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1 Appunti del corso di Informatica Classe III A. Anno scolastico Prof. Francesco Biccari 20 aprile 2012

2 Indice 1 L informatica Dati e informazioni Cos è l informatica? Gli algoritmi Il computer La rappresentazione dei dati L importanza dell informatica e dell ICT Esercizi Il computer Cos è un computer? I tipi di computer Un po di storia I computer sanno lavorare solo con i numeri! Un ripasso delle unità di misura I fenomeni periodici I prefissi Architettura di Von Neumann La CPU La memoria centrale La RAM La scheda madre e i BUS Il firmware, le ROM e il BIOS Le periferiche di input/output L hard disk (disco rigido) Le memorie flash I drive ottici e i dischi ottici La cache Tastiera, mouse, touchpad, Il monitor La stampante Lo scanner L involucro e l alimentazione Esercizi

3 INDICE 2 3 La rappresentazione dei dati Qual è il problema? Il sistema binario Da binario a decimale Da decimale a binario Le operazioni elementari I numeri negativi e i numeri frazionari Il sistema esadecimale Dal binario all esadecimale e viceversa I tipi di dato e le codifiche I numeri Le stringhe Le immagini I suoni Esercizi Algoritmi, strutture dati e programmi Algoritmi e programmi Tipi di dati e istruzioni La rappresentazione di un algoritmo Il diagramma di flusso Lo pseudocodice Qualche esempio semplice di algoritmo Condizioni, cicli e l istruzione GOTO La programmazione strutturata e procedurale La struttura di sequenza La struttura di selezione La struttura iterativa Altre strutture derivate Esempi semplici Stampare la tabellina del 2 fino a un numero dato La programmazione procedurale: sottoprogrammi e funzioni Alcuni esempi di algoritmi veri Strutture dati La creazione dei programmi Esercizi Sistemi operativi e programmi Il diritto d autore per il software I sistemi operativi Il filesystem Esercizi Microsoft Word 64 7 Microsoft Excel 65

4 INDICE 3 8 Le reti di computer Le reti di computer Cos è una rete di computer Internet Modem, router, switch e schede di rete I database 67 A Codifica ASCII 68 A.1 Caratteri non stampabili A.2 Caratteri stampabili B Curiosità 71

5 Capitolo 1 L informatica L informatica non riguarda i computer più di quanto l astronomia riguardi i telescopi. Edsger Wybe Dijkstra 1.1 Dati e informazioni Prima di spiegare cos è l informatica, bisogna soffermarci a definire i termini dato e informazione che troppo spesso vengono usati come sinonimi. Un dato è a un livello più basso rispetto all informazione. È un singolo elemento informativo che non permette di aumentare la nostra conoscenza: un nome, un numero, un immagine. In sintesi potremmo definire un dato come un simbolo senza un significato. Facciamo un esempio. Potremmo avere una serie di dati: 32 C, 33 C, 32 C, 27 C, 24 C, 27 C, 33 C. Come vedete, avere a disposizione questa serie di numeri non aumenta la nostra conoscenza. Un altro dato potrebbe essere metri. Anche in questo caso, questo numero non ci serve a nulla. L informazione è invece a un livello di astrazione superiore rispetto ai dati. Essa consiste in un insieme di dati collocato in un contesto che ci permette di aumentare la nostra conoscenza, cioè che ci permette di superare un incertezza, prendere una decisione, effettuare delle operazioni. Per fare degli esempi guardiamo ai dati precedenti e in particolare alla serie di temperature. Se sappiamo che quelle temperature sono relative alla città di Roma in un particolare periodo dell anno a una particolare ora del giorno, questo fa di loro un informazione. La nostra informazione può essere ulteriormente elaborata con altre informazioni per ottenerne di nuove. Per esempio nella serie di temperature si nota un abbassamento che potremmo associare a qualche giorno di brutto tempo. Questo potrebbe essere confermato da altre informazioni relative alle precipitazioni. Analogamente per quanto riguarda l altro dato, gli metri, se so che questo numero è la misura dell altezza del monte Everest, ora ho un informazione. Informazione che, come al solito, può essere incrociata con altre per ottenere nuove informazioni. Se avessi le altezze di tutte le montagne del mondo, scoprirei che il monte Everest è il più alto di tutti. 4

6 CAPITOLO 1. L INFORMATICA 5 Figura 1.1. Rappresentazione schematica del DNA. Il DNA è il contenitore delle informazioni genetiche necessarie alla sintesi di RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo e il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi. Queste informazioni sono scritte tramite un alfabeto di 4 simboli, che nella realtà corrispondono a quattro diverse molecole, chiamate basi azotate, come mostrato in figura. L informazione è anche un istruzione per eseguire un certo compito. E questo non soltanto per gli uomini. Il DNA è uno splendido esempio di contenitore di informazioni. Contiene infatti le istruzioni per la sintesi delle proteine che regolano lo sviluppo e il funzionamento di quasi tutti gli esseri viventi. Queste informazioni sono scritte con una alfabeto di 4 lettere, che nella realtà corrispondono a 4 diverse basi azotate (vedi la Fig. 1.1). In generale un informazione ha valore in quanto potenzialmente utile al fruitore per i suoi molteplici scopi. Fin dall alba dell umanità gli uomini hanno sentito il bisogno di trasmettere informazioni per migliorare la vita propria e dei propri figli e questo li ha resi la specie dominante di questo pianeta: dal linguaggio, alle pitture, fino alla scrittura. Grazie alla rivoluzione scientifica e alle nuove tecnologie lo scambio di informazioni ha raggiunto livelli così elevati che oggigiorno la nostra società viene definita come società dell informazione. 1.2 Cos è l informatica? L informatica è la scienza che studia la rappresentazione, l elaborazione delle informazioni e le tecniche pratiche per realizzare queste elaborazioni in maniera automatica. Nei prossimi paragrafi approfondiremo ognuno di questi aspetti. L etimologia italiana della parola informatica proviene dal francese: Philippe Dreyfus usò per primo il termine informatique nel 1962 come compressione di information electronique ou automatique. Da notare che in inglese la parola informatics è usata raramente e ha un significato più ampio rispetto al nostro. La giusta parola inglese per indicare l informatica è computer science.

7 CAPITOLO 1. L INFORMATICA 6 La nascita dell informatica non ha una data ben precisa. Se si guarda ai metodi per automatizzare la risoluzione dei problemi, possiamo trovare la sua origine nella matematica e nella tecnologia greco ellenistica (algoritmo di Euclide, metodo di Archimede per la trisezione di un angolo, macchina di Anticitera). Se invece ci concentriamo solo sui macchinari che permettevano di fare calcoli allora possiamo addirittura risalire all abaco, strumento inventato intorno al 2000 a.c. L informatica così come la intendiamo oggi nasce intorno al 1930 grazie al lavoro di scienziati come Kurt Gödel, Alan Turing, Alonzo Church, John von Neumann, Claude Shannon e grazie alla nascita dei primissimi computer. I fondamenti teorici dell informatica discendono direttamente dalla matematica. Programmi di videoscrittura, browser, videogiochi, ecc... sono semplici strumenti di lavoro o svago. Quello che interessa, nell informatica pura, non è tanto saper usare i vari programmi, quanto piuttosto capirne la struttura ed eventualmente saperla migliorare con l uso di procedimenti più efficienti. Per assurdo, un informatico puro potrebbe non saper accendere un computer! Vengono invece chiamati programmatori coloro che creano i programmi (spesso sono dei laureati in ingegneria informatica). Infine esistono gli utenti, cioè i semplici utilizzatori di programmi. Nei prossimi tre paragrafi parleremo dei tre aspetti fondamentali dell informatica che verranno poi discussi più approfonditamente nei primi capitoli di queste dispense: gli algoritmi, il computer e la rappresentazione dei dati Gli algoritmi Per poter permettere a qualcuno, sia esso una macchina o una persona, di fare un lavoro al posto nostro, dobbiamo impartirgli delle istruzioni ben precise in modo che faccia esattamente ciò che vogliamo. Facciamo un primo esempio banale. Supponiamo di stare comodamente sdraiati sul divano e, siccome non ci va di alzarci, vogliamo che un altra persona faccia partire un film in DVD al posto nostro. Se questa persona non sa usare il lettore DVD, dovremo dirgli di fare determinate azioni in maniera chiara e non ambigua: 1. Prendi il DVD del film Ritorno al futuro ; 2. Accendi il lettore DVD spingendo il bottone in basso a sinistra; 3. Apri il cassettino del DVD spingendo il bottone in alto a destra; 4. Poggia il DVD nel cassettino con le scritte rivolte verso l alto; 5. chiudi il cassettino premendo il tasto in alto a destra; 6. Avvia la riproduzione del DVD premendo il tasto Play che si trova in basso a destra. Questa sequenza di istruzioni è un semplicissimo esempio di algoritmo, che è definito come una sequenza finita di operazioni, chiaramente comprensibili all esecutore, per risolvere un problema. Facciamo un altro esempio, stavolta di natura matematica. Ricordate la sequenza di temperature di cui avevamo parlato nel paragrafo 1.1? Supponiamo di voler calcolare la temperatura media. La sequenza di istruzioni è in questo caso molto semplice: 1. si prendono tutti i numeri; 2. si sommano; 3. si divide la somma per il numero degli elementi; 4. si riporta il risultato ottenuto. Spesso un algoritmo ha degli input (immissione in inglese) e degli output (emissione/in uscita in inglese). L input è l insieme degli elementi in ingresso, spesso dei

8 CAPITOLO 1. L INFORMATICA 7 Figura 1.2. Rappresentazione schematica di un generico sistema di elaborazione. Un sistema di elaborazione può essere pensato come una scatola che produce un output a partire dagli input. dati, mentre l output è l insieme degli elementi in uscita, spesso dei dati. Per esempio un input possono essere gli ingredienti di una ricetta, l algoritmo è una ricetta ben scritta e l output è il piatto pronto. L insieme delle azioni che a partire dagli input generano l output prende il nome di processo di elaborazione. Un qualsiasi oggetto, o insieme di più oggetti, che esegua un processo di elaborazione, cioè che generi un output a partire dagli input, viene chiamato sistema di elaborazione. Concettualmente un sistema di elaborazione può essere schematizzato come una scatola (black box) a cui si forniscono degli input e che restituisce degli output. Esempi di sistemi di elaborazione sono la lavatrice (panni sporchi in input, panni puliti in output), la radio (segnali radio in input, suono in output), ecc. Il capitolo 4 sarà dedicato agli algoritmi, alla loro analisi e alla loro rappresentazione Il computer Un computer non è nient altro che una macchina che può eseguire delle operazioni elementari sui dati in input, seguendo degli algoritmi impostati dall esterno, e restituisce il risultato dell elaborazione come dati in output. La peculiarità di un computer è quella di essere un sistema di elaborazione generico, cioè che può essere istruito per eseguire qualsiasi tipi di algoritmo sui dati. Usando opportune periferiche collegate al computer, si possono anche eseguire operazioni pratiche. La lavatrice, per esempio, è una specie di computer. All interno vi è infatti un vero e proprio minicomputer che comanda le varie parti della lavatrice e che è programmato per eseguire un solo algoritmo preimpostato in fabbrica. A partire dagli input iniziali, cioè le scelte di lavaggio come temperatura, tipo di capi da lavare, ecc, la lavatrice segue il suo algoritmo e alla fine restituisce come output i panni puliti. Ricordiamo che la differenza tra una lavatrice e un computer è che il computer può essere istruito affinché esegua un qualsiasi tipo di algoritmo mentre la lavatrice è pensata per eseguire sempre e solo un singolo algoritmo. Come si fa però a insegnare a un computer a eseguire certi algoritmi? Per farlo il computer deve essere programmato, cioè bisogna inserire nella sua memoria l algoritmo desiderato secondo un linguaggio comprensibile al computer. L insieme di queste istruzioni si chiama programma. Chiaramente un semplice utente del computer non è obbligato a scriversi da solo tutti i programmi! Anzi, tutti i programmi che userà saranno realizzati da altre persone (basti pensare a programmi come Microsoft Word e Microsoft Excel).

9 CAPITOLO 1. L INFORMATICA 8 Figura 1.3. Fotografia di un personal computer di tipo desktop. L unità centrale è la parte principale e consiste di un involucro chiamato case all interno del quale si trovano tutti i componenti principali del computer. Oltre all unità centrale si vedono tre periferiche: il monitor, la tastiera e il mouse. Attualmente caricare ed eseguire un programma in un computer è un operazione molto semplice. Infatti i computer sono equipaggiati con un programma speciale, chiamato sistema operativo, che viene eseguito poco dopo l accensione del computer. Il sistema operativo accoglie l utente in maniera amichevole permettendogli di fare tutta una serie di operazioni, tra cui eseguire un programma. Esempi di sistemi operativi sono Microsoft Windows 7, Mac OS X, Android, Ubuntu, ecc L insieme dei programmi e dei dati prende il nome di software. Questo termine è stato coniato per contrapposizione alla parola hardware che in inglese significa ferraglia. La parola hardware identifica infatti le parti fisiche del computer. Fu scelto questo nome perché i vecchi computer erano enormi e avevano schede elettroniche, valvole e tutta una serie di componenti ingombranti che sembravano veramente ferraglia! Nel capitolo 2 vedremo di quali parti si compone un computer e come funziona La rappresentazione dei dati Quando abbiamo accennato agli algoritmi, abbiamo detto che le operazioni di cui parlano devono essere comprensibili a chi deve eseguire l algoritmo. Ovviamente lo stesso discorso vale per i dati. Siccome il nostro interesse principale è far eseguire degli algoritmi al computer, dobbiamo essere in grado di esprimere sia i dati che le operazioni degli algoritmi in un linguaggio comprensibile al computer. Un computer è in grado di eseguire solamente operazioni sui numeri. Copiare un numero, addizionare due numeri, confrontare due numeri, ecc Siccome un com-

10 CAPITOLO 1. L INFORMATICA 9 puter ha bisogno di rappresentare i dati solamente con un insieme finito di numeri, si dice digitale. Ricordiamo, per chi non lo sapesse, la differenza tra analogico e digitale. Una grandezza fisica che viene rappresentata con continuità è detta analogica. Pensiamo per esempio al tempo, che viene rappresentato con l angolo delle lancette dell orologio. Oppure alla temperatura misurata da un termometro a mercurio. Sia l angolo della lancetta sia l altezza della colonnina di mercurio possono assumere qualsiasi valore compreso tra un minimo e un massimo. Si dice invece digitale una grandezza fisica che viene rappresentata usando un numero finito di valori numerici. Per esempio un orologio digitale non può mostrare con continuità tutti gli istanti di tempo possibili in una giornata, solitamente può al massimo arrivare a mostrare i secondi. Anche un termometro digitale non mostrerà con continuità i valori della temperatura, ma solamente dei valori distanziati, per esempio, di 0.1 C. Un altro esempio più sui generis è la quantificazione della conoscenza di un argomento tramite un voto. Solitamente questa conoscenza viene espressa con un numero intero compreso tra 0 e 10. È quindi un esempio di rappresentazione digitale. Rappresentare i dati, siano essi numeri, lettere, immagini, suoni, sotto forma di numeri è di fondamentale importanza affinché possano essere usati in un computer. Come fare per trasformare dei dati in numeri sarà l argomento del capitolo L importanza dell informatica e dell ICT Cerchiamo ora di comprendere l importanza dell informatica nel mondo odierno. Dalla fine della seconda guerra mondiale ai giorni nostri il nostro modo di vivere è cambiato radicalmente. Questi cambiamenti, tutt ora in corso, prendono il nome di terza rivoluzione industriale. Tra i pilastri più importanti su cui si basa questa rivoluzione ci sono tre discipline scientifiche: l informatica, l elettronica e le telecomunicazioni. Le nuove capacità di immagazzinamento, elaborazione e comunicazione delle informazioni sono il cardine, nel bene e nel male, di questa rivoluzione. L uso della tecnologia nella gestione e nel trattamento delle informazioni ha infatti assunto crescente importanza strategica per le aziende e per le nazioni (studio dei propri clienti, previsione di strategie di mercato, studio di una politica economica). In particolare non c è stata solo una rivoluzione dei settori economici preesistenti alla luce delle nuove tecnologie. Soprattutto negli ultimi 20 anni è nato un vero e proprio nuovo settore dell economia scaturito dall unione di informatica, elettronica e telecomunicazioni, chiamato Tecnologia dell Informazione e della Comunicazione (abbreviato in ICT, Information and Communication Technologies) e i cui frutti sono sotto gli occhi di tutti: interconnessione dei media 1 (telefonia, televisione, radio, internet, ecc ); estrema facilità nell immagazzinamento, scambio e reperibilità di informazioni. Oramai l ICT è diventato un settore chiave dell economia moderna, almeno pari a quello di settori più consolidati quali quello meccanico, chimico, far- 1 Si noti che la parola media va pronunciata così come è scritta perché è una parola latina. Non va pronunciata midia, come purtroppo spesso si sente.

11 CAPITOLO 1. L INFORMATICA 10 maceutico, tessile, manufatturiero e alimentare ma soprattutto è il vero traino della rivoluzione che stiamo vivendo. Questo corso non dovrebbe chiamarsi Informatica bensì Tecnologie dell informazione e della comunicazione. L informatica e le telecomunicazioni sono i fondamenti tecnico scientifici di cui gli studenti devono solo conoscere i concetti fondamentali. Studenti orientati all attività lavorativa in azienda, dovrebbero invece conoscere e sapersi districare tra le attuali tecnologie ICT usate in azienda, cioè dovrebbero essere educati alla corretta gestione, presentazione e interpretazione dei dati, alla loro comunicazione ai clienti e ad altre aziende, e infine all uso delle tecnologie ICT nella gestione del lavoro. Nel capitolo 5 faremo una panoramica dei programmi più comuni, concentrandoci in particolare sui programmi per ufficio. In particolare nei capitoli 6 e 7 introdurremo all uso del word processor Microsoft Word e del foglio di calcolo Microsoft Excel. Nel capitolo 8 parleremo delle reti di computer e infine nel capitolo 9 mostreremo i principi dell immagazzinamento e recupero efficiente dei dati tramite i database e i software più famosi per gestirli. 1.4 Esercizi Cos è l informatica? I termini dato e informazione sono sinonimi? Perché? Cos è un algoritmo? Cos è un programma? Un informatico è sempre anche un programmatore? Cos è l hardware? Cos è il software? Perché è così importante la rappresentazione dei dati? Cos è un algoritmo? Cos è un sistema di elaborazione? Cos è un computer? Il computer è un sistema di elaborazione? Perché? Cosa significa automatico? Cosa significa digitale? Cosa significa analogico?

12 Capitolo 2 Il computer L hardware è ciò che puoi prendere a calci quando qualcosa non funziona, il software invece è quello contro cui puoi solo imprecare. Anonimo 2.1 Cos è un computer? Un computer è una macchina programmabile che può eseguire automaticamente sequenze di operazioni logico-aritmetiche sui dati in ingresso (input) e di restituire i risultati di tali operazioni in uscita (output). È pertanto un sistema di elaborazione di dati. La caratteristica principale che lo differenzia da altri sistemi di elaborazione è la programmabilità, cioè può essere istruito (programmato) per eseguire qualsiasi tipo di algoritmo. Il termine computer deriva dall inglese e significa calcolatore. In inglese il termine indicava originariamente un essere umano incaricato di eseguire dei calcoli. Il primo utilizzo nel senso moderno del termine è attestato nel 1897 ma bisognerà attendere la metà degli anni 50 perché questa accezione diventi di uso comune. Al giorno d oggi, ci si riferisce comunemente al computer come a un dispositivo elettronico, digitale, programmabile e a scopo generico costruito secondo la cosiddetta architettura di von Neumann. Al pari della televisione, il computer rappresenta il mezzo tecnologico simbolo che più ha modificato le abitudini umane dal secondo dopoguerra a oggi: la sua invenzione ha contribuito alla nascita e allo sviluppo dell informatica moderna, uno dei pilastri su cui si basa la cosiddetta terza rivoluzione industriale. 2.2 I tipi di computer Esistono molti termini nel mondo dell informatica per indicare i vari tipi di computer. Una volta queste distinzioni erano basate sostanzialmente sulla potenza del 11

13 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 12 Figura 2.1. Un moderno mainframe, un personal computer desktop e uno smartphone. computer. Attualmente invece, data la potenza dei computer odierni, si tende a catalogare i computer, non solo in base alla loro potenza, ma anche, e forse soprattutto, in base alla loro destinazione d uso. I mainframe o sistemi centrali sono computer utilizzati per applicazioni critiche soprattutto da grandi aziende e istituzioni, tipicamente per elaborare con alte prestazioni e alta affidabilità grandi moli di dati: transazioni finanziarie, censimenti, statistiche di industrie e clienti, ecc. I personal computer sono dei computer pensati soprattutto per essere acquistati e usati da una singola persona. In questa categoria possiamo quindi far rientrare il classico computer da tavolo (desktop computer), i computer portatili (laptop computer), i tablet e anche gli smartphone. Ricordiamo anche i supercomputer, dei computer costruiti per avere la massima potenza di calcolo possibile. Sono pezzi unici e servono sostanzialmente per la ricerca scientifica. 2.3 Un po di storia Fin dall antichità l uomo cercò di costruire macchine in grado di fare dei calcoli: l abaco, la macchina di Anticitera e gli astrolabi sono solo alcuni esempi. Le prime macchine calcolatrici compaiono nella seconda metà del 1600: la macchina calcolatrice di Wilhelm Schickard (1623, mai realizzata), la pascalina di Blaise Pascal (1645) e la macchina di Gottfried Leibniz (1672). Il passaggio da macchina calcolatrice a vero e proprio computer (nel senso di dispositivo programmabile) si deve a Charles Babbage. La sua macchina analitica, progettata nel 1833 ma mai realizzata, è il primo computer della storia. Si trattava di una colossale macchina a ingranaggi, alimentata a vapore e dotata di unità di calcolo decimale, unità di memoria e sistemi di input e di output. Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, la macchina analitica era interamente digitale. Il primo computer funzionante è invece lo Z1 realizzato da Konrad Zuse nel (Vedi figura 2.2.) La nascente elettronica e la spinta delle ricerche per la seconda guerra mondiale fecero fare dei grandi passi in avanti nello sviluppo dei computer (ABC del 1939, Colossus del 1944, Harvard Mark I del 1944, Z4 del 1945, ENIAC del 1946). I computer necessitavano però di essere programmati manualmente spostando interruttori e spinotti! Solo con il computer EDVAC, progettato

14 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 13 Figura 2.2. A sinistra una rara fotografia dello Z1, costruito da Konrad Zuse nel 1938 nel soggiorno della casa dei suoi genitori. A destra una fotografia di Zuse negli anni 50. Figura 2.3. Una fotografia dell ENIAC (a sinistra) e una fotografia dell EDVAC (a destra) con degli scienziati al lavoro. Si notino le dimensioni di questi computer. nel 1945 sotto la supervisione di John Von Neumann e realizzato nel 1949, si ha finalmente un computer dove il programma da eseguire poteva essere inserito nella memoria così come si faceva con i dati. (Vedi figura 2.3.) Negli anni 50 nacquero i primi computer commerciali, grandi come stanze e molto costosi, comprati dai grandi istituti di ricerca. Durante gli ultimi anni 50 e gli anni 60, grazie all invenzione del transistor e all affermarsi dei primi linguaggi di programmazione di alto livello (FORTRAN, COBOL, BASIC, ), i computer divennero più piccoli (come armadi), relativamente facili da usare e si diffusero quindi in tutte le grandi aziende e le maggiori università. Il maggior produttore era l IBM che nel tempo è rimasto uno dei maggiori innovatori e leader del mercato. Dalla fine degli anni 60 e nella prima metà degli anni 70 ci fu un grande salto tecnologico grazie all invenzione dei circuiti integrati (detti microchip o semplicemente chip), che permisero di avere potenze di calcolo maggiori in un minor volume, e grazie alla comparsa del sistema operativo UNIX e del linguaggio C. (Vedi figu-

15 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 14 Figura 2.4. A sinistra uno dei più noti computer commerciali degli anni 60 e 70, l IBM System/360 (modello 44). A destra un famosissimo computer commerciale degli anni 80, il Digital VAX 11/780; quelle piccole macchine dotate di tastiera e monitor sono i terminali che venivano usati per accedere al computer vero e proprio. ra 2.4.) Una famoso produttore di computer che nasce in questi anni è la Digital. Fanno la loro comparsa anche i primi computer con dimensioni simili a quelle dei personal computer odierni, come l italiano Olivetti Programma 101. Un altra grande rivoluzione tecnologica ci fu nei primi anni 70 quando i ricercatori dell Intel inventarono la memoria RAM e i microprocessori. La strada per lo sviluppo dei personal computer era ormai spianata. Da ricordare lo Xerox Alto del 1972 che introdusse l interfaccia grafica e la scheda di rete, l Apple II del 1976 che fu il primo con monitor a colori, lo Xerox Star del 1981 che introdusse il mouse, l hard disk di serie e un interfaccia grafica basata sul concetto di desktop, come nei moderni sistemi operativi. (Vedi figura 2.5.) Negli anni 80 ci fu la vera alfabetizzazione informatica. Nel 1981 nacque il primo Personal Computer (PC) IBM (vedi figura 2.5) da cui discendono la maggior parte dei computer desktop moderni. La realizzazione del sistema operativo di questi computer fu affidata alla Microsoft, che realizzò l MS-DOS. In questi anni comparirono anche molti computer giocattolo, basti ricordare il Commodore 64. I computer erano oramai entrati nelle case di milioni di persone in tutto il mondo. Negli anni successivi fino ai giorni nostri, la tecnologia, sia hardware che software, ha fatto passi da gigante, soprattutto grazie alla spinta del mercato. In questo periodo ci sono principalmente tre fatti da ricordare: la nascita di Internet, la nascita del WEB e infine la nascita del software libero, in particolare dei sistemi operativi basati su Linux. Attualmente i computer e la loro possibilità di interconnessione e quindi scambio di informazioni hanno letteralmente invaso la nostra vita. Basti pensare che i moderni telefoni cellulari, detti smartphone, sono in realtà dei computer a tutti gli effetti. Qui si conclude il nostro breve excursus sulla storia del computer. Abbiamo visto che nel corso della storia l implementazione fisica del computer è variata con il progredire della tecnologia dando luogo a computer profondamente diversi dal punto di vista del meccanismo di funzionamento (meccanici, elettromeccanici ed elettronici), della modalità di rappresentazione delle informazioni (analogica e digitale) e

16 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 15 Figura 2.5. A sinistra lo Xerox Alto (1972). In alto a destra lo Xerox Star (1981). In basso a destra l IBM 5150 (1981), meglio noto come PC (Personal Computer). di altre loro caratteristiche (architettura interna, programmabilità, ecc.). Ricordiamo di nuovo che al giorno d oggi, ci si riferisce comunemente al computer come a un dispositivo elettronico, digitale, programmabile e a scopo generico costruito secondo la cosiddetta architettura di von Neumann. 2.4 I computer sanno lavorare solo con i numeri! È importante dire fin da subito che i computer possono lavorare solo con dei numeri. Per esempio quando guardate un video con il vostro computer, ciò che accade è che delle lunghissime sequenze di numeri vengono elaborate e inviate alla scheda video la quale è in grado di trasformarli in segnali adatti per il vostro monitor. Alcuni di questi numeri sono le coordinate cartesiane dei punti dello schermo mentre altri numeri rappresentano il colore di questi punti. In particolare, per motivi costruttivi, è molto più facile creare dei computer che usano dei numeri in forma binaria. Infatti è molto più semplice realizzare dispositivi che abbiano solo due simboli anziché, per esempio, 10 simboli. Immaginate infatti di avere un circuito elettrico. Il passaggio di corrente indicherà un simbolo, il non passaggio di corrente indicherà un altro simbolo. Come vedete abbiamo due stati a disposizione che potremmo chiamare per comodità 1 e 0. Se avessimo voluto avere 10 simboli come nel sistema decimale (che poi avremmo chiamato 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), saremmo stati in difficoltà perché avremmo dovuto avere 10 livelli di corrente diversi! Questo è in teoria possibile ma in pratica può generare molte difficoltà perché la presenza di disturbi potrebbe confondere uno stato con un altro!

17 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 16 Vedremo un po di matematica del sistema binario nel prossimo capitolo. Per ora basti sapere che ogni cifra in un sistema a due stati, viene chiamata bit, contrazione dall inglese binary digit (cifra binaria). L insieme di 8 cifre binarie, cioè 8 bit, prende il nome di byte. Il simbolo per indicare il bit è b mentre il simbolo per indicare il byte è B. 2.5 Un ripasso delle unità di misura Nello studio dell informatica, così come di qualsiasi altra scienza, è fondamentale conoscere e saper gestire le varie unità di misura che si incontrano e i vari prefissi moltiplicativi. In questo semplice corso di informatica incontreremo solo due grandezze fisiche, il tempo e la frequenza. Quindi ci serviranno solo due unità di misura I fenomeni periodici Un fenomeno periodico è un fenomeno che si ripete uguale a sé stesso a intervalli uguali di tempo. L intervallo di tempo che impiega il sistema a compiere un ciclo si chiama periodo. Facciamo un esempio: in un orologio analogico, la lancetta dei secondi compie un moto circolare periodico. Il tempo che impiega a ritornare nella posizione di partenza, cioè il tempo per fare un giro completo, è il periodo di rotazione ed è pari a 60 secondi (60 s in forma abbreviata). La frequenza indica invece quante volte un fenomeno si ripete in un certo intervallo di tempo. Facciamo degli esempi. Il battito cardiaco di una persona a riposo è di circa 1 battito al secondo. Invece di scrivere al secondo si usa il termine hertz, abbreviato Hz. Facciamo un altro esempio. L albero motore di una autovettura accesa, senza spingere l acceleratore, compie circa 1800 giri al minuto. Con un semplice calcolo (provateci da soli!) si ottiene che i giri al secondo sono 300. Pertanto possiamo affermare che la frequenza di rotazione dell albero motore è di 300 Hz. Un ultimo esempio. La lancetta dei secondi, come avevamo visto, ha un periodo di 60 s. Quant è la frequenza del suo moto? Cioè quanti giri fa in un secondo. In un secondo la lancetta fa solo 1/60 di giro! Quindi diremo che la frequenza è 1/60 Hz oppure, in forma decimale, Hz. Da questi esempi si intuisce che la frequenza è l inverso del periodo, cioè, in forma di equazione: f = 1 (2.1) T Vedremo in questo capitolo che la frequenza è una grandezza fisica importantissima per comprendere il funzionamento di un computer. Infatti tutte le operazioni di un computer sono temporizzate, cioè ogni parte del computer esegue un operazione ogni volta che riceve un impulso elettrico particolare, chiamato clock. Questo segnale è periodico ed è composto di svariati milioni o miliardi di impulsi al secondo!

18 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 17 Tabella 2.1. Tabella con i prefissi che indicano i multipli e i sottomultipli delle unità di misura. prefisso simbolo valore tera T (1000 miliardi) giga G 10 9 (1 miliardo) mega M 10 6 (1 milione) kilo k 10 3 (mille) milli m 10 3 (1 millesimo) micro μ 10 6 (1 milionesimo) nano n 10 9 (1 miliardesimo) pico p (1 millesimo di miliardesimo) I prefissi In tutte le scienze e non solo, quando i numeri che esprimono una grandezza sono troppo grandi o troppo piccoli per essere usati in maniera comoda, si preferisce usare un prefisso che indichi i multipli e i sottomultipli dell unità di misura, in modo da avere una parte numerica più comoda da scrivere. Facciamo un esempio. Tutti noi conosciamo i metri e i kilometri. Un kilometro corrisponde a 1000 metri. I kilometri vengo usati quando si parla di lunghe distanze: invece di dire che abbiamo percorso m è molto più semplice dire che si sono percorsi 230 km. I metri si indicano con m e i kilometri con km. La lettera k sta per kilo e significa mille volte più grande. Infatti come tutti sappiamo 1 km sono 1000 m. Oltre al kilo che abbiamo appena visto, esiste tutta una serie standard di prefissi per le unità di misura. Alcuni dei prefissi più importanti sono riportati in Tab Facciamo un piccolo esercizio dove compaiono i prefissi moltiplicativi. Supponiamo che la nostra linea ADSL abbia una velocità di 2 Mb/s: significa che possiamo scaricare (se non ci sono altri problemi) 2 milioni di bit al secondo. Considerando che una canzone presa da internet in formato mp3 può essere di circa 3 MB (3 megabyte), vogliamo sapere il tempo necessario a scaricare questa canzone. Prima di tutto trasformiamo la velocità della nostra ADSL da bit a byte. Basta dividere per 8, perché, ricordiamolo, un byte sono 8 bit. Pertanto la velocità della nostra ADSL sarà di 2 Mb/s = 0.25 MB/s 8 Ora, per conoscere il tempo necessario a scaricare la canzone dobbiamo dividere la dimensione del file della canzone per la velocità di trasferimento: t = dimensione file velocità di scaricamento = 3 MB 0.25 MB/s = 12 s Quindi per scaricare quella canzone da 3 MB avremo bisogno di almeno 12 s con la nostra linea ADSL.

19 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 18 Figura 2.6. Schema dell architettura di von Neumann. I componenti fondamentali sono CPU e memoria centrale, quelli opzionali sono i sistemi di input e output. Questi componenti sono connessi tra loro tramite un sistema di comunicazione apposito chiamato BUS. 2.6 Architettura di Von Neumann Passiamo ora a spiegare come è fatto un computer e di quali parti si compone. Praticamente tutti i moderni computer di uso comune sono progettati secondo uno schema (architettura) detto architettura di Von Neumann inventata nel 1945 dal matematico John von Neumann e dal suo gruppo. Lo schema, mostrato in Fig 2.6, si basa su cinque componenti fondamentali: La CPU, che si divide a sua volta in Unità di controllo Unità operativa, nella quale uno dei sottosistemi più rilevanti è l ALU (Arithmetic Logic Unit) Registri della CPU La memoria centrale, intesa come memoria di lavoro o memoria principale contenente sia i dati che i programmi attualmente in uso Unità di input, tramite la quale i dati e/o i programmi vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all operatore Bus, uno o più canali di comunicazione che collegano i componenti fra loro È importante sottolineare che tale architettura, a differenza di altre, si distingue per la caratteristica di immagazzinare all interno dell unità di memoria, sia i dati che i programmi in esecuzione. In poche parole si dice che le istruzioni dei programmi sono a loro volta dei dati. Un ultima nota: quando si parla di memoria centrale si usa l aggettivo centrale per distinguere questa memoria (che di solito è una RAM) da altri tipi di memoria, come per esempio gli hard disk che invece sono dei componenti opzionali e pertanto rientrano nella categoria dei dispositivi di I/O.

20 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 19 Figura 2.7. Le tre immagini rappresentano tutte il microprocessore Intel Core i5. La prima mostra la parte superiore, la seconda mostra le componenti interne al microprocessore che si trovano sotto il coperchio di protezione e l ultima foto mostra il retro, dove si notano principalmente tutti i contatti del microprocessore. 2.7 La CPU La CPU (dall inglese Central Processing Unit, Unità centrale di elaborazione) è uno dei componenti fondamentali di un computer. Viene spesso chiamata anche processore o microprocessore. È il componente che esegue le istruzioni del programma. Possiamo immaginarlo come il cervello del computer. È composta di varie parti al suo interno. C è l unità di controllo, che legge e scrive i dati dalla memoria (dove con dati si intende anche il programma da eseguire), interpreta le istruzioni da eseguire e le esegue, facendosi aiutare da un altro componente della CPU, l ALU (in inglese Arithmetic Logic Unit) che si occupa di eseguire tutte le operazioni logiche e matematiche. Infine ci sono i registri che non sono nient altro che una minuscola memoria per immagazzinare i dati temporanei o gli indirizzi di memoria su cui si dovrà operare. Ogni operazione eseguita dalla CPU si divide in un certo numero di passi elementari. Viene fatto un passo ogni volta che la CPU riceve un impulso dall esterno. Questo impulso dall esterno è chiamato segnale di clock o semplicemente

21 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 20 clock e arriva a intervalli di tempo regolari. Pertanto più alta sarà la frequenza del segnale di clock, cioè più alto sarà il numero di impulsi di clock che arrivano alla CPU, più veloce sarà l esecuzione di un programma. Oggigiorno le migliori CPU possono funzionare a frequenze di clock di circa 3 GHz, cioè 3 miliardi di impulsi al secondo! Il segnale di clock viene generato da un componente apposito che si trova sulla scheda madre. Facciamo un piccolo esempio di operazione elementare della CPU. L unità di controllo della CPU legge in uno dei registri l indirizzo dell istruzione da eseguire e la memorizza in un altro registro. Supponiamo che tale istruzione sia (scritta in forma più chiara e non in binario!) ADD 7A3, 8A7, B92 L unità di controllo della CPU capisce che deve fare una somma tra due numeri che sono memorizzati negli indirizzi 7A3 e 8A7 della RAM. L ultimo indirizzo, B92, sarà invece l indirizzo della RAM dove bisogna mettere il risultato. L unità di controllo prende allora i due numeri contenuti nelle celle di memoria RAM 7A3 e 8A7 e li memorizza in due registri liberi della CPU, facciamo finta siano il registro 3 e 4. Poi ordina alla ALU della CPU di eseguire la somma dei due numeri contenuti nei registri 3 e 4, e che il risultato sia memorizzato in un registro libero, per esempio il 5. Appena l ALU avrà finito di fare ciò che gli è stato chiesto, l unità dei controllo della CPU terminerà il suo lavoro copiando il contenuto del registro 5, quello contenente il risultato della somma, nell indirizzo di memoria RAM B92. Fatto questo, l istruzione è stata completata e si potrà passare all istruzione successiva. La maniera in cui viene effettivamente costruita la CPU affinché possa eseguire le varie istruzioni viene detta microarchitettura. Una certa microarchitettura è caratterizzata da un determinato insieme di istruzioni (instruction set) che la CPU può eseguire. Tra le caratteristiche di una microarchitettura c è anche la dimensione naturale di dati che viene normalmente usata per varie attività. Questa dimensione si chiama word (parola) e nelle CPU attuali è solitamente di 32 bit o 64 bit. Facciamo degli esempi per capire l importanza della word. Ogni istruzione che riceve la CPU è composta da una o più word. La quantità di dati contenuta nei registri corrisponde a una word. La quantità di dati trasferiti dalla memoria centrale alla CPU è di una word per ogni trasferimento. Il numero di bit usati per rappresentare i numeri, interi o con la virgola, è di una word o di un multiplo di essa. Ma la cosa più importante è dire che gli indirizzi della memoria centrale sono numerati con un numero di bit pari a una word. Se la word è quindi di 32 bit, al massimo la CPU potrà vedere 2 32 caselle di memoria (ricordate che una casella di memoria corrisponde a un byte). Pertanto un sistema a 32 bit potrà montare al massimo 2 32 byte di memoria,

22 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 21 Figura 2.8. Sulla sinistra banco di memoria RAM (con e senza dissipatore per il calore). Sulla destra banchi di RAM montati sulla scheda madre. cioè circa 4 GB. Questo è uno dei principali motivi per cui negli ultimi anni si sta passando a CPU a 64 bit. Una CPU a 64 bit può infatti indirizzare fino a 2 64 caselle di memoria, quindi per un massimo di ben 16 miliardi di GB!!! 2.8 La memoria centrale La memoria centrale è un altro componente fondamentale del computer. Secondo l architettura di Von Neumann, la memoria centrale gioca un doppio ruolo. Contiene sia i dati che servono alla CPU, sia il programma che si sta eseguendo. In altri tipi di architetture particolari esiste invece una memoria per contenere il programma e una memoria per contenere i dati. In generale le memorie sono composte da tante minuscole cellette, ognuna delle quali può trovarsi in due stati, carico e scarico. Avete già capito che questi due stati verranno usati per rappresentare le cifre 0 e 1. Attualmente la memoria centrale di ogni computer è una memoria di tipo RAM La RAM La tipica memoria centrale usata nei computer è una RAM (dall inglese Random Access Memory, memoria ad accesso casuale). Il termine random (casuale) è dovuto al fatto che accedere a un area o a un altra di questa memoria non comporta differenze di velocità. La RAM può essere sia letta che scritta. Quando si spegne il computer o in generale si stacca la corrente, tutto il contenuto della RAM viene perso. Una memoria che si comporta in questo modo viene detta volatile. Le RAM si dividono a sua volta in statiche e dinamiche. Praticamente tutte le RAM usate nei computer comuni sono dinamiche. Questo tipo di RAM è meno costoso delle RAM statiche ma le cellette di cui è composta la RAM dinamica tendono a scaricarsi con il tempo. Pertanto, per evitare che il computer perda le informazioni durante il suo funzionamento e quindi si blocchi, la memoria RAM dinamica deve

23 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 22 essere rinfrescata a intervalli di tempo regolari (circa ogni 64 ms, cioè con una frequenza di 15 Hz). Per accedere ai dati contenuti nella RAM, la CPU assegna a ogni celletta un indirizzo, proprio come i numeri civici delle strade che vengono usati per identificare le varie case. In realtà le cellette non sono numerate una per una ma sono numerate a gruppi di 8: un indirizzo ogni 8 cellette, cioè ogni 8 bit (1 byte). La quantità di dati che può contenere la RAM si misura in byte e nei computer moderni questa quantità varia solitamente da 1 GB fino a 8 GB. 2.9 La scheda madre e i BUS La CPU, la memoria e tutte le periferiche di input/output sono connesse tra loro attraverso la scheda madre. Le connessioni fisica tra la scheda madre e gli altri componenti avviene in vari modi: tramite degli zoccoli, detti socket (CPU), tramite delle apposite fessure, dette slot, (memoria, schede varie), tramite dei cavi (hard disk, drive ottico, ecc.) o tramite delle porte esterne (tastiera, mouse, chiavette USB, ecc.) (Vedi figura 2.9.) La scheda madre contiene i BUS, cioè i canali di comunicazione tra le varie parti del computer e ne regola le comunicazioni. Ricordiamo che i BUS sono uno degli elementi fondamentali dell architettura di von Neumann. La scheda madre contiene anche uno o più generatori di clock, la ROM contenente il BIOS e un orologio sempre in funzione, alimentato da una batteria interna. Figura 2.9. Fotografia di una scheda madre senza alcun componente attaccato. Si notino le varie slot presenti.

24 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 23 Figura Organizzazione di un computer tipica degli anni 70 e 80. Veniva usato un singolo sistema di comunicazione (diviso in tre BUS, uno per i dati, uno per gli indirizzi e uno per il controllo) e tutti i componenti funzionavano alla stessa frequenza di clock. Fino alla fine degli anni 80 il BUS del computer era solamente uno e tutti i componenti funzionavano alla stessa frequenza di clock (Vedi figura 2.10). Con il tempo le CPU e le memorie diventavano sempre più veloci, cioè potevano funzionare a frequenze di clock sempre maggiori, al contrario degli altri componenti del computer. Per questo motivo si cominciò a suddividere il computer in diverse zone, che funzionavano a frequenze di clock diverse. In figura 2.11 è rappresentato uno schema a blocchi di un computer attuale. Si notano tre zone: la zona della memoria e della scheda video che hanno delle velocità di trasferimento di dati molto elevate e funzionano con una frequenza di clock simile a quella del generatore del clock; la zona della CPU e dei suoi componenti interni che funzionano a velocità molto più elevate e con una frequenza di clock aumentata di circa 10 volte; infine la zona che gestisce l input/output che funziona più lentamente delle altre due. Il colore grigio rappresenta i vari BUS, il colore verde la CPU e la memoria e il colore blu le periferiche di input e di output. Si può vedere che nei computer odierni si usano molti BUS diversi. Il passaggio di dati nella scheda madre da un componente all altro è comandato dalla CPU ma è messo in pratica da un particolare circuito integrato, chiamato chipset, che possiamo immaginare come un ufficio postale velocissimo. Come si vede dalla figura è solitamente diviso in due zone, MCH e ICH. Quando, per esempio, la CPU vuole mandare dei dati alla RAM, li invia prima al chipset che poi li gira alla RAM facendoli passare per il BUS giusto. Il parametro fondamentale che distingue un BUS da un altro è la velocità di trasferimento dati. Più è alta meglio è. Questa grandezza si misura in byte al secondo, abbreviato B/s. Le velocità in gioco possono essere molto diverse a seconda del BUS. Nella tabella 2.2 una semplice lista dei BUS più usati. Una importante caratteristica di un BUS è l essere o meno Plug&Play. Il Plug&Play (dall inglese collega e usa) è un termine usato per descrivere la capacità di un BUS di facilitare il riconoscimento e il corretto indirizzamento di una periferica, senza dover

25 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 24 Figura Organizzazione tipica di un computer moderno. Il colore grigio rappresenta i vari BUS, il colore verde la CPU e la memoria e il colore blu le periferiche di input e di output. Si può vedere che nei computer odierni si usano molti BUS diversi. La CPU lavora a una frequenza di clock, la memoria e le schede PCI-express a una frequenza minore, infine tutti gli altri componenti a una frequenza ancora più bassa. Tabella 2.2. Elenco dei bus più usati Tipo di BUS Generico Immagazzinamento dati BUS Front Side Bus, Back Side Bus, PCI, PCIe, Intel QPI, HyperTransport DMA, PATA, USB MSC, FireWire, SATA, esata, SCSI Periferiche RS-232, USB, FireWire, External PCIe

26 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 25 agire manualmente. In pratica significa che basta collegare la periferica al computer e questa sarà configurata automaticamente e pronta all uso senza l intervento dell utente. PCI Express, PCI, USB sono tutti BUS Plug&Play. Tra le porte esterne del computer ricordiamo la porta USB usata per connettere una moltitudine di periferiche e l uscita video (VGA o DVI) che serve a collegare il monitor. Esistono molte altre porte, alcune quasi non più usate come la porta seriale o altre meno usate come la porta firewire o e-sata. Tra gli slot interni avremo sicuramente il socket per alloggiare la CPU, varie slot per alloggiare la RAM, vari connettori per collegare i cavi dei dati degli harddisk e dei drive ottici e poi una serie di slot PCIe per connettere schede adibite a compiti specifici. Tra queste schede figura la scheda video e la scheda audio ma esistono migliaia di tipi di schede diverse. Basti pensare alle schede che servono al computer per poter controllare dei macchinari esterni. Per esempio una scheda che controlli il macchinario che fa le radiografie in un ospedale, la scheda che controlla il macchinario per il test delle centraline delle autovetture di un meccanico, la scheda che controlla un qualsiasi macchinario industriale e così via. Per completezza va detto che le schede di espansione di un computer, come per esempio la scheda audio e la scheda video, sono degli adattatori (adapter). La loro funzione è quella di tradurre i dati da una forma a un altra. Per esempio un adattore grafico non è nient altro che un modo per passare dai dati che rappresentano delle immagini ai segnali elettrici necessari a un monitor per rappresentare quelle immagini. In realtà le schede video, audio e anche altre non sono solo dei traduttori di segnali da una forma a un altra. Molti di queste schede sono dotate di un co-processore che viene sfruttato dalla CPU per demandare dei calcoli specifici. Per esempio tutti sanno che le schede grafiche sono dotate di una o più GPU (Graphic Processing Unit), cioè dei processori studiati appositamente per fare calcoli di grafica Il firmware, le ROM e il BIOS Con il termine firmware si indica un programma che inizializza e prepara un certo dispositivo elettronico per le condizioni di normale funzionamento e lo gestisce secondo gli input esterni. Questo programma fa parte del componente elettronico stesso. Oggigiorno praticamente tutti i dispositivi elettronici sono dotati di un firmware. La lavatrice, la TV, un lettore MP3, una radiosveglia, sono tutti esempi di apparecchi dotati di firmware. I firmware sono contenuti all interno di memorie non-volatili, cioè che mantengono i dati memorizzati anche in assenza di alimentazione, e solitamente sono avviati non appena il dispositivo in cui si trovano viene alimentato. Le memorie che contengono il firmware sono chiamate ROM, cioè memorie di sola lettura (dall inglese Read Only Memory). Oggigiorno però, sebbene si continui a usare il termine ROM, le memorie usate per contenere il firmware di un dispositivo possono essere riscritte (per esempio per aggiornare il firmware!). Queste ROM riscrivibili sono delle EEPROM o delle memorie FLASH. Le memorie FLASH sono usate anche in molti altri ambiti e infatti ne riparleremo in seguito.

27 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 26 Anche i computer hanno bisogno di un firmware. Il firmware dei computer domestici è chiamato BIOS, è contenuto in una ROM sulla scheda madre e viene avviato all accensione. Si occupa di eseguire tutta una serie di test per verificare il corretto funzionamento dell hardware, esegue i firmware di tutti i componenti del computer che ne sono provvisti (schede video, ecc...), mostra sullo schermo le informazioni sulla quantità di memoria centrale e su altre caratteristiche del computer, esegue varie configurazioni sulla gestione dell hardware (che possono essere cambiate anche dall utente) e infine avvia, se disponibile, il programma che si trova nella prima sezione di un unità esterna, solitamente l hard-disk. Questo piccolissimo programma che si trova nella parte iniziale del disco si chiama bootloader ed è colui che si occuperà di avviare il sistema operativo Le periferiche di input/output L hard disk (disco rigido) L hard disk è una periferica di input/output del computer. E può contenere enormi quantità di dati, da qui il nome di memoria di massa. Il nome deriva dal fatto che all interno ci sono uno o più dischi (di vetro o alluminio) ricoperti di materiale ferromagnetico in rapidissima rotazione. La superficie di questo disco è idealmente divisa in tante piccole cellette e delle testine estremamente piccole, possono magnetizzare queste cellette in due modi diversi, a cui si assegna, come avrete immaginato, i valori convenzionali di 0 e 1 del sistema binario. La capacità di memorizzare dati in un hard disk si misura in byte e gli hard disk tipici montati attualmente nei computer vanno da diverse centinaia di GB a qualche TB. La velocità di un hard dipende da quanto velocemente ruotano i dischi e da quanto velocemente si possono spostare le testine. In confronto alla memoria RAM, l hard disk è molto lento Le memorie flash Le memorie flash sono delle periferiche di input/output. Una memoria flash è un particolare tipo di memoria non-volatile composta da tanti piccoli transistor che necessitano di semplici segnali elettrici sia per essere letti che scritti. Le chiavette (o pennette) USB sono memorie flash, così come alcune ROM usate per i firmware, e così anche le schede SD, microsd, ecc usate in telefoni cellulari o macchine fotografiche digitali. Le dimensioni tipiche massime delle memorie flash sono di circa 64 GB. Ultimamente però si sta anche cercando di sostituire l hard disk con delle memorie flash con capacità simili. Questi dispositivi sono chiamati Solid State Drive, cioè unità a stato solido, e hanno il vantaggio, rispetto all hard disk di non avere alcuna parte in movimento, di essere più veloci e di consumare molto meno. Il problema è però il costo, per ora troppo elevato.

28 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 27 Figura L hard disk. In alto a sinistra un hard disk visto dall esterno. In alto a destra un hard disk aperto. In basso a sinistra uno schematizzazione dei componenti interni. Infine in basso a destra è mostrata la differenza tra la vecchia connessione IDE e la nuova connessione SATA; il connettore con 4 fili colorati è il cavo dell alimentazione. Figura Tre memorie flash. A sinistra una scheda SD, al centro il componente che in futuro sostituirà gli attuali hard disk, il Solid State Drive (SSD), e a destra una penna USB.

29 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 28 Figura A sinistra un drive ottico. Si nota il cassettino aperto con dentro un disco ottico. A destra uno schema del principio di lettura dei dischi ottici. Nella parte bassa le foto in bianco e nero sono fotografie vere fatte al microscopio elettronico della superficie di CD, DVD e BD rispettivamente I drive ottici e i dischi ottici I dischi ottici sono delle memorie di massa per memorizzare dati, ne esistono di diversi tipi: Compact Disc (CD), Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray Disc (BD). Il loro diametro standard è di 12 cm. Vengono letti dai computer con degli appositi lettori chiamati ovviamente Lettore CD, Lettore DVD, e così via, generalmente chiamati drive ottici. Un Lettore BD potrà leggere sia DVD che CD, un Lettore DVD potrà leggere anche DVD, mentre un Lettore CD legge solo CD. Questo tipo di memoria è composta da un disco plastico rigido, un sottile disco metallico riflettente e altri strati protettivi. Il disco viene diviso idealmente in tante cellette, ognuna delle quali può riflettere o meno la luce. La luce che viene usata è luce laser (rossa per il CD e DVD, blu per il blue ray). Il termine disco ottico viene proprio dal fatto che viene usata della luce. Usando dischi scrivibili (R) o riscrivibili (RW) e drive appositi, detti masterizzatori, è possibile scrivere dati oltre che leggerli. Quando si è in fasi di scrittura il laser aumenta la sua pontenza fino a bruciare (in inglese burn) alcune cellette cambiando la loro riflettività e quindi i dati. La dimensione dei dati che può contenere un disco ottico va dai 700 MB di un CD ai 4.7 GB di un DVD single layer ai 25 GB di un BD single layer La cache La cache (dal francese nascosto) è una memoria simile alla RAM ma molto più veloce (e costosa). Non è una periferica ma è in pratica una memoria di supporto che si trova in moltissimi componenti. C è una cache nella CPU, c è una cache negli hard disk e così via. In pratica è una memoria che serve a velocizzare certe operazioni senza andare a disturbare la memoria RAM. Per questo motivo è anche chiamata memoria tampone o, in inglese, buffer. Si faccia molta attenzione! La memoria cache, al contrario della RAM, non fa da memoria centrale! È solo una memoria di supporto!

30 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 29 La dimensione della cache è solitamente di qualche decina di kb (nelle CPU) o al massimo di qualche MB (negli hard disk). La sua migliore velocità è dovuta al fatto che è direttamente collegata al componente che deve aiutare. I dati non devono passare per un BUS per raggiungere la memoria cache come invece succede per la memoria RAM Tastiera, mouse, touchpad, Tastiera, mouse, touchpad sono delle periferiche di input. Servono all utente per interagire con il computer, in particolare con il sistema operativo. La tastiera serve per immettere del testo. Le tastiere si distinguono principalmente per la disposizione e il tipo di caratteri che sono prestampati sui tasti. Ognuna di queste configurazioni viene chiamata layout di tastiera. Per esempio esiste la tastiera con il layout italiano, la tastiera con il layout americano, ecc. C è anche la possibilità che i caratteri sulla tastiera siano gli stessi ma siano in posizioni diverse: quasi tutte le tastiere con caratteri latini sono tastiere QWERTY (guardate la prima riga di lettere a sinistra nella vostra tastiera) anche se esistono altre disposizioni, come la tastiera DVORAK. Il mouse serve per muovere e far compiere delle azioni a un puntatore sullo schermo, rappresentazione ideale di un nostro dito. Il mouse è dotato di uno o più tasti per differenziare le azioni che può compiere il puntatore. Dispositivi analoghi al mouse sono il touchpad, la tavoletta grafica e, in un certo senso, il touchscreen. Figura A sinistra in alto una tastiera per computer fissi. A sinistra in basso il layout di tastiera italiano. In destra in alto un mouse e a destra in basso un touchpad integrato in un computer portatile.

31 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 30 Figura A sinistra un monitor con schrmo CRT, oramai non più usati. Al centro e a destra esempi di monitor con schermo a cristalli liquidi (detti TFT a cristalli liquidi) Il monitor Il monitor è la periferica di output per eccellenza. Permette al computer di creare in maniera estremamente veloce (al contrario della stampante, per esempio) delle rappresentazioni grafiche bidimensionali, molto utili all utente per interagire facilmente con il computer. Lo schermo del monitor si divide in tanti quadratini, chiamati pixel, ognuno dei quali diviso a sua volta in tre subpixel. Da questi subpixel può filtrare la luce rispettivamente rossa, blu e verde. L accensione dei pixel è comandata dai segnali che arrivano in ingresso al monitor e che sono inviati dalla scheda video. La scheda video si occupa infatti di tradurre i dati in formato binario che descrivono le immagini da mostrare (elaborati dalla CPU) in segnali comprensibili dal monitor. Per questo motivo a volte le schede video vengono chiamate video adapter. Chiaramente si capisce che, a parità di dimensioni delle schermo, tanto più alto sarà il numero di pixel, tanto più definita potrà essere un immagine. Con il termine risoluzione dello schermo si indicano le dimensioni dello schermo espresse come numero di pixel. Per esempio uno schermo con una risoluzione di , è un monitor che ha 1280 pixel sul lato orizzontale e 800 pixel sul lato verticale. Il numero totale dei pixel sarà il prodotto di questi due numeri: = pixel. La dimensione del monitor viene espressa, come per i televisori, tramite la lunghezza della diagonale dello schermo, solitamente espressa in pollici anziché in centimetri (1 pollice sono circa 2.54 cm). Si usa la diagonale perché non tutti i monitor hanno la stessa forma. Il rapporto tra larghezza e altezza, chiamato fattore di forma, può infatti variare. Tipici rapporti sono 4:3 e 16:9. Esistono tipicamente due tipi di monitor: CRT e LCD (display a cristalli liquidi). Nei vecchi CRT un fascio di elettroni veniva sparato sui pixel scorrendoli uno a uno per attivarli, componendo quindi l immagine. Oggigiorno quasi tutti i monitor sono invece LCD, cioè a cristalli liquidi, che possiamo immaginare come dei filtri di luce. Sul retro ci sono delle lampade o dei LED sempre accesi che fanno da sorgenti di luce. Le immagini vengono composte agendo sui cristalli liquidi che compongono i pixel, permettendo alla luce di filtrare più o meno intensamente. Ultimamente si

32 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 31 Figura A sinistra una stampante a getto d inchiostro; in basso si possono vedere le cartucce contenenti il colore che si trovano dentro la stampante. A destra uno scanner con un immagine poggiata sul piano di scansione. stanno affacciando sul mercato anche nuovi monitor basati su una nuova tecnologia, chiamata OLED, dove sono i pixel stessi a emettere luce La stampante La stampante è una periferica di output che stampa su carta o altri supporti del testo o delle immagini. Esistono principalmente due tipi di stampanti: a getto d inchiostro e laser. Entrambe possono stampare solo in bianco e nero oppure a colori. Un parametro importante che distingue una stampante dall altra è la risoluzione di stampa, cioè quanti punti al massimo possono essere stampati in una certa unità di lunghezza. Questa quantità viene espressa solitamente in DPI, dot per inch, e rappresenta appunto il numero di punti che la stampante può stampare al massimo in un pollice (1 pollice corrisponde a 2.54 cm). Una risoluzione di stampa amatoriale può essere 300 dpi per il testo e 600 dpi per le immagini. Una risoluzione professionale può arrivare anche a 2400 dpi o più. Le stampanti possono essere connesse direttamente al PC, tramite per esempio porte USB, ma possono anche essere messe in una rete di computer. I dati da inviare alla stampante vengono tradotti dal driver della stampante, un software che sa tradurre i dati del computer in dati adatti a essere capiti dalla stampante. Tra questi linguaggi parlati dalle stampanti ne ricordiamo due molto famosi: il linguaggio PostScript e il PCL Lo scanner Lo scanner è una periferica di input. La sua funzione è quella di digitalizzare le immagini, cioè passare da una fotografia o un testo stampato su carta a un insieme

33 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 32 Figura A sinistra un case desktop, cioè orizzontale. Al centro un case tower, cioè verticale. A destra un case tower aperto all interno del quale si nota la scheda madre con i vari componenti, l alimentatore nella parte superiore e l hard disk e il lettore DVD nella parte frontale nascosti dalla struttura di supporto. di dati digitali che rappresentano quella fotografia o quel testo in un computer. In pratica svolge la funzione inversa della stampante. Lo scopo è molto simile a quello di una fotocamera digitale. La differenza è che la fotocamera digitalizza un immagine dell ambiente circostante mentre lo scanner può digitalizzare solo immagini stampate. Un parametro importante che distingue uno scanner dall altro è la risoluzione di scansione, cioè quanti punti può usare al massimo lo scanner per rappresentare una segmento di lunghezza data. Questa quantità viene espressa solitamente in DPI, dot per inch, e rappresenta appunto il numero di punti che lo scanner può usare per rappresentare un segmento lungo un pollice (1 pollice corrisponde a 2.54 cm). Una risoluzione per la scansione amatoriale è circa 300 dpi per il testo e 600 dpi per le immagini. Una risoluzione professionale può arrivare anche a 2400 dpi o più L involucro e l alimentazione L involucro che contiene i componenti principali di un computer non portatile si chiama case (ma a volte si usano anche i termini cabinet e chassis) e solitamente ha la forma di un parellelepipedo. Quando il parallelepipedo si sviluppa orizzontalmente allora si parla di case di tipo desktop mentre se si sviluppa verticalmente allora si parla di case di tipo tower. Il case contiene la scheda madre e i componenti che sono direttamente connessi ad essa (CPU, memoria centrale, schede varie), contiene anche una o più memorie di massa (hard disk, drive ottici, ecc ) connesse con dei cavi alla scheda madre. All interno si trova anche l alimentatore, un apparecchio che con degli appositi cavi, fornisce l energia elettrica a tutti i componenti del computer. Oltre a quella di involucro, il case svolge anche una funzione di raffreddamento del computer. Tutti i componenti elettronici, quando sono in funzione, sprecano dell energia elettrica che quindi si trasforma in calore (energia termica). Questo calore deve essere eliminato perché, se la temperatura di qualche componente sale

34 CAPITOLO 2. IL COMPUTER 33 troppo, allora si possono avere dei blocchi del computer se non addirittura una vera e propria rottura. Il raffreddamento è tipicamente realizzato tramite delle ventole. In alcuni casi dove il calore sviluppato è poco non si usano ventole ma è sufficiente la quantità di calore trasmessa verso l esterno dal metallo del case. In altri casi invece dove il calore sviluppato è molto alto, si usano un raffreddamento ad acqua Esercizi Secondo l architettura di Von Neumann, cioè secondo il normale schema di funzionamento dei computer, a cosa serve la memoria? Fai degli esempi di memorie di massa e prova a spiegare come immagazzinano i dati. A cosa serve la CPU? E di quali parti è composta? Un computer può funzionare senza hard-disk? Cos è un BUS? Cos è il clock di sistema? Che differenza c è tra memoria volatile e memoria permanente? Fai degli esempi. Chi è più veloce nel leggere e scrivere i dati? RAM o hard-disk? Cos è un disco ottico? Fai degli esempi specificando la capacità di memorizzazione.

35 Capitolo 3 La rappresentazione dei dati Ci sono solamente 10 tipi di persone nel mondo: chi comprende il sistema binario e chi no. Anonimo 3.1 Qual è il problema? I computer possono usare solo sequenze di sì-no, di alto-basso, di vero-falso. Insomma qualcosa che sia identificabile solo come 1 e 0. Per questo motivo bisogna trovare il modo di rappresentare tutti i dati, siano essi numeri, lettere, immagini, suoni, sotto forma di numeri, in particolare facendo uso solo di due cifre! Prima di affrontare il problema della codificazione dei dati in 1 e 0, studiamo un po di matematica di base del sistema binario. 3.2 Il sistema binario Uno stesso numero può essere rappresentato in molti modi diversi. Comunemente si usa il sistema decimale, che è un sistema di numerazione posizionale basato su 10 simboli diversi (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), chiamati cifre. Posizionale significa che il valore della cifra è diverso a seconda della posizione che occupa. Facciamo un esempio. Il numero 152 nel sistema decimale va inteso come 152 = = Normalmente gli uomini usano il sistema decimale perché è per loro naturale, avendo 10 dita per contare. Ma esistono tanti altri sistemi di numerazione posizionale, con base diversa dalla base 10: invece di 10 simboli se ne possono usare 2, 3, 16, quanti ne volete. Proviamo a contare usando solo quattro simboli: 0, 1, 2, 3. base base

36 CAPITOLO 3. LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 35 Un sistema di numerazione importantissimo è il sistema binario, cioè in base 2. In questo sistema si hanno solo due simboli a disposizione, 0 e 1. Qui di seguito riportiamo i numeri da 0 a 5 espressi in binario. Provate a completare la tabella, scrivendo i numeri fino a nove usando il sistema binario, in maniera analoga come abbiamo fatto poco fa usando la base 4. base base Da binario a decimale Se abbiamo un numero espresso nel sistema binario e vogliamo convertirlo nel sistema decimale, l operazione da fare è molto semplice. Basterà moltiplicare ogni cifra per una potenza con un esponente che dipende dalla sua posizione. Prendiamo per esempio il numero (101011) 2 = = = (43) 10 Cioè il numero è la scrittura in binario del numero 43 nel sistema decimale Da decimale a binario L operazione per passare dal sistema decimale al sistema binario è invece più complessa. Il procedimento da seguire è quello di dividere sempre per due il numero di partenza fino ad arrivare a zero e considerando i resti. Leggendo i resti ottenuti dall ultimo al primo, si ottiene il numero in rappresentazione binaria. Vediamo un esempio. Vogliamo trovare la rappresentazione binaria del numero 92 del sistema decimale. resto Ora non ci resta che prendere i resti dall ultimo al primo. Il numero 92 del sistema decimale è rappresentato dal numero nel sistema binario Le operazioni elementari La somma dei numeri binari è molto semplice. Per fare le somme in colonna è sufficiente sapere, come ci si aspetta, che = 0, che = 1 e che = 0 con riporto di 1.

37 CAPITOLO 3. LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 36 Per quanto riguarda la moltiplicazione è anch essa identica a quella che si fa nel sistema decimale. Basta ricordare, come è ovvio, che 0 0 = 0, che 0 1 = 0 e infine che 1 1 = I numeri negativi e i numeri frazionari 3.3 Il sistema esadecimale Se i computer ragionano sempre in termini di sistema binario, perché parlare di altri sistemi? Il motivo è che per gli umani, scrivere i numeri in binario è incredibilmente lungo, faticoso e molto scomodo. Quando in un programma si vuole scrivere un indirizzo di memoria, questo sarà quasi sempre scritto nel sistema esadecimale (16 simboli). Penserà poi un altro programma apposito a trasformare questi indirizzi nel sistema binario. I 16 simboli del sistema esadecimale sono 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Dal binario all esadecimale e viceversa Dato che 16 è multiplo di 2, passare da base 2 a base 16 e viceversa è estremamente semplice. Per passare da base 2 a base 16 è sufficiente raggruppare i bit a gruppi di 4 e sostituire ogni gruppo di 4 bit con la corrispondente cifra esadecimale. Per passare da base 16 a base 2 è sufficiente sostituire ogni cifra esadecimale con i 4 bit che la rappresentano in forma binaria. 3.4 I tipi di dato e le codifiche Il computer per lavorare sui dati, ha bisogna che questi siano espressi come sequenze di 1 e di 0. L operazione di trasformazione dei dati in sequenze di 1 e di 0, cioè in numeri, prende il nome di procedimento di codifica. In realtà il concetto di codificazione è precedente all uso dei computer. Basti pensare al famosissimo alfabeto Morse. Con soli due simboli, corto e lungo, è possibile rappresentare lettere e numeri grazie a opportune sequenze. Il segnale può poi essere un segnale elettrico o una luce o un suono. La prima cosa da chiederci è quanti bit servono per rappresentare una certa informazione. Immaginiamo di voler identificare le dita di una mano. Abbiamo bisogno di 10 codici diversi, per esempio è naturale assegnare a ogni dito un numero, da 0 a 9. Se ora vogliamo passare ai numeri binari si capisce che avremo bisogno di almeno 4 bit. Infatti il massimo numero che posso ottenere con 4 bit è 1111 che corrisponde al numero 15. Se avessi usato solo 3 bit al massimo sarei potuto arrivare a 111 che corrisponde al numero 7. Quindi un numero insufficiente per le 10 dita.

38 CAPITOLO 3. LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 37 Tabella 3.1. I numeri da 0 a 15 rappresentati in 3 sistemi di numerazione diversi. decimale esadecimale binario A B C D E F 1111 In generale il numero massimo di combinazioni ottenibili con n bit è 2 n. L alfabeto latino ha 26 lettere, se volessi assegnare a ciascuna una combinazione di bit diversa, cioè un numero diverso, avrei bisogno di 5 bit, perché 2 5 = I numeri La maniera in cui vengono rappresentati i numeri in un computer l abbiamo già vista. Si tratta solamente di scriverli in rappresentazione binaria Le stringhe Un altro tipo di dato sono i caratteri. L insieme di più caratteri forma le cosiddette stringhe (di testo). Come memorizzare una poesia in forma di 1 e 0? L operazione è molto semplice. È sufficiente usare una diversa sequenza di bit per ogni lettera o simbolo e il gioco è fatto. Una delle prime tabelle che vennero usate per trasformare i caratteri in sequenze di 1 e di 0 è la codifica ASCII (vedi App. A). La codifica ASCII è una tabella di corrispondenza tra simboli e numeri, viene detta infatti codifica dei caratteri. Comprende 128 simboli, pertanto sono necessari almeno 7 bit per poter avere 128 combinazioni diverse! Infatti 2 7 = 128. In realtà come detto più volte, i computer usano sempre 8 bit per volta, cioè 1 byte, pertanto anche per la codifica ASCII usano 8 bit. Dato che il primo bit è inutile sarà sempre messo uguale a 0.

39 CAPITOLO 3. LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 38 Come esercizio provate a creare un file di testo con il blocco note di Windows o in generale con un editor di testi. Scrivete nel file la parola ciao senza andare a capo e salvate. Quanto sarà la dimensione del file? La tabella ASCII fu creata sostanzialmente per poter scrivere in inglese. Come potete notare infatti mancano molti simboli, per esempio la codifica ASCII non è sufficiente per poter scrivere perfettamente in italiano perché mancano le lettere accentate. Figuriamoci altre lingue come l arabo, il cinese, il giapponese, ecc... Per questo motivo, oggigiorno si usa una tabella molto più grande, un altra codifica dei caratteri, chiamata UNICODE/UTF-8. Contiene tutti i simboli per tutte le scritture del mondo e non solo. Contiene anche simboli per scrivere la matematica, alfabeti fonetici, lingue morte, ecc... Il totale dei simboli che può rappresentare è ben I primi 128 simboli UNICODE/UTF-8 sono identici a quelli dell ASCII per motivi di compatibilità con il passato Le immagini Come possiamo rappresentare un bellissimo panorama con dei semplici 1 e 0?! Anche in questo caso è possibile. La prima cosa da fare è dividere l immagine in tanti quadratini, che prendono il nome di pixel. Una volta specificata la dimensione in pixel dell immagine è sufficiente elencare in ordine il colore di ogni pixel. Quindi ora il problema è solo quello di rappresentare i colori con dei numeri. È noto che ogni colore può essere ottenuto dalla mescolazione di tre colori cosiddetti primari: rosso, verde e blu. La soluzione è quindi di dare per ogni pixel la percentuale di rosso, verde e blu necessaria! Questo sistema è chiamato RGB (da red, green e blu. In realtà esistono anche altri sistemi per rappresentare i colori.) Chiaramente più pixel userò tanto meglio sarà la rappresentazione numerica di quell immagine ma tanto più sarà grande il file. Stesso discorso con i colori. Tanti più bit userò per definire i colori, tanto più potrò essere preciso ma tanto più verrà grande il file. Solitamente i colori vengono codificati a 24 bit. Cioè 8 bit per il rosso, 8 bit per il verde e 8 bit per il blu. Siccome con 8 bit posso rappresentare al massimo 2 8 = 256 combinazioni, il numero totale di colori distinti con questo sistema sarà = , cioè più di 16 milioni di colori I suoni Il suono, come è noto, è una vibrazione. L intensità della vibrazione viene percepita come l intensità del suono (il suo volume ) mentre la sua frequenza viene percepita come una diversa altezza, cioè in pratica frequenze maggiori danno luogo a note più alte. Tramite un microfono le vibrazioni dell aria vengono convertite in un segnale elettrico. Il passo successivo è quello di misurare l intensità del suono a intervalli di tempo prefissati (campionamento). Infine non resta che trasformare queste intensità in numeri binari, usando un certo numero di bit. Chiaramente più rapidamente misurerò l intensità e più bit userò per rappresentare l intensità tanto più rispondente al vero sarà il suono digitalizzato ma anche tanto più grande sarà lo spazio occupato.

40 CAPITOLO 3. LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 39 Figura 3.1. Esempio di digitalizzazione di un immagine. L immagine viene divisa in quadratini, detti pixel, e a ogni quadratino viene attribuito un colore medio espresso da 3 numeri, che rappresentano le percentuali di rosso, verde e blu necessaria per ottenere quel colore. Figura 3.2. RGB.

41 CAPITOLO 3. LA RAPPRESENTAZIONE DEI DATI 40 Figura 3.3. RGB esempio Figura 3.4. Esempio di suono preso da un microfono. Si noti l intensità in funzione del tempo. I pallini rossi rappresentano i momenti scelti per essere memorizzati (campionamento). A destra la frequenza di campionamento è più alta rispetto a sinistra e questo farà sì che il suono digitalizzato sarà più simile al suono originale. 3.5 Esercizi Perché è così importante rappresentare i dati sotto forma di numeri e in particolare sotto forma di numeri nel sistema binario? Scrivi i numeri da 1 a 20 usando un sistema in base 2. Scrivi i numeri da 1 a 20 usando un sistema in base 3. Scrivi i numeri da 1 a 20 usando un sistema in base 16. Il numero del sistema binario a che numero in base 10 corrisponde? Esprimi il tuo anno di nascita, il tuo mese di nascita (sotto forma numerica, cioè 4 per aprile), e il tuo giorno di nascita con il sistema binario. Prova a dimostrare il procedimento di passaggio da decimale a binario. (Molto difficile) Somma i numeri binari e Trasforma poi questi numeri, sia quelli di partenza che il risultato, nel sistema decimale. Torna tutto? Quanti numeri possono essere rappresentati con 3 bit? Cos è una codifica dei caratteri. Fai un esempio.

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