
Ad accesso casuale (dischetti, USB keys, dischi rigidi rimovibili, dischi magneto-ottici, CD e DVD);
Ad accesso sequenziale (i nastri): essi sono più convenienti economicamente.
Cos’è il Cloud Computing? Il Cloud Computing è una metodologia di elaborazione, scambio e archiviazione dei dati attraverso Internet su supporti di memorizzazione avanzati. Grazie a questa tecnologia non ci si deve più preoccupare di ampliare o rinnovare il proprio PC o server aziendale, né di adeguare i sistemi operativi o le versioni del software applicativo: i dati infatti possono essere memorizzati nel cloud, i programmi non sono installati direttamente sul PC ma vengono utilizzati tramite i cosiddetti sistemi di SAAS.
Inoltre è possibile accedere ai propri dati da qualsiasi parte del mondo, come se si fosse seduti alla propria scrivania.
Capitolo 5_Introduzione al software
Cos’è il BIOS? Il BIOS è un piccolo programma registrato permanentemente su un chip di memoria ROM; è una piccola porzione di software che può essere considerata una via di mezzo tra software e hardware e viene spesso chiamata firmware. Obiettivo del BIOS è collegare il software e i componenti hardware dell’elaborazione.
La distribuzione dei software: Le applicazioni distribuite in rete si dividono in due categorie:
Shareware: il programma può essere scaricato dalla rete ma il suo autore chiede all’utente il pagamento di una somma o il versamento della quota di registrazione, offrendo in cambio la documentazione relativa al programma e la possibilità di aggiornamento dello stesso;
Freeware: il programma è completamente gratuito.
Un principio del tutto diverso regola invece il mondo del software di pubblico dominio (Open Source): in questo caso gli autori o i produttori di un
