Corso di Informatica

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1 Corso di Informatica Modulo A 1 - Evoluzione del calcolo automatico 1 Prerequisiti Non sono necessari particolari requisiti, se non le conoscenze a livello di biennio di scuola secondaria superiore 2

2 Introduzione Lo scopo di questa Unità è far conoscere: La storia del calcolo automatico Le caratteristiche e le prestazioni delle varie classi di elaboratori. L esatto significato dei termini elaboratore, dato, informazione I nuovi orizzonti dell Informatica 3 Obiettivi Evoluzione del calcolo automatico Elaboratore La macchina di Von Neumann Dato e informazione Tecnologie informatiche 4

3 Conoscenze (sapere) Generazioni di computer Elaboratore Differenza tra dato e informazione Programma e dati Sistemi esperti Intelligenza artificiale Internet e telematica Classificazione sistemi di calcolo 5 Competenze (saper fare) Classificare elaboratori Caratteristiche e prestazioni dei computer Usare dati e informazioni Usare un computer Individuare/Usare nuove tecnologie 6

4 Argomenti Informatica Storia del calcolo automatico Elaboratore o Calcolatore? Dati e Informazioni Dati e Programmi Nuove tecnologie Classificazione dei computer 7 Informatica Qualunque cosa di cui ci occupiamo costituisce un informazione (un giornale, un calcolo matematico, un gesto di una persona, il colore di un semaforo, un grafico, un testo, un disegno) Queste informazioni possono essere create, raccolte, distribuite, stampate, memorizzate, modificate, ossia sibire un trattamento. Quando queste informazioni sono gestite da un congegno o apparato tecnologico si dice che subiscono un trattamento automatico. Il termine Informatica, un acronimo derivante dai termini Informazione e Automatica, indica quindi la Scienza che studia le tecniche e gli apparati per il trattamento automatico delle informazioni. 8

5 Informatica L Informatica riguarda svariati settori tecnologici ed investe tutta la società che studia o che lavora. 9 Storia del calcolo automatico L idea del calcolo automatico nasce con l esigenza dell uomo di: Evitare calcoli numerici noiosi e ripetitivi Eseguire calcoli in modo veloce Eseguire calcoli senza commettere errori La prima realizzazione di una macchina del genere fu l abaco ai tempi dei Romani, che ricorda un po i pallottolieri con cui i bambini iniziavano ad imparare a fare calcoli. Bisogna attendere fino al 1600 circa quando B.Pascal, matematico e filosofo francese, inventò la famosa pascalina, un congegno basato su ruote dentate capace di svolgere solo due operazioni (addizione e sottrazione). Verso la fine del 1600, Von Leibniz progettò una macchina meccanica più sofisticata ma che richiedeva meccanismi di precisione troppo elevata per la tecnologia di allora. Verso la metà del 1700, il francese J.M.Jaquard applicò ai telai da tessitura, fino ad allora guidati manualmente, um meccanismo a schede perforate che contenevano la sequenza esatta di operazioni da svoglere. Il telaio veniva così guidato in modo automatico. 10

6 Storia del calcolo automatico Alla fine del 1700 C. Babbage progettò una macchina, detta macchina analitica, che avrebbe consentito di eseguire calcoli matematici di una certa complessità. La macchina era guidata anche in questo caso, da schede perforate. Ma per mancanza di finanziamenti adeguati questa macchina non venne mai costruita e restò soltanto sulla carta. Dalla metà del 1800 in poi, la presenza dell energia elettrica diede allo sviluppo del calcolo automatico un impennata enorme e si assistette alla costruzione di macchine sempre più potenti e sofisticate. L americano H.Hollerith pensò di codificare le informazioni dei cittadini degli Stati Uniti su schede perforate le quali, elaborate velocemente da un meccanismo elettromeccanico, consentirono un rapido e corretto censimento della popolazione americana. Nel 1900 circa Hollerith fondò la IBM (International Business Machine) ed inizia l era della meccanografia. 11 Storia del calcolo automatico Verso la metà del 1900 nascono le valvole e all ENIAC, uno dei più potenti elaboratori elettronici del tempo, lavorò J.Von Neumann. Una delle più importanti sue intuizioni fu l idea di memorizzare il programma in modo da avere una elaborazione più veloce. Da allora, sfruttando questo concetto, le macchine furono costruite secondo il modello di Von Neumann. Ciò consentì di applicare la grande potenza di esse a campi anche molto diversi dal semplice calcolo (gestionali, amministrativi, industriali). Pensa che gli attuali elaboratori ancora funzionano secondo questo modello! 12

7 Storia del calcolo automatico In generale qualunque moderno calcolatore ha una struttura logica detta a Macchina di Von Neumann tastiera mouse schermo memoria secondaria interfaccia i/o interfaccia i/o interfaccia i/o interfaccia i/o bus memoria centrale CPU unità centrale di elaborazione macchina di Von Neumann 13 Storia del calcolo automatico La caratteristica fodamentale dei moderni sistemi di calcolo è quella di avere il programma memorizzato in RAM. Tramite l unità di Ingresso si immettono in memoria (RAM) sia il programma che i dati. La CPU elabora i dati secondo il programma ed i risultati dell elaborazione vengono inviati all unità di Uscita 14

8 Storia del calcolo automatico Verso la metà del 1900 nascono le valvole e all ENIAC, uno dei più potenti elaboratori elettronici del tempo, lavorò J.Von Neumann. Una delle più importanti sue intuizioni fu l idea di memorizzare il programma in modo da avere una elaborazione più veloce. Da allora, sfruttando questo concetto, le macchine furono costruite secondo il modello di Von Neumann. Ciò consentì di applicare la grande potenza di esse a campi anche molto diversi dal semplice calcolo (gestionali, amministrativi, industriali). Pensa che gli attuali elaboratori ancora funzionano secondo questo modello. Negli anni 60 nacquero i transistor, succesivamente i circuiti inegrati ossia circuiti che in uno spazio piccolissimo inglobano centinaia di componenti elettronici.: dapprima circuiti in piccola scala di integrazione SSI (Small Scale Integration), poi a media scala di ntegrazione MSI (Medium Scale Integration), poi in grande scala LSI (Large Scale Integration) ed, infine, in largissima scala di integrazione VLSI (Very Large Scale Integration. Le dimensioni diventarono sempre più piccole e la potenza sempre maggiore. Nascono i microprocessori e gli elaboratori iniziano ad essere strumenti di massima diffusione, dai persona computer ai grossi elaboratori presenti nelle aziende. 15 Storia del calcolo automatico Lo sviluppo delle tecnologie informatiche ed elettroniche ha fatto sì che si possa parlare di generazioni di elaboratori. La seguente taballe mostra le generazioni oggi riconosciute. Componente I generazione Valvole II generazione Transistor (SSI) III generazione Circuiti integrati (MSI) IV generazione Chip LSI V generazione Chip VLSI Potenza (operazioni al secondo) Anno

9 Elaboratore o Calcolatore Esiste differenza tra i termini calcolatore ed elaboratore? Come si sa un moderno sistema è in grado di elaborare dati di molti tipi (cognomi, numeri, caratteri) e quindi il termine elaboratore è più adatto a rappresentare le grosse potenzialità di queste macchine. Con il termine calcolatore intendiamo invece una macchina in grado di trattare solo numeri ed operare calcoli anche molto complessi. Ma come sappiamo le moderne macchine fanno anche molto di più! 17 Dati e Informazioni L elaboratore tratta dati, mentre l uomo tratta informazioni. Si tratta di una differenza sostanziale! Il dato è un elemento oggettivo che ha senso solo se inserito in un certo contesto. Riguardo al tipo i dati possono essere: Numerico, ad esempio 8, 3.5, Alfanumerico, ad esempio il codice fiscale o la targa di un veicolo Alfabetico, ad esempio *,!, Rossi Immagine, ad esempio fotografie, stampe Grafico, ad esempio il fatturato di un azienda Sonoro, ad esempio il suono di una sveglia, il beep del tuo pc Luminoso, ad esempio un semaforo, i led di uno stereo Quando l elaborazione consente di trattare dati eterogenei in modo integrato si parla di elaborazione multimediale 18

10 Dati e Informazioni Riguardo alla natura del dato, distinguiamo i dati in: Analogici, quei dati che sono rappresentati con continuità (ad esempio la velocità di una macchina misurata con uno strumento a lancetta e quadrante). Questi dati sono anche detti continui. Digitali, quei dati che sono rappresentati in modo quantizzato, ossia di cui possiamo apprezzare la variazione solo entro un certo limite (ad esempio, la velocità di una macchina misurata con display luminoso). Questi dati sono anche detti discreti. Per quanto ci riguarderà, l elaboratore, per sua natura tratta esclusivamente con dati digitali 19 Dati e Informazioni Le informazioni, al contrario, sono quelle conoscenze che danno un significato al dato. Ad esempio, il dato 501 può in diversi contesti portare una informazione diversa (una linea di autobus, il numero di una stanza di albergo) 20

11 Dati e Programmi Un elaboratore è una macchina che ricevendo dati in ingresso e un programma di elaborazione, produce dati in uscita in modo veloce e senza errori. PROGRAMMA DATI IN INGRESSO ELABORATORE DATI IN USCITA 21 Nuove tecnologie L informatica ha aperto la strada a numerose altre discipline. Cibernetica, disciplina che studia e realizza dispositivi e macchine che hanno il compito di riprodurre le funzioni e le reazioni tipiche di esseri viventi, simulandole mediante controlli e comandi costituiti da segnali elettrici applicati a dispositivi fisici. Intelligenza artificiale (A.I.), disciplina che studia e realizza sistemi elettronici capaci di reagire e comportarsi come l intelligenza umana (visione, voce, capacità decisionale). Nell ambito dell A.I. i sistemi esperti sono programmi che sono in grado di comportarsi come esperti umani in ambiti specifici (medicina, botanica, giochi). Telematica, disciplina che si occupa del trasferimento dei dati a distanza mediante uso congiunto di tecnologie telefoniche ed informatiche. Classiche applicazioni sono le reti di computer ed Internet. 22

12 Nuove tecnologie L elettronica è una disciplina parallela all Informatica e avanza con essa di pari passo nelle sue tecnologie. In particolare l elettronica trova riscontro nella progettazione e nella realizzazione della parte elettromeccanica dei computer, chiamata hardware (tastiera, circuiteria, schede elettroniche, stampanti, moniotor, ecc) L informatica invece, si occupa della gestione razionale di questi dispositivi, del trattamento e delle tecniche di elaborazione dei dati, il software (programmi applicativi, sistemi operativi, ecc) 23 Classificazione dei computer Calcolatori tascabili: dimensioni e prezzo ridotti, eseguono operazioni aritmetiche e funzioni matematiche fondamentali. Possono essere programmabili Personal computer: uso domestico, usano supporti magnetici, ottici e possono avere caratteristiche multimediali. Nella forma portatile assumono il nome di notebook. Minicomputer: consentono il collegamento contemporaneo di decine di utenti anche mediante semplici terminali; prestazioni e prezzo elevati. Grandi sistemi: sono detti mainframe, consentono il collegamento contemporaneo di migliaia di terminali o anche di altri computer per formare una rete (network) 24

13 Terminologia Informazione Informatica Generazione di elaboratori Potenza di calcolo Tipi di dato Dati analogici e digitali Programma, dati, risultati Cibernetica Intelligenza Artificiale Telematica Elaborazione multimediale Macchina di Von Neumann Sistemi esperti Personal computer Minicomputer Mainframe 25 Riepilogo In questa lezione si sono viste le tappe fondamentali della storia del calcolo automatico. Il desiderio dell uomo di creare macchine sempre più veloci e sofisticate, realizzato più di 2000 anni fa con l abaco dai Romani, si è concretizzato ai giorni nostri con l avvento delle moderne tecnologie elettroniche ed informatiche. Le varie generazioni di elaboratori che si sono rapidamente susseguite dalla prima metà del 900, ci hanno condotto ad elaboratori con potenza di calcolo di miliardi di operazioni al secondo, capaci di eseguire programmi che vanno dal semplice calcolo numerico, al riconoscimento vocale (Intelligenza Artificiale), alla simmulazione del comportamento umano (Bionica) alla possibilità di trasmettere in tempo reale dati e informazioni in tutto il mondo (Telematica). 26

14 Riepilogo Abbiamo appreso che un elaboratore è una macchina in grado di eseguire velocemente e senza errori un programma. Il programma che viene eseguito riceve i dati di ingresso dall esterno e produce dati in uscita come risultati della elaborazione. I dati possono essere di vario tipo (numerici, alfabetici, alfanumerici, immagini, suoni, segnali) e di varia natura (analogici o digitali). Le tecnologie attuali consentono di trattare in modo integrato dati di tipo eterogeneo (video, suono, grafica, ecc) e consentono quindi l elaborazione multimediale 27 Altre fonti di informazione P.Gallo, F.Salerno Informatica Generale 1, ed. Minerva Italica 28