Informatica e telecomunicazioni
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- Agnella Bartolini
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1 Antonio De Rosa - Biagio De Rosa S492 Informatica e telecomunicazioni Per il secondo anno dei nuovi Istituti tecnici - Settore tecnologico AGGIORNAMENTI GARANTITI!
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3 Copyright 2011 Esselibri S.p.A. Via F. Russo 33/D Napoli Tutti i diritti riservati È vietata la riproduzione anche parziale e con qualsiasi mezzo senza l autorizzazione scritta dell editore. Per citazioni e illustrazioni di competenza altrui, riprodotte in questo libro, l editore è a disposizione degli aventi diritto. L editore provvederà, altresì, alle opportune correzioni nel caso di errori e/o omissioni a seguito della segnalazione degli interessati. Prima edizione: aprile 2011 S492 - Scienze e tecnologie applicate - Informatica e Telecomunicazioni ISBN Ristampe Questo volume è stato stampato presso Arti Grafiche Italo Cernia Via Capri, 67 - Casoria (NA) Microsoft, MS-DOS, Windows, Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Access, Microsoft PowerPoint e Microsoft Internet Explorer sono marchi registrati dalla Microsoft Corporation. Altri nomi e marchi citati sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici. L art. 5, D.L. 137/2008, conv. in L. 169/2008 stabilisce l obbligo per le Case editrici di mantenere invariato il contenuto dei libri scolastici nei sei anni successivi alla loro pubblicazione, fatta salva l eventualità di appendici di aggiornamento che dovessero rendersi necessarie. Con «6OK», Simone per la Scuola si impegna a garantire per sei anni a docenti e studenti tutti quegli aggiornamenti che si renderanno necessari e opportuni, perché l evoluzione della didattica o i cambiamenti della disciplina lo impongono, sia in forma cartacea che on line sul sito Tutti i diritti di sfruttamento economico dell opera appartengono alla Esselibri S.p.A. (art. 64, D.Lgs , n. 30) Coordinamento redazionale a cura di Dario di Majo Redazione: Umberto Marone Grafica e copertina:
4 Il Regolamento del Ministero dell Istruzione del 2010 recante le nuove norme relative al riordino degli Istituti Tecnici italiani ha introdotto in tutti gli indirizzi del settore tecnologico una nuova disciplina di studio: Scienze e tecnologie applicate. La nuova materia si colloca al secondo anno del primo biennio richiedendo 3 ore settimanali ed orientandosi verso quegli ambiti formativi propri dell insegnamento caratterizzante ciascuno dei 9 indirizzi propri del settore tecnologico. Il presente volume si rivolge specificamente agli studenti che frequentano l indirizzo Informatica e Telecomunicazioni, nel cui successivo triennio sono pertanto prevalenti gli insegnamenti verso il settore delle innovazioni tecnologiche e del campo dell Information and Communication Technology (ICT). In accordo con quanto stabilito dalle linee guida alla base del riordino degli Istituti Tecnici, i temi trattati nel testo si propongono di concorrere all acquisizione delle competenze di base attese a conclusione del biennio e propedeutiche allo studio delle materie caratterizzanti il successivo triennio dell indirizzo Informatica e Telecomunicazioni. Contemporaneamente, l attenzione sui diversi argomenti trattati può essere di valido supporto per le attività di orientamento necessarie allo studente per aumentare e consolidare il suo grado di consapevolezza dell indirizzo di studio scelto e dell importanza delle diverse materie che si andranno poi ad approfondire negli anni successivi. L opera è sviluppata seguendo due aree di studio: nella prima parte (area Informatica) sono trattate le tematiche più propriamente afferenti al campo dell informatica. Cinque percorsi sviluppano i seguenti temi: aspetti funzionali delle diverse classi di computer, sviluppo del software, metodologie di costruzione di semplici programmi, utilizzo del più diffuso programma di foglio elettronico (Microsoft Excel) e nuove professionalità ICT richieste dal mercato del lavoro; nella seconda parte (area Telecomunicazioni) sono affrontati gli argomenti relativi all analisi, alla progettazione ed all installazione dei dispositivi elettronici e dei sistemi di telecomunicazione. Nei tre percorsi di cui si compone l area sono perciò passati in rassegna numerosi temi quali l informazione, la sua codifica e trasmissione, i mezzi e le regole di comunicazione, le reti di computer, la sicurezza informatica, sino al Web, con cenni al linguaggio HTML per realizzare pagine multimediali. Lo sviluppo dei percorsi didattici seguiti in ambedue le aree è finalizzato a far maturare nello studente un autonomia nella ricerca delle strategie adeguate alla soluzione dei problemi e contemporaneamente nell osservazione e nell analisi dei sistemi più o meno complessi che gestiscono fenomeni della realtà naturale e artificiale. I differenti argomenti sono affrontati senza nozionismi schematici, ma con un approccio didattico e descrittivo ed in ogni caso con la costante finalità di incuriosire e nello stesso tempo di avvicinare lo studente al complesso ed articolato tema della centralità dell ICT nella società tecnologica del terzo millennio. Per questo motivo, alla fine di ogni paragrafo è presentato un questionario di verifica dei temi trattati, utile per fare il punto sulla situazione e sul livello di competenze raggiunto. Premessa 3
5 Informatica 1. Introduzione... Pag Dati e informazioni...» 9 3. ICT e sistema di elaborazione...» ICT...» Hardware e software...» Componenti funzionali di un computer...» Unità di ingresso...» Memoria centrale...» Unità Centrale di Elaborazione (CPU)...» Unità di uscita...» Memorie ausiliarie...» Supporti magnetici: nastri e dischi...» Dischi ottici: CD e DVD...» Nuove memorie elettroniche...» Rappresentazione dei dati nelle memorie di un computer: bit e byte...» Sistema di numerazione binario...» Valutazione delle prestazioni di un computer...» Classi di computer...» Supercomputer...» Mainframe...» Minicomputer...» Personal computer...» Palmari...» Workstation...» Tablet...» Introduzione...» Ciclo di vita del software...» Esempio di realizzazione di un programma...» Microanalisi...» Individuazione dell algoritmo...» Rappresentazione grafica dell algoritmo...» Selezione del linguaggio di programmazione...» Traduzione del sorgente in programma eseguibile...» Test del programma...» Paradigmi di programmazione...» La programmazione strutturata...» Metodologia Top-Down...» Introduzione...» Algoritmi e programmi elementari...» Struttura sequenziale e dell alternativa...» Struttura iterativa...» Proprietà degli algoritmi...» Caratteristiche delle istruzioni di un algoritmo...» Proprietà di un algoritmo...» Dati elaborati da un algoritmo...» Introduzione ad Excel...» Concetti di base...» Funzioni in Excel...» Le Funzioni logiche SE, O, E e NON...» Funzione CONTA.SE...» Funzione SOMMA.SE...» Realizzazione di grafici...» Il grafico a torta...» Il grafico istogramma...» Sommario
6 7.3 Il grafico a barre... Pag Il grafico a dispersione...» Il grafico a linee...» Introduzione...» Gli anni 60: il calcolatore elettronico si diffonde in ambito bancario...» Il primo personal computer...» Reti di computer...» Dai file tradizionali ai data base...» I sistemi Operativi Windows...» Internet e il Web...» Aree ed ambiti di lavoro nel settore ICT...» Responsabile Interno IT e Responsabile Commerciale...» Scenari di lavoro...» Il settore dello Sviluppo Software...» Analista Software...» Programmatore...» Tecnico di Collaudo e Integrazione di Sistemi...» Il Capo Progetto...» Sviluppo di applicazioni sul Web...» Data Base e Gestione...» Il Responsabile del Centro di Elaborazione Dati...» 147 Telecomunicazioni 1. Introduzione...» Informazione...» Comunicazione...» Misura dell informazione...» Velocità di trasmissione...» Codifica dell informazione...» Codifica analogica e codifica digitale...» Trasformazione di una grandezza analogica in una grandezza digitale...» Modalità di trasmissione dell informazione...» Trasmissione unidirezionale e bidirezionale...» Trasmissione seriale e parallela...» Trasmissione sincrona ed asincrona...» Standard di comunicazione...» Mezzi di trasmissione...» Mezzi di trasmissione guidati...» Fibre ottiche...» Doppino telefonico...» Cavo coassiale...» Mezzi di trasmissione non guidati...» Onde elettromagnetiche...» Disturbi ed errori di trasmissione...» Riconoscimento dell errore...» Ridondanza...» Tecnica di Hamming...» Comunicazioni in rete...» Reti locali...» Comunicazione punto-punto e multipunto...» Topologie di rete...» Topologia a bus...» Topologia Ad Anello...» Configurazione a stella...» Reti geografiche...» Strategie di trasmissione...» Trasmissioni direzionali...» Trasmissioni non direzionali...» Strategie di trasporto...» Commutazione di circuito...» Commutazione di pacchetto...» Frame relay...» Asynchronous Transfer Mode...» La Tecnologia ISDN...» La Tecnologia ADSL...» Organizzazione logica di una rete...» Organizzazione peer-to-peer...» Organizzazione client-server...» Sicurezza informatica...» Malware...» 194 Sommario 5
7 12. Sistemi di difesa dalle intrusioni... Pag Firewall...» Antivirus...» Spamming...» Fishing...» Politiche di riservatezza...» Tipologie di utenti...» Un caso italiano: SOLUZIONI 2011 S.p.A....» La rete Internet...» World Wide Web...» Il servizio FTP (File Transfer Protocol)...» La posta elettronica...» Altri servizi Internet...» Pagine web e basi del linguaggio HTML...» Tag HTML...» Tag HEAD...» Tag BODY...» Commenti...» Tag di intestazione del documento...» Tag di corpo del documento...» Sfondo della pagina...» Colore del testo...» Tag di formattazione del testo...» Testo a capo e spazi bianchi...» Tag <FONT>...» Formattazione specifica per singoli caratteri...» Allineamenti del testo...» Elenchi puntati e numerati...» Tabelle...» Collegamenti ipertestuali...» Link interni...» Link esterni...» Immagini...» Sommario
8 Informatica percorso 1 percorso 2 percorso 3 percorso 4 percorso 5 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti Lo sviluppo del software Le basi della programmazione Il foglio elettronico per indagini socio-statistiche Le principali figure professionali dell ICT Obiettivi Sapere Orientarsi circa l uso degli strumenti tecnologici nelle attività di studio e ricerca disciplinare Porre attenzione ai temi riguardanti la sicurezza nei luoghi di lavoro, la qualità della vita, la tutela della persona, l ambiente e il territorio Decidere quali procedure e tecniche utilizzare per la ricerca di soluzioni innovative negli ambiti delle scienze applicate Riconoscere i concetti di sistema e complessità negli eventi naturali ed artificiali per i quali si svolgono attività di osservazione ed analisi Comprendere le potenzialità ed i limiti delle tecnologie negli ambiti sociali e culturali di applicazione Saper fare Individuare gli ambiti dell ICT, i fondamenti teorici dell informatica e la struttura funzionale di un computer Conoscere la rappresentazione dei dati all interno delle memorie Conoscere il ciclo di vita del software Affrontare problemi e ricercare modelli mediante la scomposizione delle complessità Esprimere procedure risolutive di problemi mediante strategie appropriate Saper realizzare semplici programmi secondo il paradigma imperativo Seguire un metodo sistematico per controllare i processi di compilazione e debugging dei programmi Saper utilizzare il foglio elettronico ed applicarlo a indagini ed analisi di dati Conoscere le principali figure professionali informatiche richieste dal mercato del lavoro
9 Nelle diverse realtà che circondano l uomo del terzo millennio il computer risulta essere uno strumento fondamentale per svolgere la maggior parte delle attività. Sono ormai innumerevoli i lavori ed i compiti che si avvalgono dell ausilio dei dispositivi automatici di calcolo elettronico per ottenere risultati corretti in tempi molto rapidi. Le forme attraverso le quali si presenta un computer sono molteplici e con differenti caratteristiche: si passa dall usuale PC di dimensioni sempre più ridotte ai dispositivi di lettura di libri elettronici (e-reader) sino ai telefonini di ultima generazione che aggiungono alle capacità di comunicazione tradizionale ulteriori possibilità di applicazioni multimediali nei campi più disparati (apps). Si tratta in ogni caso di dispositivi elettronici che, al di là delle forme con le quali si presentano esteriormente e delle loro caratteristiche peculiari, possono in ultima analisi essere considerati veri e propri computer. Ma quali sono le caratteristiche fondamentali e comuni attraverso le quali può essere «definito» un computer? Quando ha iniziato a diffondersi nei diversi ambienti di lavoro, di ricerca e di studio, con il termine computer si indicava l elaboratore (o calcolatore) elettronico, ovvero un sistema automatico di calcolo dotato di una certa autonomia decisionale, in quanto guidato da un programma presente nella sua memoria interna in grado di emettere verso l esterno risultati richiesti dall utilizzatore (detto utente). Negli anni successivi e grazie alla continua e costante evoluzione del progresso tecnologico del settore, i computer hanno ampliato il loro «raggio d azione» spingendosi oltre il solo calcolo ed entrando nel settore della comunicazione, sino costituire essi stessi il fulcro ed il punto di riferimento per qualsiasi tipo di trasmissione: si pensi alla telefonia, alla posta elettronica, al trasferimento di beni e servizi in qualsiasi parte del globo, dove in ogni rapporto tra soggetti è proprio un computer o un gruppo di computer che raccoglie dati, ordini, richieste ecc., opportunamente «smistate» tra i soggetti interessati. Sempre nell ambito della comunicazione, ormai in tante case ci sono computer utilizzati da giovani e meno giovani che ricorrono ad applicazioni di social network (quali ad esempio Facebook o Twitter) che, attraverso la rete Internet, permettono di comunicare emozioni, gioie e messaggi tra amici, conoscenti ecc. Nella tabella 1 si riportano pochi e semplici esempi di computer utilizzati nella vita quotidiana negli ambienti più vari. Luogo Cassa di un supermercato Sportello Postale Funzione Determinazione del prezzo di vendita di un prodotto Memorizzazione di versamento su c/c postale Forma del dispositivo e procedure Lettore di codice a barra Stampa scontrino a consumatore Lettore bollettino Stampa Accredito danaro su c/c Casa Svago e comunicazione PC, portatile, Ipad Facebook Scuola Apprendimento e simulazione di casi Personal computer Programmi didattici Collegamento a siti di studio didattici 8 Area 1 Informatica
10 Luogo Funzione Forma del dispositivo e procedure Agenzia di viaggio Prenotazione aeree e ferroviarie Minicomputer e PC Lettura di proposte di viaggio Pagamento con carta credito Industria Assemblaggio di parti meccaniche e composizione di prodotti Braccia meccaniche (ROBOT) Controllo e collaudo automatico Zaino Lettura libri elettronici (e-book) Tablet di lettura con controllo attraverso touch-screen Tabella 1 Tipologie di computer e loro applicazioni Si può dunque senz altro affermare che esistono tante tipologie di computer a seconda del settore di applicazione e dei risultati che si vogliono ottenere dalle elaborazioni ordinate. Da più parti si ritiene che il motivo principale della diffusione del computer nei diversi ambienti di lavoro, di studio e domestici risieda nella sua capacità di memorizzare dati. Basti pensare che agli albori della diffusione degli elaboratori elettronici, a partire dagli anni 60, uno dei primi settori che ha registrato l introduzione degli elaboratori elettronici nelle normali attività di lavoro è stato quello bancario, nel quale era (ed è tuttora) molto sentita l esigenza di conservare ed elaborare grosse quantità di dati. Naturalmente, in quegli anni la presenza di dispositivi informatici nelle aziende non era lontanamente paragonabile a quella che oggi si può osservare in qualsiasi ambito di lavoro; inoltre, da allora sino ai giorni attuali, le prestazioni dei computer hanno seguito un andamento esponenziale, sia per quanto riguarda le velocità di calcolo dei microprocessori che le capacità di memorizzazione dei dati sui supporti connessi ai computer. Attualmente, infatti, anche l utilizzatore più comune di sistemi informatici dispone della possibilità di immagazzinare centinaia di miliardi di Byte su hard disk, CD-ROM, DVD ecc. Pertanto, uno dei principali compiti di un sistema informatico è senza dubbio costituito dalle funzioni di raccolta, organizzazione ed archiviazione dei dati. Molte attività ordinarie svolte nelle aziende, ma anche in ministeri, uffici e scuole sono rivolte infatti a gestire operazioni su moli notevoli di dati, come elenchi di abbonati ad un certo servizio, quotazioni di titoli finanziari nei mercati borsistici di tutto il mondo, movimenti dei conti correnti bancari o di carte di credito, gestione di riscossione di crediti ecc. Abbiamo più volte, fin qui, accennato ai «dati». È giunto il momento di approfondire questo concetto. Quando si discute della descrizione di un evento reale, dati e informazioni sono spesso utilizzati come sinonimi, ma in realtà si tratta di due concetti ben distinti fra loro. Da un punto di vista generale, infatti, il dato è un semplice attributo di un fatto reale. Ad esempio, considerando una determinata scuola, «800» potrebbe rappresentarne un dato, così come «Diaz» potrebbe rappresentare un altro dato ad essa collegato. In altre parole, «800» e «Diaz» potrebbero rappresentare due attributi di quella realtà scolastica, che contiene perciò al suo interno migliaia e migliaia di dati. «800» potrebbe rappresentare il costo in euro di un dispositivo informatico acquistato dalla scuola oppure il numero dei banchi inventariati oppure il prefisso telefonico del servizio iscrizione attivato dall istituto. «Diaz» invece potrebbe essere il nome di un alunno, oppure il nome della Via dove si trova la sede succursale della scuola, o altro ancora. I dati si trasformano in informazioni solo se sono sottoposti ad un processo di interpretazione e di contestualizzazione. L informazione è pertanto qualcosa che accresce la conoscenza ed è ottenuta dall elaborazione di più dati: quando i dati, da semplici rilevazioni di eventi, sono riorganizzati in modo da essere trasformati in qualcosa di utile, comprensibile e significativo, allora diremo di aver ottenuto l informazione. Sempre riferendoci all esempio precedente, potremmo dire che «La scuola Diaz è frequentata da 800 studenti» è un informazione, in quanto accresce la conoscenza di chi la riceve. Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 9
11 Da queste semplici considerazioni si ottiene la sintesi dell importanza dell informatica: l elaborazione di semplici (ma numerosi) dati, eseguita da un computer in tempi rapidissimi, produce l informazione, vero valore aggiunto del processo elaborativo. Lo schema riprodotto nella fig. 1 aggiunge ulteriori elementi di riflessione: i dati costituiscono l input (immissione) del processo elaborativo; l informazione si può identificare come il risultato dell elaborazione. DATI ELABORAZIONE INFORMAZIONI Figura 1 Elaborazione dei dati e informazione Risulta a questo punto chiaro che quando l utente di un sistema informatico indirizza una richiesta, ovvero esegue un interrogazione (definita anche query), egli è alla ricerca ed in attesa di ottenere informazioni. Da un altro punto di vista, occorre riflettere su un aspetto: l uomo moderno è letteralmente sommerso da quantità enormi di dati che, in alcuni casi, invece di creare un beneficio provocano uno squilibrio ed un vero e proprio «stress informativo». Un computer, allora, supportato da un efficiente sistema di memorizzazione e di gestione di dati, è molto utile per elaborare correttamente i numerosi dati e fornire informazioni puntuali e preziose per l utente finale. 1) Quale settore ha segnato per primo la diffusione degli elaboratori elettronici? a) Industria b) Commercio c) Banche 2) Quale tra i seguenti è un tipico compito cui assolve un sistema informatico? a) Archiviazione dei dati b) Ricerca di Personale c) Produzione energia 3) I concetti di «dato» e «informazione» sono sinonimi? a) Sì, in alcune circostanze b) Sì, sempre c) No 4) Quale tra le seguenti definizioni può essere attribuita al concetto di «dato»? a) Fatto o accadimento b) Attributo di un fatto c) Ipotesi di partenza 5) Un dato può mai divenire informazione? a) No b) Sì, quando è conosciuto da molti soggetti c) Sì, ma solo dopo un processo di riorganizzazione 6) A cosa può servire un dato? a) Ad ottenere informazioni b) A formare un archivio c) Da solo a niente 10 Area 1 Informatica
12 7) È più utile un gruppo di dati o una singola informazione? a) Un gruppo di dati b) La singola informazione c) Senza computer, non è utile nessuna delle due cose Lo sviluppo delle attività umane nei più disparati settori, quali l industria, l economia, le scienze sociali, le attività espressive ecc. ha segnato una forte accelerazione in questo terzo millennio, soprattutto grazie al mondo dell ICT (Information and Communication Technology). Con questo termine si indica nello stesso tempo sia l insieme delle scienze che studiano il trattamento automatico e digitale delle informazioni che le varie tipologie di forme tecnologiche che ne consentono le elaborazioni e le archiviazioni. Obiettivo dell ICT è concepire e memorizzare l informazione nei suoi più differenti aspetti (dati, immagini, presentazioni multimediali ecc.) al fine di facilitarne l elaborazione e fornire una risposta esauriente ai bisogni informativi dell uomo. Lo strumento alla base del mondo dell ICT è costituito dal computer, inteso come sistema elettronico di elaborazione dati costituito sia dalle parti materiali della macchina che dai programmi che consentono a quest ultima di eseguire le funzionalità elaborative. Le componenti materiali o fisiche del computer prendono il nome di hardware (ad esempio le schede formate a loro volta da circuiti elettronici che consentono al computer di avviarsi e funzionare regolarmente). Fanno dunque parte dell hardware di un computer i suoi componenti interni quali la scheda madre (motherboard), la scheda video, il mouse, la tastiera ecc. (fig. 2). Figura 2 Esempio di hardware: un hard disk Anche dispositivi esterni al computer (pur se collegati ad esso) come stampanti, video, webcam ecc. sono componenti hardware (fig. 3). In parole povere, è hardware tutto ciò che all interno o all esterno di un computer si vede, si tocca e che si può rompere perché cade a terra! Perché un qualsiasi computer possa elaborare correttamente dati, il solo hardware non basta: occorrono anche i programmi di elaborazione. Figura 3 Altri esempi di hardware: una stampante e un hard disk esterno Un programma può essere definito come un insieme di istruzioni che operano su dati, allo scopo di risolvere un determinato problema, semplice o complesso che sia. Viene indicato con il termine software l insieme dei programmi che rendono possibile il funzionamento di un computer. Se l hardware perciò può essere inteso come la parte «dura» (hard) del computer, il software viene spesso contraddistinto dall essere «morbido» (soft). Il software a sua volta viene suddiviso in software di base (o di sistema) e software applicativo. Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 11
13 Tutti i programmi finalizzati alla gestione del sistema e delle sue risorse costituiscono quello che viene definito come sistema operativo ed appartiene al software di base. Windows 7, ad esempio, è il recente sistema operativo della Microsoft che provvede ad eseguire le funzionalità di base di un personal computer. Esistono decine di sistemi operativi che sono in grado di occuparsi delle funzionalità fondamentali di un computer; tra questi si citano, oltre ai tradizionali Windows della Microsoft (nelle versioni 95, 98, 2000, XP, NT, Vista, 7) anche i sistemi operativi Unix, Linux, OS2 e MacOS X. In generale, i programmi e le procedure del sistema operativo che sovrintendono e provvedono al corretto funzionamento della macchina vengono caricati al momento dell accensione e per la maggior parte del tempo rimangono nella memoria centrale del computer. Si ricorda, infatti che i programmi del software di base gestiscono le diverse componenti hardware del computer e per tali motivi sono continuamente richiesti per l esecuzione delle diverse azioni richieste dall operatore. Esistono poi i programmi che servono all utente finale per stampare le fatture, il giornale di magazzino, il bilancio, per consentire di inserire i dati di vendita ecc. Si tratta dei programmi veramente utili per chi opera in azienda, in ufficio e nei diversi ambienti di lavoro e di studio. Tali programmi sono realizzati ad uso e consumo dell utente ed inoltre frequentemente sono realizzati «su misura», in base alla dimensione ed all esigenza dell ambiente ove si opera. Questi programmi costituiscono quello che viene definito il software applicativo. Con il termine applicazione (o procedura), in genere in ambito aziendale si vuole indicare un sottoinsieme di programmi connessi fra loro che vogliono raggiungere un determinato obiettivo. Costituisce un esempio di applicazione la fatturazione, intesa come l insieme di quei programmi esistenti in un computer che permettono all utente di ottenere le fatture, dall immissione dei dati sino alla stampa finale. Altri esempi di applicazioni sono la procedure di gestione del magazzino di un supermercato, quella di gestione dell orario scolastico o l assemblaggio di un manufatto industriale. È chiaro che il software applicativo funziona in quanto esiste il sistema operativo che provvede ad occuparsi delle funzionalità di base della macchina. In tal senso, i programmi applicativi non sono autonomi, ma dipendono strettamente dal sistema operativo che esiste su quel determinato computer. In generale, pertanto, un programma applicativo che funziona sotto un determinato sistema operativo non può funzionare con un altro sistema operativo, a meno che non si operino all interno del programma variazioni più o meno strutturali. Tra i tanti programmi facenti parte del software applicativo, ne esistono alcuni che rivestono un utilità generale e che per la loro natura sono presenti in moltissimi ambienti. Sono i programmi che consentono di redigere un documento, che realizzano i fogli di calcolo, che consentono di elaborare immagini ecc. Questi programmi sono anche definiti come applicazioni orizzontali in quanto in maniera trasversale sono presenti in tutti gli ambienti. Poiché molti di questi programmi svolgono funzioni ed attività connesse al tipico lavoro d ufficio, è entrato nella prassi rivolgersi ad essi anche con il termine Office Automation o più semplicemente Office. Con il termine suite, infine, si vuole indicare l insieme di tutti i programmi che una determinata società di software offre sul mercato, generalmente a prezzi ridotti. La tabella 2 schematizza queste tipologie di programmi, indicando anche i nomi di alcuni dei principali pacchetti (packages) commerciali esistenti sul mercato del software. Tipo di software Scopo Pacchetti commerciali Elaboratori di testi (word processing) Fogli Elettronici (spreadsheet) Database Scrittura, modifica, memorizzazione e stampa di documenti Memorizzazione e calcoli su dati strutturati in righe e colonne, con produzione di grafici Memorizzazione di grandi moli di dati per elaborazioni anche complesse Microsoft Word, Corel WordPerfect, Works Microsoft Excel, OpenOffice Microsoft Access, DBASE IV, FileMaker 12 Area 1 Informatica
14 Tipo di software Scopo Pacchetti commerciali Grafica Elaborazione di immagini Corel Draw, Adobe Photoshop, Paint Shop Disegno tecnico (CAD) Progettazione di strutture tecniche AutoCAD, MicroStation Posta Elettronica (electronic mail) Gestione della posta elettronica Microsoft Outlook Express, Eudora, Thunderbird, Microsoft Mail Navigazione ipertestuale Esplorazione di pagine Web Microsoft Internet Explorer, Netscape Navigator, FireFox Mozilla, Google- Chrome Tabella 2 Tipologie di applicazioni di tipo orizzontale Come è stato specificato in precedenza, qualsiasi tipo di computer costituisce un sistema di elaborazione: dal punto di vista funzionale, esso è formato da un insieme di parti, unite fra loro da relazioni reciproche la cui finalità ultima è diretta ad un preciso obiettivo, cioè l ottenimento di risultati precisi e corretti a partire dai dati iniziali messi a disposizione del sistema stesso. 1) Cosa può indicare il termine ICT? a) L attività connessa allo sviluppo del software b) Il settore dell innovazione tecnologica c) Il computer 2) Quale tra i seguenti può essere considerato una componente sempre presente nell ICT? a) Il computer b) La rete internet c) La memory card 3) Come può essere definito un circuito elettronico di memoria? a) Software b) ICT c) Hardware 4) Quale tra le seguenti definizioni non può essere attribuita all hardware? a) Programma in esecuzione b) Componente fisica che si vede c) Bene di scambio 5) Un programma può essere considerato come componente: a) Professionale b) Hardware c) Software 6) Windows è: a) Un software applicativo b) Un sistema operativo c) Un sistema informatico Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 13
15 7) Un programma che stampa i nominativi degli alunni con debito appartiene alla categoria del: a) Software applicativo b) Software di base c) Sistema operativo 8) Un gruppo di programmi che realizzano un determinato scopo possono costituire: a) Una suite b) Un insieme software c) Un applicazione 9) Cosa si intende con il termine di Office? a) I programmi normalmente utili per il lavoro d ufficio b) Una classe di computer presenti in ambito amministrativo c) Il programma che serve a redigere l orario di lavoro 10) Un computer costituisce: a) Un gruppo di componenti unite tra loro b) Un dispositivo unico ed indipendente di calcolo c) Una parte unica che contiene un programma al suo interno Per comprendere le interrelazioni esistenti tra le diverse parti che compongono un computer, iniziamo dapprima ad analizzare gli «organi» di un elaboratore elettronico. Dal punto di vista funzionale, negli elaboratori elettronici si ritrovano sempre almeno 5 insiemi di unità: unità di ingresso; memoria centrale; unità logico-aritmetica; unità di controllo; unità di uscita. Tali componenti non sono separati fra loro, ma costituiscono un tutt uno, con lo scopo comune di effettuare le elaborazioni desiderate dall utente per ottenere risultati corretti ed in tempo utile. Ecco perché spesso si parla di sistema di elaborazione elettronico dei dati: il concetto di sistema richiama proprio la presenza di più organi, le cui dinamiche sono regolate da leggi e priorità e sono finalizzate all ottenimento di informazioni utili e preziose, attraverso l elaborazione di semplici dati. Lo schema funzionale («architettura»), che è riprodotto nei moderni computer fin dal lontano 1947 e che è stato definito da John Von Neumann, è riportato nella fig. 4. UNITÀ CENTRALE DI ELABORAZIONE UNITÀ DI CONTROLLO UNITÀ DI INGRESSO UNITÀ LOGICO-ARITMETICA UNITÀ DI USCITA MEMORIA CENTRALE Figura 4 Lo schema di Von Neumann 14 Area 1 Informatica
16 Secondo lo schema di Von Neumann qualsiasi elaborazione del computer è guidata dal programma che si trova nella memoria centrale della macchina e dà luogo ad una serie di azioni interrelate delle diverse componenti hardware. 1) Quale tra i seguenti non è un organo di un computer? a) Memoria centrale b) Unità logico-aritmetica c) Memoria su Disco 2) Con quale altro termine viene definito un computer? a) Unità di controllo b) Sistema Elettronico di Elaborazione c) Procedura 3) Da cosa viene guidato il computer nelle sue elaborazioni? a) Da un programma b) Dall unità centrale di elaborazione c) Dall operatore di sistema 4) Perché spesso si definisce il computer come un «sistema»? a) Perché raramente i risultati sono errati b) Perché costituisce un metodo per giungere ai risultati finali c) Perché è formato da più componenti integrati Le unità (o periferiche) di ingresso o di input permettono il collegamento dell elaboratore elettronico con l esterno, consentendo l immissione nel sistema sia dei dati che delle istruzioni che compongono un programma, facilitando perciò il collegamento diretto tra l utente e la macchina. Materialmente, nella maggior parte dei casi, l unità di ingresso può essere costituita da diverse apparecchiature adatte allo scopo, le più diffuse delle quali sono: tastiera; mouse; touchpad; scanner; fotocamera digitale; microfono. L elemento comune a tutti questi dispositivi è la possibilità di immettere dati per un successivo processo di elaborazione. Naturalmente, ogni dispositivo di ingresso possiede delle peculiarità che incidono profondamente sulla forma dei dati immessi. Si comprenderà come, ad esempio, la tastiera sia una periferica adatta ad immettere dati testuali, e pertanto possa servire soprattutto quando si eseguono programmi interattivi, cioè programmi che instaurano una sorta di dialogo tra l utente ed il computer. Viceversa, periferiche come il mouse o il touchpad servono soprattutto a gestire il puntatore sullo schermo, e pertanto sono utilizzate nei programmi visuali e di grafica. Ricordiamo che in realtà il touchpad ha la stessa funzione del mouse ed è presente soprattutto su notebook e netbook (fig. 5). Figura 5 Un touchpad Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 15
17 Figura 6 Figura 8 Uno scanner Un microfono Quando invece si ha l esigenza di inserire dati sotto forma di immagini, allora periferiche come lo scanner o la fotocamera digitale risultano di estrema utilità. La presenza degli scanner (fig. 6) si è molto diffusa in questi ultimi anni, favorita anche dal repentino abbassamento di prezzo dei modelli. In realtà lo scanner assomiglia molto ad una piccola fotocopiatrice, con lo scopo però di digitalizzare immagini «catturate» da un foglio e trasferirle nelle memorie del computer. Ovviamente, si privilegerà la fotocamera digitale (fig. 7) qualora si voglia prelevare dalla realtà una determinata immagine e trasferirla direttamente in memoria di un PC. Il microfono (fig. 8), infine, è quella periferica di input che, connessa ad un PC, consente di immettere suoni (voce, musica ecc.) nelle memorie di un computer. La sua utilità è indispensabile in talune applicazioni, quali la videoconferenza, quando diversi utenti distanti fra loro centinaia o migliaia di chilometri, vogliono dialogare fra loro. Esistono poi particolari e sofisticati dispositivi i quali permettono l immissione nel computer anche di segni grafici usuali per l uomo come la scrittura (ci riferiamo qui ai cosiddetti «lettori di codici a barre» o, più in generale, ai sistemi di lettura ottica) o di informazioni relative a grandezze analogiche (pesi, tensioni, temperature ecc.) trasformandole in rappresentazioni numeriche e rendendo possibile pertanto la loro elaborazione all interno di un computer. Alcuni tipi di computer (in particolar modo quelli della società statunitense Apple) posseggono un monitor particolarmente sofisticato (detto touch-screen) che consente di inserire dati e comandi attraverso la pressione delle dita della mano sullo schermo. Quest ultimo dunque, oltre a fungere da dispositivo di emissione dei risultati, costituisce una periferica di ingresso. A proposito dell immissione dei dati, infine, è utile precisare che i dati possono essere prelevati oltre che dai dispositivi appena elencati anche da altri supporti, ovvero da dischi magnetici, minidischi magnetici, nastri magnetici, CD-ROM ecc., che costituiscono, come si vedrà nel seguito, quelle che vengono definite memorie di massa o memorie ausiliarie. Pertanto, da questo punto di vista, altre possibili unità di ingresso sono i lettori di dischi, di minidischi, di nastri, di CD-ROM ecc. 1) In un sistema di elaborazione, quale caratteristica possiede una periferica? a) Collega il computer con l esterno b) Si trova all esterno del computer c) Esegue i calcoli velocemente 2) Quale tra le seguenti costituisce un unità di ingresso? a) Stampante b) Touchpad c) Memoria centrale Figura 7 Una fotocamera digitale 16 Area 1 Informatica
18 3) Una componente dell unità di ingresso: a) Fa parte dell hardware b) Fa parte del software c) È una classe a parte 4) Quale tra le seguenti è una componente dell unità di ingresso per gestire il cursore (puntatore) sullo schermo? a) Touchpad b) Monitor c) CD-ROM 5) A cosa serve l unità di ingresso? a) A permettere l ingresso dei dati in memoria b) A caricare il programma di installazione del sistema operativo c) A visualizzare i risultati al termine dell elaborazione Per memoria centrale si intende un gruppo di dispositivi elettronici (collocati direttamente sulla scheda madre del computer) che, con caratteristiche funzionali differenti, servono allo scopo di memorizzare dati e programmi direttamente elaborabili dagli altri organi di un computer. Tra le memorie centrali riveste un importanza preminente la cosiddetta memoria ad accesso diretto o RAM (Random Access Memory, fig. 9): essa è divisa in celle elementari che permettono di memorizzare i programmi che di volta in volta devono essere eseguiti ed i dati su cui devono essere effettuate le elaborazioni del caso. Lo scopo della RAM è di conservare, mantenendoli inalterati per un periodo più o meno lungo di tempo, i dati precedentemente immessi attraverso l unità di ingresso. È importante sottolineare che tale memoria centrale, al momento dello spegnimento del sistema con la conseguente caduta di alimentazione, perde il suo contenuto: per tale caratteristica, le memorie RAM vengono definite memorie volatili. Figura 9 Moduli di memoria RAM Ogni cella, detta anche locazione di memoria o Byte, ha un indirizzo che la identifica univocamente. Questi indirizzi hanno una numerazione strettamente crescente e quindi l indirizzo con il più alto valore indica anche la capacità di memorizzazione del sistema. Quest ultima può essere espressa con un valore multiplo di 1.024, che viene convenzionalmente indicato come KiloByte o più semplicemente KB. Ancora, si è deciso di utilizzare la sigla MegaByte (o più semplicemente MB) per indicare KB, che corrispondono all incirca a un milione di locazioni (pari precisamente a Byte). In base a questa convenzione, sino al decennio passato, tipici valori di una memoria centrale erano fissati a 128 MB (pari a Byte), 256 MB (pari a Byte) e 512 MB (pari a Byte) ecc. Lo sviluppo del settore ICT nel corso degli anni successivi ha da un lato favorito la riduzione dei costi delle memorie centrali RAM, e dall altro reso necessaria la messa in commercio di memorie RAM di grosse capacità. I nuovi sistemi di elaborazione offrono RAM la cui capacità è dell ordine di diverse miliardi di Byte. A tal proposito, il coefficiente convenzionalmente usato è il GigaByte (GB), uguale a MB e perciò pari precisamente a Byte. I recenti modelli di PC offerti sul mercato presentano una memoria centrale di almeno 4 GB. La funzione della memoria centrale consiste nel memorizzare il programma in esecuzione in un determinato momento ed i dati oggetto dell elaborazione di quel programma. La dimensione della memoria RAM influisce sulle prestazioni del computer e sulla velocità di esecuzione di un programma: più è ampia la capacità della RAM, più veloce risulta l elaborazione ed agevole l ottenimento dei risultati per l utente finale. Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 17
19 Gran parte delle operazioni compiute in un elaboratore elettronico sono legate sia al prelievo (lettura) che alla registrazione (scrittura) di informazioni dalla e nella memoria centrale. Esiste però una differenza sostanziale negli effetti delle due operazioni: il prelievo di un dato dalla memoria centrale lascia inalterato il contenuto delle locazioni interessate, mentre la registrazione di un dato in una o più locazioni di memoria provoca la distruzione e la perdita irrimediabile del precedente contenuto. È opportuno a questo punto operare una distinzione all interno delle memorie centrali presenti in un computer. Le tipologie di memorie centrali più importanti sono: memorie RAM; memorie ROM; memorie cache. La memoria RAM (Random Access Memory = Memoria ad Accesso Uniforme) può essere soggetta da parte dell utente ad operazioni di lettura, scrittura e cancellazione. Il suo contenuto è quindi a completa disposizione del programma di elaborazione richiesto dall utente e, conseguentemente, accoglierà i dati da elaborare oltre che, ovviamente, i programmi che di volta in volta dovranno essere eseguiti. Il significato del suo nome (uniforme) deriva dal fatto che ciascun Byte che la compone può essere letto o scritto in un tempo uguale a quello relativo a qualsiasi altro Byte (siamo nell ordine di pochi nanosecondi, cioè miliardesimi di secondo). Ricordiamo che la permanenza delle informazioni nella memoria RAM è subordinata alla presenza di alimentazione di corrente: un eventuale spegnimento o ammanco di alimentazione provoca l irrimediabile perdita del suo contenuto. La tecnologia più usata per realizzare circuiti di memoria RAM è la Dynamic RAM (DRAM): questa memoria conserva i dati per un breve periodo di tempo, dopodiché deve essere aggiornata centinaia di volte al secondo attraverso l operazione di refreshing. Una memoria di tipo DRAM è suddivisa in moduli, detti DIMM, che possono essere collocati negli alloggiamenti (slot) t della scheda madre (motherboard). Un altra tecnologia adoperata per realizzare la memoria centrale è quella SRAM che migliora le prestazioni in termini di velocità, a fronte però di maggiori costi e consumi. Nella memoria ROM (Read Only Memory = Memoria a Sola Lettura), invece, i dati permangono anche in caso di mancanza di alimentazione elettrica; tipicamente, essa contiene quei programmi che consentono all elaboratore di effettuare le operazioni di accensione (la cosiddetta inizializzazione del sistema) e di configurazione del sistema, oltre a particolari traduttori (interprete Basic, ad esempio) e programmi speciali che sono comunque realizzati dalla società costruttrice dell elaboratore. Si tratta perciò di moduli software utilizzati di frequente (firmware) i quali, data la loro importanza, necessitano di protezione da impreviste o malaccorte operazioni di cancellazione o manomissione: ecco perché in questa memoria l utente può solo prelevare (leggere) dati, giammai scrivervi o cancellarle. Nello specifico, la memoria ROM contiene fra l altro un modulo software detto BIOS (Basic Input Output System) che viene eseguito all atto dell accensione del PC. Il BIOS si occupa di gestire le relazioni con i dispositivi di ingresso-uscita (tastiera, disco, stampante) e con valori di sistema, tra i quali la data, la password di accesso ecc. Il BIOS provvede anche a rendere possibile la ripartenza del computer, pur in presenza di guasti gravi di taluni dispositivi basilari, quali ad esempio il disco rigido. Alla memoria RAM si affianca la memoria cache, caratterizzata da elevate prestazioni in termini di velocità, ottenute utilizzando memorie elettroniche di tipo statico e con collegamento diretto alla Unità Centrale di Elaborazione (CPU). La memoria cache ha la funzione di contenere quelle istruzioni e quei dati utilizzati più di frequente dal sistema, allo scopo di renderli disponibili nel più breve tempo possibile ed aumentare la velocità di esecuzione dei programmi. Esistono due tipi di memoria cache: una cache di tipo L1, detta «di primo livello» ed estremamente veloce, che si trova integrata direttamente nella CPU (della quale si parlerà nel prosieguo) ed un altra, di tipo L2 o di «secondo livello», un po più lenta della precedente e che si trova posizionata invece sulla scheda madre. 18 Area 1 Informatica
20 In genere, la cache del tipo L1 è più ridotta in termini di capacità (128 KB) rispetto alla cache L2, che invece raggiunge oggi i 2-6 MB e che può anche essere espansa. 1) Come può essere definita la memoria centrale? a) ROM b) RAM c) Cache memory 2) Qual è l unità minima di memorizzazione per un carattere in memoria centrale? a) MegaByte b) Byte c) Bit 3) Quanto vale un MegaByte? a) Circa Byte b) Circa Byte c) Poco più di un milione di Byte 4) Tra 5 MegaByte e 2 GigaByte, qual è il valore maggiore? a) 5 MegaByte b) 2 GigaByte c) Non si possono confrontare perché sono due grandezze diverse 5) A cosa serve la memoria centrale? a) A conservare il programma in esecuzione ed i dati relativi b) A conservare il programma in esecuzione permanentemente nel tempo c) Da sola a niente, insieme alla CPU può tornare utile nel caso di un salvataggio dell intero sistema 6) Le memorie centrali principali sono: a) Cache memory b) Memory card e cache di secondo livello (L2) c) RAM, ROM e EPROM 7) La memoria RAM può essere utilizzata dall utente? a) No, l accesso è vietato per motivi legati alla protezione dei dati b) Sì, la memoria RAM può essere usata liberamente dall utente c) No, l accesso è vietato in quanto si tratta di memoria di sola lettura 8) Cosa è la memoria ROM? a) Una memoria volatile e di basso consumo b) Una memoria che non perde il suo contenuto dopo lo spegnimento del PC c) Una memoria molto veloce che contiene le istruzioni più eseguite dal computer 9) Quando torna utile la memoria ROM? a) Quando si attiva la sessione b) Quando si chiede lo spegnimento del PC c) Durante la fase di salvataggio dei dati Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 19
21 10) Come viene chiamata l operazione di attivazione di un computer? a) Installazione b) Manutenzione c) Inizializzazione 11) Come si chiama in generale la componente hardware di un computer che contiene anche programmi protetti dalla scrittura? a) Firmware b) Motherboard c) Software di base 12) Dove si trova il programma di inizializzazione del sistema? a) Nella memoria ausiliaria b) Nel BIOS c) Nel sistema operativo 13) Come viene indicato l aggiornamento continuo e ripetuto del contenuto della memoria DRAM? a) Refreshing b) Updating c) Bootstrap 14) Cosa è uno slot? a) Un tentativo di ripartenza del computer effettuato dal sistema operativo b) Un alloggiamento dove prende posto un modulo di memoria RAM c) Un ciclo di memoria eseguito dall unità di controllo 15) Dove si trova la memoria cache? a) Direttamente sulla scheda madre b) Nella memoria RAM c) Nell Unità logico-aritmetica 16) Qual è il tipo di memoria cache più veloce? a) La memoria DRAM b) La memoria L2 c) La memoria L1 Figura 10 Un microprocessore Per CPU (Central Processing Unit = Unità Centrale di Elaborazione) si intende l insieme dell unità di controllo e dell unità logico-aritmetica. Si tratta di un microprocessore, costituito da un chip integrato strutturato su una piastra di silicio e sulla cui superficie sono presenti milioni di componenti elettronici miniaturizzati (fig. 10). Da quando la società Intel Corporation, nel 1971, costruì il primo microprocessore battezzandolo con la sigla «Intel 4004», le CPU hanno seguito un evoluzione notevolissima, fino ad arrivare ai recentissimi Pentium IV. Si pensi che solo negli ultimi anni del nuovo millennio, ogni diciotto mesi in media le prestazioni e le velocità dei microprocessori sono raddoppiate! La più importante casa costruttrice di microprocessori nel campo dei PC è l americana Intel, che con i recenti microprocessori Pentium IV è riuscita a progettare un unico chip contenente al suo interno più di 42 milioni di componenti elementari. Alla Intel si affianca la AMD, con i processori Athlon, Sempron e Duron. Un altra società che domina questo campo è Cyrix. 20 Area 1 Informatica
22 Le CPU dispongono di un orologio interno (clock di sistema), la cui funzione è quella di sincronizzare le operazioni da eseguire. Il numero di oscillazioni del clock di sistema compiute in un secondo viene detto frequenza del clock e si misura in Megahertz (Mhz = milioni di hertz). Ogni vibrazione del clock consente di eseguire un operazione elementare (ad esempio un addizione). Alcune operazioni sono eseguite in un ciclo di clock, mentre altre necessitano di più cicli. Si tenga presente che se il microprocessore Intel 8086, progettato ed immesso nel mercato nel 1978, presentava un clock con frequenza di 5-12 Mhz, i valori che contraddistinguono le frequenze dei moderni Pentium IV oscillano ben oltre i 3 Gigahertz (oltre Mhz). La velocità della CPU si misura in MIPS, ovvero Milioni di Istruzione Per Secondo. Questa unità di misura indica quanti milioni di istruzioni elementari sono eseguite in un secondo. Essa è utile per valutare le prestazioni del microprocessore e quindi dell unità di controllo e della ALU. Unità logico-aritmetica L unità logico-aritmetica, indicata con la sigla ULA o ALU (Arithmetic Logic Unit), consente di eseguire le quattro operazioni fondamentali dell aritmetica e le operazioni di confronto logico che condizionano la cosiddetta fase decisionale, quando il programma in esecuzione deve scegliere se operare certe istruzioni in alternativa fra loro, al verificarsi di determinati eventi logici. L unità logico-aritmetica è costituita da alcuni registri in cui devono prendere posto gli operandi e da un gruppo di circuiti che, attraverso un opportuno impulso fornito all occor- renza, sono in grado di eseguire l operazione richiesta. È sempre di pertinenza dell unità logico-aritmetica sia il trasferimento dei dati dalla memoria centrale alla stessa e viceversa, che quello dei dati da registro a registro. Unità di controllo L unità di controllo (UC) o di governo è preposta al coordinamento ed alla sincronizzazione dell intero sistema di elaborazione. Per fare ciò, essa colloquia con gli altri organi del computer, a ciascuno dei quali invia segnali di controllo che permettono di: inserire dati nel sistema (segnali inviati verso le unità di ingresso); memorizzare dati (segnali inviati verso la memoria centrale); elaborare dati precedentemente memorizzati (segnali inviati verso l unità logico-aritmetica); emettere risultati di elaborazioni (segnali inviati verso le unità di uscita). Tutte queste operazioni vengono effettuate in dipendenza delle istruzioni contenute nel programma memorizzato in memoria centrale. Ciò significa che oltre a svolgere attività di controllo verso gli altri organi, l unità di controllo è preposta ad un compito essenziale: quello di interpretare il programma in corso di esecuzione, decodificando di volta in volta l istruzione da eseguire e mandando infine l opportuno comando all unità interessata. 1) Come è costituita la CPU? a) Memoria RAM + Unità di controllo b) Unità di controllo + Memoria ROM c) Unità logico-aritmetica + Unità di controllo 2) Quale tra le seguenti è una CPU? a) Intel Pentium IV b) Scheda Video 3D c) RAM di 4 GB Percorso 1 Il computer, la sua architettura e i suoi componenti 21
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