Concetto di informatica

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1 Concetto di informatica L informatica è quella disciplina che si occupa del trattamento e dell elaborazione delle informazioni in modo automatico. Il termine deriva da INFORmazione automatica ed è stato introdotto per indicare la scienza che si occupa dei processi e delle tecnologie che consentono il trattamento (creazione, raccolta, elaborazione, memorizzazione e comunicazione) automatico e razionale delle informazioni, nonché della progettazione degli strumenti che concretizzano tali funzioni (computer). Elencare tutte le possibili applicazioni dell informatica è difficile, se non addirittura impossibile, perché l uso del computer è ormai diffuso in ogni ambito delle attività umane. Risulta infatti sempre meno facile immaginare settori in cui non sia prevedibile la sua introduzione. È tuttavia interessante notare che, in un primo momento, i computer sono stati impiegati prevalentemente per l esecuzione di calcoli matematici e per lo svolgimento di elaborazioni relativamente semplici. Si può oggi affermare che, con il loro presente e continuo inserimento, i computer modificano l ordinamento della società. Da un lato, infatti, sostituiscono l uomo nell esecuzione dei lavori ripetitivi e manuali, eseguendo le operazioni programmate dall uomo stesso e lasciandogli soltanto i compiti di controllo; dall altro, i computer ampliano i confini della conoscenza e le possibilità dell uomo, perché, grazie al loro impiego, sono realizzabili applicazioni in settori altrimenti inesplorabili. Ogni informazione isola i fatti veri da quelli falsi, separando gli uni dagli altri; per esempio l informazione la lampada è spenta esclude la possibilità contraria e cioè che la lampada sia accesa. Su questo tipo di informazione si fondano la logica del computer e la teoria dell informazione. Nel linguaggio del computer l informazione elementare si chiama bit (binary digit) e viene rappresentata da una coppia di simboli opposti e alternativi: 0 = no, falso (lampada spenta), 1 = sì, vero (lampada accesa). Per l elaborazione delle informazioni elementari il sistema di numerazione binaria si rivela quello più naturale, in quanto si basa sulla combinazione di due soli simboli: 0 e 1. j (es. alla E corrisponde il byte ) Lo strumento informatico per eccellenza è il computer o ela- boratore. Un computer, però, non è in grado di pensare da solo, ma può fare unicamente ciò per cui è stato istruito. byte Un po di storia Nel 1841 il matematico C. Babbage concepisce la prima macchina analitica, una macchina di proporzioni gigantesche, azionata a vapore, in grado di eseguire lunghe serie di calcoli e di stampare i risultati finali. Sul finire del 19 secolo H. Hollerith progetta delle macchine meccanografiche a schede perforate; questi apparecchi prevedevano l utilizzo di schede di cartone sulle quali, mediante fori, venivano registrate informazioni numeriche. Dopo il 1945 vengono realizzati apparecchi esclusivamente adibiti all esecuzione di calcoli scientifici e che utilizzano solo come linguaggio di programmazione il linguaggio macchina, cioè il linguaggio fondato su due soli segni (0 e 1). In particolare nel 1946 entra in funzione nell università di Pennsylvania, negli Stati Uniti, il primo calcolatore elettronico chiamato ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) di dimensioni mastodontiche (occupava un area di 180 mq e pesava 30 tonnellate). Nel 1947 viene inventato il transistor; nel 1958 J. Kilby inventa il circuito integrato; nel 1965 viene costruito il primo minicalcolatore. In questo periodo si assiste a un ulteriore sviluppo, con la realizzazione di macchine sempre più flessibili, sebbene ancora costose ed ingombranti: esse garantivano per la prima volta la possibilità di registrare in memoria sia i dati che dovevano essere elaborati, sia le istruzioni per il suo funzionamento. Negli anni successivi si diffonde sempre più l uso degli elaboratori anche nel campo delle applicazioni commerciali utilizzati inizialmente solo da grandi aziende come le banche. Nel 1971 viene prodotto il primo CHIP, dove i transistor venivano incisi su una sottile lamina di silicio e venne sviluppato un chip di dimensioni microscopiche che avrebbe rivoluzionato l informatica: nacque il primo microprocessore e nel 1974 il primo microcalcolatore. Negli ultimi anni il progresso tecnologico è diventato sempre più rapido e i calcolatori di oggi sono sempre più veloci, meno ingombranti e sempre più alla portata di tutti. 1

2 IL COMPUTER Il computer o elaboratore è una macchina costituita da dispositivi di diversa natura (meccanici, elettrici, ottici ecc.) in grado di elaborare dati in modo automatico, veloce, sicuro ed efficiente. Le sue caratteristiche essenziali sono la rapidità e l affidabilità. Il computer: è una macchina, cioè un dispositivo privo di intelligenza autonoma, come l automobile; è elettronico, cioè il suo funzionamento si basa su componenti di tipo elettronico; è un elaboratore di dati, cioè, eseguendo le istruzioni di un programma, è capace di ricevere dati dall esterno, operare su di essi e fornire i risultati dell elaborazione, sollevando così l uomo da compiti noiosi, ripetitivi e complessi. Se vogliamo quindi che il computer risolva un problema, dobbiamo fornirgli i dati su cui lavorare e una sequenza ordinata d istruzioni (cioè il programma) che elabori i dati ricevuti e fornisca i risultati. Ne consegue che il computer è una macchina programmabile, cioè una macchina che può essere utilizzata per problemi diversi, in grado di interpretare ed eseguire una serie di ordini impartiti dall esterno. Non dimentichiamo che il computer è una macchina. L elaborazione dei dati avviene eseguendo le istruzioni contenute nei programmi, attraverso i suoi componenti fisici. Parleremo, quindi, di sistema di elaborazione per sottolineare il fatto che l elaborazione avviene grazie all interazione di risorse diverse. Noi ci occuperemo del personal computer (o semplicemente PC) ossia di un particolare tipo di macchina, molto utilizzata in ambito lavorativo e domestico. Il computer non interpreta i dati, non attribuisce loro significati precisi, come invece fa la mente umana; per questo motivo possiamo affermare che il computer tratta i dati, l uomo tratta le informazioni. I dati si presentano alla nostra osservazione in varie forme: numeri, caratteri alfabetici, caratteri alfanumerici, immagini, grafici, suoni, luci, gesti. Numeri e caratteri rappresentano i dati semplici (o primitivi), perché sono relativamente semplici da raccogliere e analizzare; gli altri costituiscono i dati complessi, in quanto derivanti dalla fusione di più dati semplici. In particolare, dati complessi quali suoni, animazioni, filmati prendono il nome di dati multimediali. L attività che si occupa del trattamento dei dati per trasformarli in informazioni prende il nome di elaborazione. Concentrandoci sulle nuove tecnologie informatiche e della comunicazione, è importante distinguere tra dati analogici e dati digitali. In un sistema analogico il segnale da elaborare è continuo: un orologio analogico, quello con le lancette, rappresenta tutti gli istanti del tempo, senza salti. In un sistema digitale, i segnali da elaborare sono discreti, cioè non assumono tutti i valori di un intervallo, ma procedono a salti: un orologio digitale rappresenta il tempo a salti di minuti o di secondi o anche di frazioni più piccole. I moderni sistemi di elaborazione oggi in commercio non sono tutti uguali, anzi presentano notevoli differenze in termini di velocità, prestazioni, memorie. Nonostante questo, la maggior parte dei sistemi di elaborazione presenta una caratteristica comune: il loro hardware rispecchia il modello ideato da John von Neumann nel 1946: unità di input memoria centrale unità centrale unità di output Secondo tale modello, un sistema per l elaborazione elettronica dei dati è composto da un insieme di unità funzionali, ognuna delle quali ha compiti ben precisi: le unità di input sono predisposte per l immissione delle istruzioni dei programmi e dei dati su cui tali programmi dovranno operare; le unità di output permettono al sistema di comunicare con l esterno, ossia di comunicare i risultati dell elaborazione compiuta; la memoria centrale conserva dati e istruzioni; l unità centrale, detta CPU (Central Processing Unit), ha il compito di eseguire le istruzioni, i calcoli aritmetici e logici e di controllare tutto il sistema. La macchina di von Neumann era caratterizzata dalla presenza di una sola unità centrale: un computer basato su questo modello viene chiamato elaboratore seriale. 2

3 CLASSIFICAZIONE DEI COMPUTER I computer possono essere classificati in base alla storia e alle prestazioni: 1 a generazione: (anni 50) computer che usano valvole termoioniche, hanno grandi dimensioni, capacità di memoria e velocità di calcolo limitata. 2 a generazione: (fine anni 50 inizio anni 60) le valvole vengono sostituite dai transistor; il computer diventa più veloce. 3 a generazione: (fine anni 60) utilizzo dei circuiti integrati; i computer sono più piccoli e più affidabili. 4 a generazione: (anni 70) è l era del microprocessore, cioè di un unità centrale di elaborazione realizzata su un unico circuito integrato. 5 a generazione: computer attuali, elaboratori in continua evoluzione per diventare sempre più veloci e potenti. TIPOLOGIA DEI COMPUTER Gli attuali calcolatori digitali, benché tutti concettualmente simili, possono essere classificati in diverse categorie a seconda delle prestazioni e del costo: i supercomputer sono i più potenti, costosi e veloci computer disponibili attualmente (raggiungono una velocità di 1000 miliardi di operazioni al secondo). Sono utilizzati particolarmente nelle università e nei centri di ricerca per simulare modelli, verificare teorie scientifiche e risolvere problemi che richiedono un esorbitante numero di calcoli; i mainframe sono computer di grandi dimensioni assai costosi, in grado di soddisfare le esigenze di una grande impresa commerciale, di un ministero, di una banca o di altre strutture analoghe; solitamente può collegarsi con migliaia di terminali: le workstation (stazioni di lavoro o terminali) sono computer particolarmente utili nel lavoro d'ufficio e spesso collegati in rete locale o estesa; si possono suddividere in terminali stupidi (se non sono in grado di elaborare i dati, ma solo di leggerli) e terminali intelligenti (se riescono ad elaborare i dati); i personal computer, o microcomputer, sono macchine relativamente economiche, di dimensioni adatte, di norma, a una scrivania; i notebook o laptop sono computer portatili; i palmari (palmtop) sono computer di dimensioni estremamente ridotte, in grado di stare sul palmo della mano (da cui il nome). Sono computer che uniscono alle funzionalità di calcolatrici e agende alcune funzioni tipiche dei calcolatori come la connessione a Internet, l elaborazione di testi e di fogli elettronici. A cosa serve il computer Il computer nell istruzione Fare ricerche su Internet Consultare enciclopedie Apprendere le lingue straniere Simulare esperimenti Leggere libri elettronici Apprendere a distanza (CBT) Imparare giocando Il computer in casa Gestire il bilancio familiare Gestire il conto corrente bancario Comunicare con amici e parenti Leggere i giornali Navigare in Internet Organizzare una gita Acquistare tramite Internet Il computer nel tempo libero Videogiochi Giochi in Internet Musica Film in DVD Fotografia Comunicazione Il computer nel lavoro Telelavoro Applicazioni in ufficio Lettere, relazioni, contabilità, presentazione di prodotti, depliant Intranet Disegno per l ingegneria, la moda, l architettura Robot 3

4 PRESTAZIONI DI UN PERSONAL COMPUTER I principali fattori che influiscono sulle prestazioni di un computer sono: La velocità della CPU espressa in megahertz o in gigahertz Le dimensioni della memoria RAM Dimensioni e velocità delle memorie di massa Esistono anche altri componenti che influenzano le prestazioni di un PC, come le schede grafiche o quelle di rete. HARDWARE In informatica il termine hardware indica le componenti fisiche, elettriche, elettroniche, ottiche e meccaniche di un elaboratore. In un computer digitale si possono distinguere cinque categorie di elementi hardware: 1) una unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit); 2) i dispositivi di memoria; 3) i dispositivi di ingresso; 4) i dispositivi di uscita; 5) una rete di comunicazione, detta bus, che collega tutti gli elementi del sistema e permette al computer di comunicare con l'esterno. La prima componente che incontriamo guardando un computer è la sua scatola esterna, detta anche cabinet o case. In effetti, il paragone con una scatola non è affatto sbagliato: si tratta appunto di un contenitore, al cui interno si trovano le componenti fondamentali del computer. Il case assume nomi diversi in base alla conformazione. Le versioni più utilizzate sono Desktop (da tavolo) e Tower (verticale) che, a seconda delle caratteristiche di grandezza, prende il nome di Minitower, Miditower, Hightower (piccolo, medio e grande). Il cabinet di un computer è facilissimo da aprire, perché l interno deve essere accessibile per aggiungere o sostituire delle componenti. La maggior parte dei cabinet si apre svitando poche viti; alcuni sfruttano addirittura un semplice sistema a incastro, e per aprirli non serve svitare nulla. All interno del cabinet, la prima componente che dovrebbe attirare la nostra attenzione è una vasta piastra piena di componenti elettroniche di tutti i tipi. Si tratta della cosiddetta piastra madre o scheda madre è la componente che ha il ruolo di gestire la comunicazione fra tutte le componenti. Ad essa vengono collegate tutte le altre parti di un PC che grazie a essa possono dialogare fra loro. È la scheda che raccoglie in maniera efficiente e compatta la maggior parte delle componenti fondamentali di ogni computer: il microprocessore, che costituisce il vero cervello del computer, e poi le memorie, le porte di comunicazione, e così via. 4

5 1) Unità centrale (CPU) L'Unità Centrale di Elaborazione è il cervello del sistema, formata da un microprocessore che, oltre all elaborazione dei dati, controlla e coordina tutte le funzioni del sistema. Compito della CPU è quello di leggere le istruzioni e i dati dalla memoria ed eseguire le istruzioni; il risultato della esecuzione di una istruzione dipende dal dato su cui opera e dallo stato interno della CPU stessa, che tiene traccia delle passate operazioni. In generale una CPU (o un microprocessore) è composta da due sezioni: ALU (Arithmetic/Logic Unit) e da una sezione di controllo (UC) e da alcuni registri. L'ALU (unità aritmetico-logica), è la sede delle capacità di calcolo, svolge operazioni aritmetiche (addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione) e logiche (confronto del tipo maggiore, minore e del tipo vero falso). L unità di controllo (UC) detta anche unità di governo (U.d.G.) governa l attività dell elaboratore (controlla cioè che la CPU si comporti esattamente come le istruzione ricevute in memoria); controlla quindi l esecuzione di un istruzione e interagisce con memorie e dispositivi di ingresso e uscita. I Registri sono piccole e veloci memorie, generalmente composti da 1, 8, 16, 32 o 64 bit, che svolgono funzioni ben precise e vengono utilizzati in determinate fasi dell elaborazione conservano i dati fino a quando non viene spento il PC; si suddividono in: Registro Istruzioni: viene memorizzato il comando del momento; Registro Indirizzi: serve a indirizzare la memoria; Registro Controllo: memorizza i comandi per gli altri dispositivi; Registro Interrupt: comunica al processore la "situazione" dei dispositivi di input e outp Quanto detto finora non basta certo a dare una rappresentazione completa e rigorosa del lavoro interno alla CPU, ma speriamo possa fornirne almeno un idea: nel cuore del nostro computer lavora un attivissima fabbrica impegnata nella continua elaborazione di dati in formato binario (rappresentati cioè da lunghe catene di 0 e 1 ); attraverso le vie di comunicazione costituite dai bus, la materia prima arriva dall esterno sotto forma di dati binari in entrata; viene poi lavorata in accordo con le istruzioni del programma, e viene infine nuovamente spedita verso l esterno. Resta da dire che i ritmi di lavoro della fabbrica sono scanditi dall orologio della CPU (più veloce è questo orologio, più rapidamente vengono eseguiti i compiti richiesti), e che le capacità di elaborazione della fabbrica dipendono direttamente dall insieme di istruzioni che il processore può riconoscere ed eseguire. Anche chi non utilizza normalmente un computer sa probabilmente che per identificare le caratteristiche di questa o di quella macchina si utilizzano spesso e volentieri sigle piuttosto arcane: Pentium IV 2,4 GHz, Athlon 1,6, PowerPC G3, ecc. Ebbene, non di rado le sigle che trovate associate ai diversi computer indicano, oltre al nome del processore, la sua frequenza di clock, ovvero la sua velocità, espressa in megahertz o gigahertz. Il processore al momento più diffuso è il Pentium della Intel o l Athlon dell AMD. Un Pentium II 200 avrà un orologio interno che cammina alla velocità di 200 megahertz, e sarà un po' più lento di un Pentium II 300, e parecchio più lento di un Pentium II 400. Nel corso del tempo, la frequenza di clock dei processori è andata continuamente aumentando: pensate che i processori dei primi personal computer IBM avevano una frequenza di clock di poco superiore a 4 megahertz, mentre oggi non è infrequente trovare processori con frequenza di clock pari a 3 giga-hertz o superiore. 5

6 Una CPU è un circuito digitale sincrono: vale a dire che il suo stato cambia ogni volta che riceve un impulso da un segnale di sincronismo detto CLOCK, che ne determina di conseguenza la velocità operativa, detta velocità di clock: quindi il tempo di esecuzione di una istruzione si misura in cicli di clock, cioè in quanti impulsi di clock sono necessari perché la CPU la completi. In effetti, una parte importante e delicata di ogni CPU è il sistema di distribuzione che porta il segnale di clock alle varie unità e sottounità di cui è composta, per fare in modo che siano sempre in sincronia: tale sistema si dirama in una struttura ad albero con divisori e ripetitori che giunge ovunque nella CPU. Nei processori più moderni (Pentium, Athlon, PowerPC) questa "catena di ingranaggi" elettronica arriva ad impiegare circa il 30% di tutti i transistor disponibili. La velocità di questa distribuzione determina in maniera diretta la massima frequenza operativa di una CPU: nessuna CPU può essere più veloce del suo critical path, cioè del tempo che impiega il clock per percorrere il tratto più lungo in tutto l'albero di distribuzione del clock. Per esempio, se il segnale di clock di una data CPU impiega un nanosecondo per attraversare tutto il chip ed arrivare fino all'ultima sottounità, questa CPU potrà operare a non più di 1 GHz, perché altrimenti le sue componenti interne perderebbero la sincronizzazione, con risultati imprevedibili (per motivi di tolleranze e margini di sicurezza, il limite pratico sarà anzi ben minore di 1GHz). La velocità o frequenza di clock è la capacità di un'unità di calcolo o di un microprocessore di eseguire una o più operazioni nell'unità di tempo di un minuto secondo, ed è espressa in cicli al secondo, o hertz e suoi multipli. La frase Un computer lavora a 3 GHz ci dice che in un secondo vengono eseguite 3 miliardi di cicli di clock. CPU 6

7 2) Dispositivi di memoria Gli elaboratori possono immagazzinare dati in due tipi di memoria: la memoria di lavoro o centrale e la memoria di massa. La memoria centrale è suddivisa in due tipi, caratterizzati dal diverso modo di conservare i dati e le informazioni registrate: la memoria RAM e la memoria ROM. La memoria RAM (Random Access Memory, memoria ad accesso casuale) contiene dati temporanei. E gestita dalla CPU che la usa per collocarvi i programmi e i dati che dovranno essere elaborati dal processore. Essa funziona perfettamente finché il computer è acceso; non appena la macchina viene spenta, tutto il contenuto si perde. Si dice che è una memoria volatile proprio perché è temporanea. La memoria ROM (Read-Only Memory, memoria di sola lettura) è una memoria di tipo permanente che viene inserita al momento della fabbricazione del computer. Su questa memoria, non cancellabile, sono raccolti comandi, dati e programmi necessari al corretto funzionamento del computer al momento dell accensione. La RAM può essere scritta ripetutamente, ma si cancella quando il computer viene spento; il contenuto della ROM invece può essere soltanto letto, ma è permanente. Entrambe le memorie sono collegate alla CPU. Dal momento che stiamo parlando di memoria, conviene aggiungere una annotazione: abbiamo visto come nella piastra madre trovino posto la RAM e la ROM. Negli ultimi anni, tuttavia, si è diffusa l abitudine a inserire una memoria autonoma di una certa ampiezza anche all interno del microprocessore; questa memoria, detta memoria cache, trovandosi a portata diretta della CPU è ancor più veloce della RAM, ed è quindi in grado di migliorare ulteriormente le prestazioni del sistema, infatti è utilizzata per scrivere quelle informazioni ricorrenti che il processore non dovrà cercare nelle aree di memoria, bensì in queste porzioni di memoria superveloce; in questo modo aumenta la velocità di elaborazione. Le memorie di massa, dette anche ausiliarie, sono dei supporti magneto-ottici (nastri, floppy, hard disk, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD) che permettono di memorizzare archivi, dati, testi e programmi, in modo permanente e non risiedono sulla scheda principale del computer. Queste memorie presentano le seguenti caratteristiche: conservano permanentemente i dati; possono contenere grandissime quantità di informazioni; sono memorie trasportabili; sono meno costose della memoria centrale; sono più lente della memoria centrale. Le più diffuse immagazzinano i dati su supporti magnetici, come il nastro di un registratore o, più comunemente, un disco rivestito da un sottile strato di materiale magnetico, come il floppy disk, l'hard disk, l USB Flash Disk (pen drive), i dischi Zip. I dischi magnetici sono organizzati in tracce e settori. I CD-ROM o i DVD, che impiegano tecnologie ottiche simili a quelle dei compact disc (CD) per riproduzioni audio, permettono di raggiungere capacità di memoria di diversi miliardi di byte. Non sono organizzati in tracce e settori, bensì sono caratterizzati dalla presenza di un unica traccia a spirale e la memorizzazione dei dati avviene bruciando con un raggio laser lo strato sensibile di cui è composta. Il dispositivo di lettura/scrittura delle unità rimovibili è detto drive. Le unità di memoria di massa sono dispositivi di input/output contemporaneamente. Per misurare la capacità della memoria centrale e delle memorie di massa si usano particolari unità di misura: unità di misura corrisponde a simbolo bit Unità Byte 8 bit B Kilobyte 1024 byte KB Megabyte 1024 KB MB Gigabyte 1024 MB GB Terabyte 1024 GB TB PetaByte 1024 TB PB HexaByte 1024 PB HB 7

8 3) Dispositivi di ingresso I dispositivi di ingresso o di input permettono all'utente di inviare dati, comandi, informazioni e programmi al computer. Il più comune dispositivo d'ingresso è la tastiera, simile a quella di una macchina per scrivere, che trasforma ciascun carattere battuto in una combinazione di bit leggibile dal computer. Altri sono il joystick, il mouse e la trackball, che controllano il movimento di un cursore sullo schermo; la penna ottica, usata a volte, in combinazione con la tavoletta grafica; lo scanner, che trasferisce nel computer la rappresentazione grafica digitale di immagini o documenti da utilizzare per la composizione di nuovi testi o documenti; il video sensibile al tatto, che attiva la funzione puntando un dito sullo schermo in corrispondenza del comando descritto; gli apparecchi per l acquisizione di immagini e suoni come i riconoscitori vocali, che traducono le parole pronunciate dall'utente in segnali digitali, i microfoni, le videocamere o le macchine fotografiche digitali, utili per acquisire dati multimediali. Anche i drive dei dispositivi di memoria di massa consentono di leggere i dati e le informazioni contenuti su floppy disk o CD ROM. In particolare il drive di lettura CD-drive utilizza un raggio laser invece che le testine magnetiche usate per la lettura dei floppy. 4)Dispositivi di uscita I dispositivi di uscita o di output rendono visibili all'utente i risultati dei calcoli e delle elaborazioni eseguiti dal computer. Il più comune è il video, simile a uno schermo televisivo, che visualizza caratteri e immagini. Altri sono la stampante, che consente la stampa dei risultati ottenuti, il plotter, che consente di realizzare grafici o disegni elaborati al computer mediante delle penne collegate ad un braccio meccanico, le casse acustiche, che trasformano i segnali generati dalla scheda audio del PC in vibrazioni sonore. 5) I Bus servono per far viaggiare le informazioni che transitano tra le varie parti del sistema, la memoria e le unità di ingresso e di uscita. Sono un insieme di fili elettrici che formano il tracciato per gli impulsi elettrici in modo coordinato. Le porte e le periferiche Le unità di input e di output sono dette unità di I/O. Queste unità vengono dette periferiche, in quanto sono dei dispositivi (device) esterni all unità centrale. Il loro compito è di fungere da collegamento tra il computer (inteso come memoria e CPU) e il mondo esterno (l utente). Un computer usa, generalmente, più periferiche di diverso tipo. Ognuna di esse ha un suo compito particolare: alcune si preoccupano dell introduzione delle informazioni (input), altre permettono la visualizzazione dei risultati dell elaborazione (output), altre ancora permettono di trasmettere o di memorizzare permanentemente dati e programmi. Il collegamento delle periferiche avviene tramite cavi connettori che si inseriscono per mezzo di apposite prese, dette porte. Dal punto di vista della modalità di trasmissione, le porte si distinguono in seriali e parallele. Nelle porte seriali i dati viaggiano, come dice la parola stessa, in serie, uno dopo l altro. Un particolare tipo di porta seriale è la porta MIDI (Musical Instrument Digital Interface), che permette di collegare al computer vari tipi di strumenti musicali. Nelle porte parallele i dati viaggiano in gruppi. Un particolare tipo di porta parallela è la porta SCSI (Small Computer System Interface), che consente di collegare più dispostivi insieme, ad esempio dischi rigidi e periferiche ad alta velocità. 8

9 Conseguentemente, anche i cavi connettori sono seriali o paralleli e sono fisicamente diversi tra loro, in modo da non consentire il collegamento di un cavo parallelo a una porta seriale e viceversa. La porta FireWire è una porta di comunicazione seriale molto veloce, solitamente utilizzata per trasferire dati dalle fotocamere e dalle videocamere digitali. Questa interfaccia, che consente il collegamento delle periferiche anche quando il computer è già acceso (hotplug), è presente sui PC di nuova generazione. La PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), un associazione commerciale che comprende più di quattrocento società produttrici di materiale hardware e software, ha sviluppato lo standard per le PC card. Si tratta di speciali adattatori, del formato di una carta di credito, per PC e altri sistemi elettronici. Lo speciale tipo di connettore studiato per i PC portatili è rappresentato dalla porta PCMCIA. Le schede PCMCIA possono contenere modem, espansioni di memoria, porte, hard disk e altro. Gli obiettivi di questo tipo di schede includono l interscambiabilità tra le PC card e altri sistemi, come, ad esempio, distributori automatici o macchine fotografiche digitali. Attualmente sono comuni le periferiche con formato di connessione USB (Universal Serial Bus). Questo formato è progettato per sostituire le porte seriali più lente e supporta un collegamento a cascata di numerose periferiche, fino a 127 dispositivi in sequenza sulla stessa porta. Ciò consente di evitare l utilizzo di slot interni al PC. Parallela Ethernet Mouse Tastiera Seriale Video USB Audio 9

10 STRUTTURA DELLA TASTIERA DI UN P.C. La tastiera è un unità di input perché rappresenta il mezzo per immettere i dati nella macchina, in particolare si possono introdurre dati, comandi o istruzione. La tastiera è composta da più tasti suddivisi nelle seguenti sezioni: SEZIONE ALFANUMERICA i tasti di questa sezione sono usati per introdurre nel sistema caratteri di testo e dati. Essi hanno fondamentalmente la stessa funzione e lo stesso formato di quelli di una macchina per scrivere. a SEZIONE TASTI SPECIALI O DI CONTROLLO sono quelli che servono gestire molte attività del sistema. SEZIONE TASTI FUNZIONE sono numerati progressivamente da F1 a F12 e la loro funzione varia a seconda del programma applicativo in uso. SEZIONE INDICATORI LUMINOSI questa sezione ha tre indicatori luminosi che corrispondono ai tasti Bloc Num, Fissa maiscole e Bloc scorr; l indicatore si accende quando viene attivata la funzione del tasto. SEZIONE NUMERICA E TASTI DI CONTROLLO CURSORE (TA- STIERINO NUMERICO) per introdurre dei numeri si possono usare due sezioni di tasti: quella della fila in alto della sezione alfanumerica oppure quelli del tastierino numerico, che generalmente si trova nella parte destra della tastiera. La sezione numerica è simile a quella di una calcolatrice e viene attivata premendo il tasto Bloc Num (indicatore luminoso corrispondente acceso). Essa ha a disposizione tasti per l inserimento dei numeri dallo 0 al 9 e permette di fare operazioni aritmetiche. Quando viene sbloccato il tasto Bloc Num (indicatore spento) i tasti di questa sezione permettono di gestire il cursore, cioè il rettangolo lampeggiante sullo schermo che indica dove sarà visualizzato il carattere successivo. SEZIONE TASTI CURSORE (FRECCE) essi abilitano il movimento del cursore sullo schermo senza essere influenzati dal tasto Bloc Num. Quando uno di questi tasti viene premuto il cursore si muove nella direzione indicata dalla freccia. 10

11 IL MONITOR Il monitor (o display o video) è il principale dispositivo di output. Praticamente identico a un normale schermo televisivo (anche la sua dimensione si misura in pollici), il monitor è costituito da un tubo a raggi catodici (detto video CRT: Cathode Ray Tube) e da uno schermo trasparente trattato con fosforo che è elettroluminescente. Opportunamente guidato, il tubo colpisce lo schermo con degli elettroni, illuminando i punti colpiti. Tali punti vengono detti pixel (picture element) e costituiscono una caratteristica fondamentale dei monitor, in quanto definiscono la loro risoluzione: maggiore è il numero di pixel visualizzabili, maggiore è la definizione del video (e quindi del suo contenuto). Qualsiasi oggetto visualizzabile, infatti (caratteri, disegni, immagini, grafici), è ottenuto da un opportuna disposizione di pixel: quanti più pixel ci sono, tanto più nitida sarà l immagine. Se la risoluzione del video è 800 x 600, sul monitor ci sono 800 colonne verticali. Ognuna di queste è composta da 600 pixel e ha la larghezza di un pixel. La distanza tra i pixel visualizzati sullo schermo è detta dot pitch ed è espressa in frazioni di millimetro. Varia a seconda della qualità del video: un dot pitch di 0,26 mm è ritenuto buono per un monitor da 17". Più piccola è la distanza, più nitida risulta l immagine. L architettura dei monitor CRT non permette di visualizzare un intera immagine contemporaneamente su tutta la superficie dello schermo. L immagine viene disegnata gradualmente, procedendo dall alto verso il basso e da sinistra verso destra. Così facendo, il computer può costantemente aggiornare l immagine visibile a video. Il numero di volte in cui il monitor viene aggiornato in un secondo prende il nome di frequenza di refresh: maggiore è la frequenza di refresh, maggiore risulta essere la nitidezza e la stabilità dell immagine. I monitor a cristalli liquidi (LCD = Liquid Crystal Display o TFT = Thin Film Tube) analoghi a quelli dei computer portatili, non avendo il tubo catodico, non emanano radiazioni e occupano minor spazio. Sono disponibili nuovi monitor a cristalli liquidi, che garantiscono una qualità di immagine (in termini di risoluzione, numero di colori, nitidezza e luminosità) analoga a quella consentita dai tubi a raggi catodici. LE STAMPANTI Le stampanti costituiscono l altro dispositivo di output per eccellenza. Il loro compito è quello di provvedere alla stampa su carta a fogli singoli o a modulo continuo. Le attuali stampanti sono di piccole dimensioni, veloci e acquistabili a prezzi relativamente bassi. La qualità dei documenti prodotti dipende dalla risoluzione di stampa, che viene misurata in DPI (Dots Per Inch, cioè punti per pollice). Una stampante che ha una risoluzione di 600 x 600 dpi, stampa in ogni pollice quadrato fino a (= 600 x 600) punti. In base alla tecnica di stampa utilizzata, invece, le stampanti si classificano in stampanti a impatto e non. Le stampanti a impatto (ad aghi) sono le stampanti che imprimono il carattere sulla carta in modo meccanico, attraverso la pressione del mezzo di scrittura sul nastro inchiostrato. Sono rumorose e lente. Le stampanti non a impatto producono la stampa utilizzando tecnologie più sofisticate e avanzate, a carattere chimico, magnetico, elettrico e ottico. Sono molto più silenziose di quelle a impatto e raggiungono prestazioni elevatissime. Analizziamo le caratteristiche delle principali stampanti che sfruttano queste tecnologie: stampanti ink-jet (a getto d inchiostro). Con questo tipo di stampante, la stampa viene realizzata gettando l inchiostro sulla carta per mezzo di un microscopico ugello, che spruzza l inchiostro in piccolissime particelle caricate elettrostaticamente, in modo da formare un carattere a matrice di punti. stampanti laser. Sono le stampanti più potenti attualmente esistenti e sfruttano la tecnologia ottica. Il funzionamento si basa sulla rotazione di un cilindro rivestito di materiale conduttore che viene colpito, durante la stampa, da un raggio laser deviato da uno specchio. I punti illuminati bloccano l inchiostro secco (toner) che, dopo una fase di compressione e riscaldamento, viene ceduto sulla carta formando il carattere. 11

12 SOFTWARE In informatica il termine software indica l insieme dei programmi che consentono un efficiente utilizzazione del computer. Può essere suddiviso in: software di base o di sistema, software applicativo e software di rete. Il software di base (o di sistema) è un insieme di programmi che governano e controllano le operazioni e l uso dell intero computer; costituisce il raccordo tra l hardware e i programmi applicativi che consentono all utente di interagire con l elaboratore. Esso può essere suddiviso in: firmware, costituito da una serie di programmi non modificabili dall utente, registrati nella ROM ed è punto d incontro tra l hardware e il software, cioè tra le componenti fisiche e quelle logiche (comprende Autotest per controllare tutti i componenti hardware che funzionino, Boot-strap per caricare il sistema operativo in RAM, BIOS per la gestione delle periferiche); linguaggi di programmazione cioè dei codici con i quali è possibile programmare un computer; sistema operativo, costituito dall insieme dei programmi che consentono all utente di gestire l elaboratore e di accedere alle operazioni di base per utilizzare in modo efficiente le risorse dell hardware e del software. Si può anche definire come l interfaccia tra l utente e la macchina; questa interfaccia può essere testuale, in cui l utente deve fornire i comandi digitandoli sulla tastiera (MS-DOS, Unix), o grafica (GUI), che permette la comunicazione tra il computer e l utente attraverso elementi come icone, menu e finestre (Windows, OS/2, ecc). Il sistema operativo è l unica parte di software che non può mancare in nessuna macchina. Il software applicativo è costituito dall insieme dei programmi che vengono usati per applicazioni particolari (ad esempio per ottenere documenti, grafici, tabelle, immagini, ecc). Si può classificare in: Programmi di elaborazione testi, per la creazione e il trattamento di documenti Foglio elettronico, per la gestione di tabelle di calcolo e grafici Database, per la gestione di archivi di dati Programmi per la realizzazione di presentazioni Programmi per l impaginazione elettronica (Desktop publishing = DTP) Programmi applicativi per le aziende (contabilità integrata, gestione del personale, ecc.) Programmi per il disegno tecnico e la progettazione (CAD = Computer Aided Design) Programmi per la creazione di pagine Web Programmi per la gestione della posta elettronica Programmi didattici e di consultazione Videogiochi, ecc. Il software di rete gestisce la comunicazione tra i computer collegati in rete. 12

13 SVILUPPO DEL SOFTWARE I programmi vengono realizzati a partire dall analisi di un problema e dall individuazione di una possibile soluzione informatica. Un ciclo di sviluppo del software prevede l attuazione delle seguenti fasi: analisi, progettazione, programmazione, testing e distribuzione. L intero ciclo, della vita di un software, viene eseguito più e più volte, perché è solo con l utilizzo in un ambiente reale di lavoro che vengono alla luce ulteriori necessità e opportunità, nonché difetti e problemi non evidenziati durante il testing. Un programma è una sequenza di istruzioni, scritte in un linguaggio di programmazione, che risiedono nella memoria del computer, vengono interpretate dalla CPU ed eseguite una alla volta. Multimedialità = impiego combinato di diversi sistemi di comunicazione, sonori, grafici e audiovisivi, per la realizzazione di materiale informativo sullo stesso supporto. La multimedialità è un sottocampo della ipermedialità, che combina gli elementi sopra indicati con un ipertesto, permettendo il collegamento tra le informazioni. Il Sistema Operativo è l insieme dei programmi che consentono al computer di gestire e controllare tutte le attività e le risorse dell elaboratore, facendo da interprete tra la macchina, l utente e il software applicativo usato. Il file (letteralmente archivio), rappresenta un insieme di dati o di informazioni registrati, collegati logicamente, trattati come un unico complesso e identificati da un nome. Un file potrebbe essere una lettera, un elenco di nomi, la dichiarazione dei redditi ecc, ma anche un programma. Ogni file è identificato da: il nome, formato da caratteri alfanumerici qualsiasi, tranne * =., : ; / < > \? l estensione, formata da non più di tre caratteri che serve per riconoscere il tipo di file. L estensione, quindi, consente di distinguere i file in due gruppi: file di programma (eseguibili) e file di dati (non eseguibili) File di programma o di sistema contengono i programmi che un computer esegue; in genere essi hanno l estensione.exe (eseguibile),.com (comando),.sys (per la gestione della configurazione del sistema),.bat (file batch, cioè file che contengono sequenze di istruzioni da eseguire). File di dati possono essere raggruppati, in base al programma con il quale sono stati prodotti: ad esempio un file di videoscrittura (Word) generalmente avrà l estensione.doc,.txt o.rtf, un file di foglio elettronico (Excel) avrà l estensione.xls, un file di data base (Access) l estensione.dbf, i file in formato grafico hanno in genere una delle seguenti estensioni:.bmp,.wmf,.tif,.jpg,.gif e così via. Va tenuto presente che di solito le estensioni al nome vengono assegnate automaticamente dai singoli programmi applicativi. Ogni file deve avere un nome che lo identifica e che non può condividere con nessun altro file che abbia la stessa estensione e che sia contenuto nella stessa cartella. E possibile che un disco contenga vari file con lo stesso nome, se questi sono archiviati in diverse cartelle. La cartella o directory è un contenitore di file registrati su disco, identificata da un nome. Se le directory contengono troppi file, è possibile creare all interno della prima directory, delle sottodirectory ed ottenere così una migliore organizzazione dei file. Per reperire facilmente i nostri lavori dobbiamo quindi essere ordinati nel riporli. 13

14 I CARATTERI JOLLY Nella ricerca di un file si possono utilizzare alcuni caratteri speciali, chiamati caratteri jolly; essi sono l asterisco * e il punto interrogativo?. Per mezzo dell asterisco [*] è possibile sostituire, in fase di ricerca, un numero qualunque di caratteri all interno del nome o dell estensione di un file. Ad esempio *.txt indica che si vogliono ricercare tutti i nomi di file che hanno un estensione.txt; se invece si utilizza l opzione po*.txt, vuol dire che si vogliono visualizzare tutti i file inizianti con po e che contemporaneamente hanno un estensione txt. Come risultato della ricerca potremmo avere: posta.txt, portale.txt, pony.txt, eccetera. Il punto interrogativo [?] rende invece possibile la sostituzione di un solo carattere nel nome del file; ad esempio impostando la ricerca con mel?, avremo mela, melo, mele, meli, ma sicuramente non avremo melone. 14