E frequentemente descritta come lo studio sistematico dei. implementazione e applicazione nei sistemi informatici.

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1 Università degli Studi di Udine Facoltà di Agraria CORSO DI LAUREA IN SCIENZE E TECNOLOGIE DELL AMBIENTE E DEL TERRITORIO Sistemi di Elaborazione dell Informazione D. Gubiani 6 ottobre 2009 D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 1 Cos è l Informatica? - 2 [da ACM] Studio sistematico degli algoritmi che descrivono e trasformano l informazione: la loro teoria, analisi, progetto, efficienza, realizzazione e applicazione. Più sinteticamente: Scienza della rappresentazione e dell elaborazione dell informazione. D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 4 Programma del Corso Sistemi di Elaborazione dell Informazione - algoritmi ed elaboratori - informazioni e dati Basi di dati: - modelli dei dati: ER e relazionale - linguaggi di interrogazione: SQL - progettazione D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 2 Un algoritmo è un insieme fisso di regole che costituiscono una sequenza di operazioni per risolvere un problema specifico Esempio: preparazione della pasta 1 riempire la pentola di acqua 2 mettere la pentola sul fuoco 3 aggiungere il sale all acqua 4 quando l acqua bolle, aggiungere la pasta 5 dopo 15 minuti colare la pasta 6 aggiungere il condimento D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 5 Cos è l Informatica? - 1 [da Wikipedia] L informatica è lo studio dei fondamenti teorici dell informazione e della computazione e delle tecniche pratiche per la loro implementazione e applicazione nei sistemi informatici. E frequentemente descritta come lo studio sistematico dei processi algoritmici che descrivono e trasformano l informazione.... D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 3 : un Esempio Matematico Calcolo di m n (n > 0) 1 impostare la base (base = m) 2 impostare l esponente (esponente = n) 3 assegnare 1 a risultato 4 se esponente = 0, andare al passo 8 5 assegnare il valore base risultato al risultato 6 decrementare di 1 il valore dell esponente 7 tornare al passo 4 8 restiruire il risultato D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 6

2 Come vengono eseguiti gli algoritmi sugli elaboratori? L architettura della maggior parte dei moderni elaboratori è basata sul modello della macchina di von Neumann: - unità di elaborazione - memoria - periferiche - bus di sistema D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 7 Elaborazione Le fasi di elaborazione si susseguono in modo sincrono con una scansione dettata dall orologio di sistema (clock) Ad ogni intervallo di tempo, l unità di controllo (componente interno dell unità di elaborazione) decide quali operazioni svolgere - acquisizione di istruzioni o dati dalla memoria - decodifica di istruzioni o dati - esecuzione di istruzioni - manipolazione dei dati - trasferimento delle informazioni D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 10 Schema D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 8 Unità di Elaborazione o CPU Il processore o CPU (Central Processing Unit) è la parte del sistema informatico che controlla il flusso dei programmi ed esegue le singole istruzioni È un circuito elettronico formato da alcuni milioni di transistor Compiti della CPU: - spostamento dei dati - esecuzione delle operazioni aritmetiche e logiche - controllo del flusso delle istruzioni D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 11 Funzionamento La memoria contiene le istruzioni e i dati necessari per eseguire un programma L unità di elaborazione è formata dai dispositivi che consentono di acquisire, interpretare ed eseguire le singole istruzioni Le varie periferiche consentono lo scambio di informazioni tra l elaboratore e l esterno Il bus di sistema funge da collegamento fra i vari elementi funzionali D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 9 Memoria - 1 La memoria è il dispositivo mediante il quale si può - immagazzinare le informazioni - conservare e rendere disponibili le informazioni Un sistema informatico fa uso di diversi tipi di memorie Una memoria si dice volatile se togliendo l alimentazione l informazione in esso memorizzata scompare non volatili (o permanenti) in caso contrario D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 12

3 Memoria - 2 Registri - memorizzano informazioni utili all elaborazione - tempo di accesso dell ordine della decina di nanosecondi Memoria Centrale (CM) - memorizza i programmi e i dati - accesso casuale con tempo di accesso dell ordine del microsecondo Memoria di massa o secondaria - memorizzano grosse quantità di dati - memorie sequenziali e ad accesso semi-casuale - tempi di accesso variano dai millisecondi ai minuti D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 13 Dispositivi di Uscita/Output Le periferiche d uscita sono tutti quei dispositivi che consentono di ottenere i risultati delle elaborazioni effettuate dal calcolatore Sono dispositivi di output: il monitor, la stampante, il plotter, il modem, le casse acustiche, le macchine a controllo numerico... D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 16 Periferiche Si possono distinguere: - dispositivi di ingresso/input (I) - dispositivi di uscita/output (O) D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 14 Come vengono descritte le operazioni che l elaboratore deve eseguire? Ogni elaboratore è in grado di comprendere un linguaggio piuttosto limitato che prende il nome di linguaggio macchina, attraverso cui è possibile impartire i comandi Dato il grande sviluppo dell informatica sono stati sviluppati molti linguaggi di più alto livello: C, Pascal, Java, C++, XML, HTML... D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 17 Dispositivi di Ingresso/Input Le periferiche di input sono quei dispositivi che consentono all elaboratore di acquisire informazioni dal mondo esterno Sono periferiche di ingresso: la tastiera, il mouse, il trackball, la tavoletta grafica, lo scanner, il modem, il microfono, la fotocamera o telecamera... D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 15 di Programmazione I linguaggi mediante cui è possibile descrivere gli algoritmi prendono il nome di linguaggi di programmazione Un algoritmo espresso con un determinato linguaggio di programmazione è detto programma D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 18

4 Sistemi Informativi - 1 Sistemi Informativi e Ogni organizzazione (azienda, ente,..), per poter svolgere le proprie attività, deve disporre di un adeguato insieme di informazioni ed deve essere in grado di gestire tali informazioni in modo efficace ed efficiente Ogni organizzazione è dotata di un sistema informativo per l organizzazione e la gestione delle informazioni rilevanti La porzione automatizzata di un sistema informativo viene in genere indicata con il termine sistema informatico D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 19 Sistemi Informativi Sistemi Informativi e Il Sistema Informativo di un organizzazione è l insieme costituito dall informazione di interesse dell organizzazione e dall apparato tecnologico ed organizzativo che tale informazione acquisisce, elabora, rende disponibile ed utilizza. La gestione delle informazioni comprende le seguenti operazioni: - raccogliere, acquisire - archiviare, conservare - elaborare, trasformare, produrre - distribuire, comunicare, scambiare D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 22 Sistemi Informativi - 2 Sistemi Informativi e D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 20 Sistema Informatico Sistemi Informativi e Un sistema informatico è l insieme di diverse componenti che cooperano per memorizzare e manipolare informazioni. Si distinguono: - componenti hardware - componenti software D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 23 Sistemi Informativi - 3 Sistemi Informativi e D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 21 Hardware Sistemi Informativi e L hardware è l insieme delle componenti fisiche D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 24

5 Software - 1 Sistemi Informativi e Il software è l insieme dei programmi che vengono eseguiti dal sistema D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 25 : un Esempio amo di trovare scritto su un foglio Rossi 12 (una stringa di caratteri e un numero). Si tratta di dati che di per sè non forniscono alcuna informazione. Se essi costituiscono la risposta alle domande: Chi è il professore di informatica? In quale ufficio si trova?, il loro significato (contenuto informativo) diventa evidente D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 28 Software - 2 Sistemi Informativi e Il software è l insieme dei programmi che possono essere eseguiti su un sistema di elaborazione Ogni programma lavora su un insieme di informazioni (input) e fornisce dei risultati (output) D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 26 : Definizioni dal dizionario: - informazione: notizia, dato o elemento che consente di avere conoscenza più o meno esatta di fatti, situazioni, modi di essere - dato: ciò che è immediatamente presente alla conoscenza, prima di ogni elaborazione; (in informatica) elementi di informazione costituiti da simboli che devono essere elaborati D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 29 Software e Sistema Operativo Sistemi Informativi e Il software viene suddiviso in due categorie: - software di base: dedicato alla gestione delle funzioni elementari dell elaboratore - software applicativo: dedicato alla soddisfazione di particolari esigenze dell utente Il sistema operativo (SO) è il componente principale del software di base: - gestisce le varie risorse fisiche dell elaboratore svolgendo diversi compiti che dipendono dalla complessità del particolare SO D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 27 nei Nei sistemi informatici le informazioni vengono rappresentate per mezzo di dati. Per fornire delle informazioni, i dati devono essere interpretati In modo intuitivo, possiamo affermare che i dati da soli non hanno nessun significato; una volta interpretati e opportunamente correlati forniscono informazione D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 30

6 Sistema di Numerazione Decimale (o in Base 10) Il sistema di numerazione decimale (o in base 10) Utilizza un insieme di dieci cifre (b = 0,..,9) che assumono un valore posizionale Esempio: = Si hanno sistemi di riferimento in qualsiasi base D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 31 Cambiamenti di Sistema da 10 a 2: da 2 a 10: = = = 910 D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 34 Sistema di Numerazione Binario (o in Base 2) - 1 Le cifre utilizzate dal sistema binario sono due 0,1 e sono dette bit Un gruppo di 8 bit è detto byte Quanti diversi valori possono essere espressi con n bit? 2 n da 0 a 2 n 1 D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 32 Codifica Binaria ed Elaboratori Perchè il sistema binario per gli elaboratori? I calcolatori funzionano con l energia elettrica L energia elettrica viene gestita da transistor ( interruttori ) che hanno due posizioni: acceso (1) e spento (0) D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 35 Sistema di Numerazione Binario (o in Base 2) - 2 Semplificazione dell aritmetica: = D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 33 con Precisione Fissa L aritmetica eseguita dal calcolatore deve tener presente la dimensione limitata e ben definita della memoria Si parla di numeri con precisione fissa Problemi di overflow - con 4 bit si può memorizzare i numeri interi senza segno da 0 a (da 0 a 15) = D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 36

7 Con Segno: Bit di Segno Esempio: numeri con 4 bit (da -7 a +7): = = = = = = 010 D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 37 Il carattere è l unità minima del testo La prima codifica di larga diffusione è stato il codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 40 con Virgola Fissa 23, , , , , 0012 = = , , , 125 = 23, Caso: 0, (poche cifre significative!) D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 38 Codice ASCII - 1 Il codice ASCII è un sistema di codifica a 7 bit (2 7 =128 caratteri) Esistono estensioni a 8 bit proposte successivamente con lo scopo di raddoppiare il numero di caratteri rappresentabili - utilizzando un intero byte è possibile rappresentare 2 8 = 256 caratteri diversi - permette anche la rappresentazione delle lettere accentate D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 41 con Virgola Mobile - notazione scientifica: n = ± m base e dove m è detta mantissa ed e esponente - Esempi: = 1, , = 2, , = 1, D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 39 Codice ASCII - 2 Char Dec Col/Row Oct Hex Nome Descrizione 0 00/ NUL (Ctrl-@) NULL / DIGIT ZERO / DIGIT ONE A 65 04/ CAPITAL LETTER A B 66 04/ CAPITAL LETTER B a 97 06/ SMALL LETTER a b 98 06/ SMALL LETTER b D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 42

8 Un immagine (digitale) è costituita da un insieme di elementi detti pixel Ad ogni pixel viene associato un valore - un colore per immagini a colori - un tono di grigio per immagini a scale di grigio o immagini in bianco e nero D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 43 Spazi di Colore D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 46 Profondità Per poter elaborare e gestire un immagine digitale è necessario che il valore associato ai pixel sia espressa in bit Il numero di bit riservati ad ogni pixel identifica la profondità, la capacità di rappresentare e distinguere le varie sfumature di grigio - 1 bit per pixel immagine in bianco/nero (1/0, cioè 2 1 toni) - 8 bit (1 Byte) per pixel permettono di rappresentare 2 8 = 256 livelli di grigio D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 44 Quanto spazio Occupa un Immagine? Immagine a Colori 1600x x 1200 x 3 Byte = Byte = KByte = 5,49 MByte D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 47 a Colori Le rappresentazioni delle immagini a colori variano a seconda dei campi di colore che si usano Ad ogni pixel viene associato un insieme di campi di colore Un immagine RGB utilizza tre campi di colore: - componente rossa (R) - componente verde (G) - componente blu (B) Se ogni campo di colore è associato a 1 byte: - avremo 3 Byte per pixel x 256 x 256 = colori diversi D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 45 Compressione La compressione è un metodo che consente di ridurre la dimensione di un file combinando le informazioni sui pixel relative a colori simili e memorizzando tali dati in uno spazio ridotto Esistono due tipi di compressione: - dei dati (o reversibile): riduce la dimensione del file senza modificare la qualità dell immagine (GIF e PNG) - delle immagini (o parzialmente reversibile): elimina le informazioni non necessarie dal file immagine (JPEG) Formati non compressi: TIFF, RAW D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 48

9 Un segnale audio è di tipo analogico (quindi continuo), per poterlo codificare si necessita una digitalizzazione (campionamento) Un segnale audio è rappresentato come una sequenza di numeri - ognuni numero rappresenta la frequenza del segnale campionato D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 49 Video Un video è rappresentato come una successione di immagini (dette frame) e un insieme di segnali sonori D. Gubiani Sistemi di Elaborazione dell Informazione 50