Abilità Informatiche A.A. 2010/2011 Lezione 1: Introduzione e Storia. Facoltà di Lingue e Letterature Straniere

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1 Abilità Informatiche A.A. 2010/2011 Lezione 1: Introduzione e Storia Facoltà di Lingue e Letterature Straniere

2 Informatica e discipline umanistiche perché? per imparare a usare il computer per studiare usando il computer corsi multimediali ricerche sul WWW ricerche su archivi digitali ricerche su insiemi di dati non strutturati... per comunicare usando il computer creare un ipertesto creare un sito web strutturare un percorso didattico o narrativo per e-learning... 2 (continua )

3 Informatica e discipline umanistiche (continua) perché? per fare ricerca usando il computer potenziando i nostri strumenti: creare e consultare basi di dati acquisire nuovi dati da materiale non strutturato strutturare il materiale acquisito fare esperimenti su grandi quantità di dati attraverso analisi e simulazioni... rielaborando i nostri concetti: impatto delle tecnologie informatiche sul modo in cui oggi guardiamo al linguaggio per attrezzarsi rispetto alle nuove professioni 3

4 Il mercato del lavoro... agenzie web case editrici e agenzie redazionali multimediali giornalismo in linea (on-line) aziende produttrici di software aziende localizzatrici di software aziende operanti nella industria delle lingue biblioteche e musei scuole di ogni genere e grado agenzie di formazione professionale (e-learning) università e centri di ricerca grandi aziende amministrazioni 4

5 Prima una domanda Cos è l informatica? Informatica: Informazione + automatica 5

6 Cos è l informatica? Scienza della rappresentazione e dell elaborazione dell informazione ovvero Studio degli algoritmi che descrivono e trasformano l informazione 6

7 Informazione + Automatica Rappresentazione dell informazione trascrizione e registrazione dell informazione su supporti materiali es: la scrittura, un CD che registra un melodia..secondo una opportuna codifica es: le convenzioni di rappresentazione dei caratteri, il formato del CD 7

8 Calcolatore un supporto per la rappresentazione di informazione attivo che può (1) raccogliere impressionati quantità di dati es: tutto l archivio del British Museum (2) rendere disponibili questi dati in modo istantaneo e con prospettive diverse a utenti diversi e in parti diverse del mondo es: permettendo a utenti di tutto il mondo di collegarsi a parti delle informazioni di BM via Internet, lasciando altre private (accesso ristretto all amministrazione del museo) 8

9 Il calcolatore: cos ha di speciale? un supporto per la rappresentazione di informazione attivo che può (3) elaborare automaticamente la rappresentazione dei dati in modo da presentarli in modo diverso a diversi soggetti prendere delle decisioni in base alle proprietà degli oggetti rappresentati produrre nuovi dati esempi: stampare la lista delle opere acquisite dal BM in un certo mese, decidere se un utente ha accesso o meno a certi dati individuare caratteristiche comuni a tutte le opere dello stesso autore 9

10 I calcolatori sono programmabili programmabilità : capacità di specializzare il dispositivo per attività complesse di elaborazione dell informazione evoluzione turbinosa del settore : il calcolatore non può essere usato in modo consapevole ed informato da chi non conosce i principi generali di funzionamento 10

11 Algoritmi e Programmi I calcolatori vengono programmati mediante algoritmi. Un algoritmo é una ricetta, ovvero un procedimento, composto da una sequenza di istruzioni elementari, che consente di risolvere un problema. Esempio: esistono algoritmi per calcolare il prodotto di due numeri di più cifre, per trovare il massimo di un insieme di numeri, per ordinare alfabeticamente una serie di nomi, ecc.. Un programma é un algoritmo scritto in un linguaggio non ambiguo e direttamente comprensibile dal computer. 11

12 Perché saperne di più Conoscere i principi generali di funzionamento del calcolatore serve a... Utilizzarlo correttamente al massimo delle capacità Decidere in modo informato se può essere o meno di aiuto per realizzare un certo compito Capire le differenze ed i limiti delle diverse macchine in commercio (dove siamo ) Seguire e possibilmente comprendere l evoluzione turbinosa del settore e le capacità delle macchine future (dove andiamo ) i principi fondamentali cambiano in modo molto più lento del prodotto o dell applicativo 12

13 Alcune applicazioni complesse elaborazione di dati medici: risonanza magnetica, TAC progettazione di prodotti complessi editoria elettronica elaborazione di dati del territorio 13

14 Struttura di un calcolatore Hardware e Software Hardware Memoria Processore Sottosistema di Interfaccia bus Mantiene Dati e Istruzioni 14 Software

15 Il calcolatore come strumento per la manipolazione dell informazione Come viene risolto un problema : Dati di ingresso Elaborazione Dati di uscita Descrivono il caso in esame Manipolazione dei dati di ingresso in modo da costruire la soluzione cercata Rappresentano la soluzione del caso in esame 15

16 Componenti del computer È il livello di SW con cui interagisce l utente e comprende programmi quali: Word, PowerPoint, Excel, Explorer,.. Applicazioni Software Sistema Operativo Hardware Windows Unix/Linux Mac OS È il livello di SW che interagisce direttamente con l HW e che si occupa di un uso corretto ed efficiente delle risorse fisiche 16

17 La storia del calcolatore inizia dal 3000 Avanti Cristo L Abaco cinese può essere considerato il primo modello matematico di calcolo (fatto su interi). In questo modello si possono formalizzare le quattro operazioni (somma, sottrazione, prodotto e divisione). 17

18 La macchina di Antikythera E il più antico calcolatore meccanico conosciuto, databile intorno al a.c.. Si tratta di un sofisticato planetario, mosso da ruote dentate, che serviva per calcolare il sorgere del sole, le fasi lunari, i movimenti dei 5 pianeti allora conosciuti, gli equinozi, i mesi e i giorni della settimana. Trae il nome dall'isola greca di Anticitera (Cerigotto) presso cui è stata rinvenuta. È conservata presso il Museo archeologico nazionale di Atene. 18

19 Blaise Pascal ( ) Pascalina : Blaise Pascal progetta e realizza la Pascalina: calcolatore meccanico per addizioni. 19

20 Leibnitz ( ) 1673, Ruota di Leibnitz: macchina per addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni, divisioni e radice quadrata 20

21 Dispositivi di alto ingegno, ma non ancora computer L Abaco e le macchine calcolatrici di Pascal e Leibnitz erano privi di due caratteristiche fondamentali: Non disponevano di memoria in cui fosse possibile archiviare informazioni in forma leggibile dalla macchina. Non erano programmabili. Era impossibile fornire in anticipo una sequenza di istruzioni che potessero essere eseguite dal dispositivo senza intervento manuale. 21

22 Sorprendentemente Il primo vero dispositivo informatico a includere entrambe le caratteristiche non fu creato per calcoli matematici, ma per produrre tappeti e tessuti. 1801: Joseph Jaquard progettò un telaio automatico che utilizzava schede perforate per creare la trama desiderata nei tessuti prodotti. 22

23 Telaio di Jacquard Non solo si trattava del primo dispositivo programmabile, ma dimostrava anche come le conoscenze di un essere umano esperto potessero essere catturate in un formato leggibile dalla macchina e utilizzato per controllare un sistema che portasse a termine la stessa attività in modo automatico. Una volta creato il programma, l esperto non era più necessario e anche un semplice apprendista poteva caricare le schede, avviare il telaio e realizzare un prodotto finito di alta qualità, più e più volte. 23

24 Babbage ( ) 1824: Charles Babbage progetta una macchina general-purpose, le cui funzionalità dipendono da come è programmata. In grado di eseguire somme, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni fino a 6 cifre e poteva risolvere equazioni polinomiali. 24

25 Charles Babbage ( ) 1830, Babbage tentò di progettare una macchina differenziale con una precisione di 20 cifre, ma dopo 12 anni di lavoro rinunciò al progetto: la tecnologia non era così avanzata per produrre ruote e ingranaggi di estrema precisione, come prevedeva il suo progetto. 1991, il London Museum of Science realizza un modello reale e funzionante della macchina differenziale, seguendo il progetto originale di Babbage: Alto più di due metri Largo oltre tre Peso più di tre tonnellate Con 4000 parti mobili Funziona! 25

26 Charles Babbage ( ) Il progetto più ambizioso di Babbage fu la macchina analitica, che poteva essere configurata per risolvere una vasta gamma di problemi matematici. Quattro componenti fondamentali, praticamente identiche nelle funzioni alle componenti principali dei moderni sistemi informatici: 1. Mulino, per eseguire la manipolazione aritmetica dei dati 2. Deposito, per conservare i dati 3. Operatore, per elaborare le istruzioni contenute nelle schede perforate 4. Unità di uscita, per collocare i risultati su chede perforate separate. 26

27 Hermann Hollerith ( ) 1890: il censimento degli Stati Uniti d America sarebbe iniziato senza che fosse finito il precedente. Si prevedeva che i conteggi avrebbero richiesto anni. Hollerith, ingegniere impiegato nell ufficio censimento, progettò e costruì le macchine tabulatrici: programmabili a schede, in grado di leggere, conteggiare e ordinare i dati immessi di schede perforate. I dati del censimento venivano codificati sulle schede mediante un perforatore a tastiera. Le schede venivano portate su un tabulatore per il conteggio o su un ordinatore per l ordinamento alfabetico o numerico. Disponevano di una piccola memoria. Il censimento del 1880 richiese 8 anni per essere completato, quello del 1890 terminò in soli 2 anni, nonostante un incremento del 30% della popolazione. 27

28 Hermann Hollerith ( ) 1902: Hollerith lascia l ufficio del censimento e fonda la Computer Tabulating Recording Company per vendere macchine a schede perforate : praticamente ogni azienda importante degli USA disponeva di sale di elaborazione dati piene di perforatrici a tastiera, ordinatori e tabulatori, e cassetti e cassetti di schede perforate! 1924: la Computer Tabulating Recording Company mutò il suo nome in International Business Machine (IBM) 28

29 Schede perforate 29

30 La nascita dei computer: : Scoppio della guerra. Tale evento - purtroppo diede impulso a importanti progressi tecnologici dell umanità. La seconda guerra mondiale creò un altra serie di problemi basati sulle informazioni: non inventari, vendite e stipendi, ma tabelle balistiche, dati dispiegamento truppe e codici segreti. 1931: all Università di Harvard parte un progetto gestito dal Prof. Howard Aiken e finanziato da Marina degli Stati Uniti e IBM. Scopo: costruzione di un computer elettromeccanico programmabile universale, che adottava una miscela di relè, magneti e ingranaggi per l elaborazione e l archiviazione dei dati. Mark I 30

31 Mark I Il primo a utilizzare il sistema di numerazione binario. Utilizzava valvole e corrente elettrica per rappresentare i due valori binari: 0 spento, 1 acceso. Completato nel Capacità di memoria: 72 numeri. Poteva eseguire moltiplicazioni a 23 cifre in 4 secondi. Fu operativo per 15 anni. 31

32 La nascita dei computer: Durante i primi giorni della guerra, l esercito produceva molti pezzi di artiglieria, ma non riusciva a pordurre le tabelle di fuoco altrettanto velocemente. Tali tabelle informano il soldato su come mirare in base a elementi quali la distanza dall obiettivo, la temperatura, il vento, l elevazione Troppe variabili rendevano i calcoli complessi! 1943: Università della Pennsylvania, progetto di J. Presper Eckert e John Mauchly finanziato dall esercito degli USA. Scopo: creazione di un dispositivo di calcolo completamente elettronico. 1946: viene completata la macchina, battezzata ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). 32

33 ENIAC Il primo computer programmebile universale completamente elettronico. Conteneva valvole. Lungo 30 metri,alto 3 metri, pensante 30 tonnellate. Grazie alla natura completamente elettronica, non conteneva nessun componente meccanico lento. Sommava numeri a 10 cifre in 1/5000 di secondo e li moltiplicava in 1/300 di secondo. Un migliaio di volte più veloce del Mark I. 33

34 Inizia l era informatica... Il giorno della presentazione al mondo, fu chiesto all'eniac (col solito sistema della scheda perforata) di moltiplicare il numero per se stesso volte. La macchina compì l'operazione in meno di un secondo. Con l'eniac, che funzionò dal 1946 al 1955, nasce l'era informatica vera e propria. 34

35 35 ENIAC

36 e non sono solo cose da uomini 36

37 Non solo Mark I ed ENIAC : ABC (Attanasoff-Berry Computer) Università dell Iowa. In realtà il primo computer elettronico ma era utile per un solo compito: risoluzione di sistemi di equazioni lineari simultanee. 1943: COLOSSUS, realizzato in Inghilterra sotto la direzione di Alan Turing. Anni 40: Germania studio di Z1, un dispositivo simile all ENIAC (fortunatamente) completato dopo la fine della guerra. 37

38 ABC 1939: John Atanasoff, fisico dell Iowa State College, realizza il primo calcolatore elettronico digitale, basato su valvole termoioniche ed in grado di operare su cifre binarie, L ABC (Atanasoff-Berry Computer). L'Abc aveva un banco di memoria separato dal circuito di calcolo e aveva dispositivi di input e di output separati. L'Abc aveva solo 1500 bit di memoria, ma riuscì ugualmente a risolvere sistemi di 29 equazioni in 29 incognite. 38

39 Atanasoff-Berry Computer 39

40 ABC (ricostruzione) 40

41 In Europa: COLOSSUS 1943, Inghilterra:, progettata da Alan Turing, ha un ruolo importante per decifrare i codici segreti usati dall armata tedesca nella seconda guerra mondiale 41

42 COLOSSUS 42

43 Enigma In Germania, durante la seconda guerra mondiale, venne utilizzata Enigma, una macchina crittografica per cifrare le comunicazioni, inventata da un polacco e finita misteriosamente in mani naziste, 43

44 Programmazione? ENIAC disponeva di memoria ed era programmabile, ma Per programmare ENIAC, come per gli altri, era necessario modificare la disposizione di un grande numero di fili, connettori e quadri di connessione. (Es. i quadri di connessione contenevano 6000 interruttori separati) Programmare ENIAC era una questione non solo di algoritmi ma anche di saldature e collegamenti elettrici, rendendo l operazione molto difficoltosa. L unità di memoria archiviava solo i dati, non le istruzioni. 44

45 Finalmente: il modello attuale 1946: a Princeton, grazie agli studi del matematico John von Neumann, viene iniziata la costruzione dell'electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC), primo elaboratore dotato di programmi memorizzati Le istruzioni per i calcoli, invece di essere inserite con schede perforate, vengono registrate in forma numerica nella memoria elettronica interna, mediante un nastro magnetico. In pratica il calcolatore diventa un elaboratore capace di trattare qualsiasi informazione espressa in codice binario. 45

46 EDVAC 46

47 I primi programmi The Tootill Notebook Manchester,

48 ... non solo prototipi... Nel 1951 l'edvac fu ultimato, con un costo astronomico di mezzo milione di dollari (lo staff che vi ci lavorava era composto da circa 20 persone). 1951: EDVAC, col nome UNIVAC 1, viene prodotto in serie. 12 esemplari lavorarono senza sosta per 12 anni e 6 mesi, elaborando informazioni al minuto. 48

49 L era moderna: dal 1950 ad oggi Gli ultimi 50 anni relativi allo sviluppo dei computer sono stati dedicati al miglioramento in termini di hardware e software dell architettura di Von Neumann. Processo evolutivo e non rivoluzionario. Le ultime modifiche apportate ai computer nel corso dell ultimo mezzo secolo li hanno resi più veloci, più piccoli, meno costosi, più affidabili e più facili da usare, ma senza cambiare drasticamente la struttura di base sottostante. 49

50 : Prima Generazione Primi computer commerciale (UNIVAC I e IBM 701) Sistemi simili a EDVAC: ingombranti, costosi, lenti e inaffidabili. Utilizzavano valvole per elaborare e archiviare dati. Richiedevano una manutenzione complessa (solo accendendo la macchina si poteva bruciare una decina di valvole!) Utilizzate solo da personale qualificato e solo in luoghi speciali: laboratori di ricerca, grandi aziende, installazioni militari. 50

51 : Seconda Generazione Cambia la dimensione e la complessità dei computer. Le valvole vengono sostituite da transistror (dimensioni di pochi mm). La memoria viene realizzata con minuscoli nuclei magnetici (di soli 2mm di diametro). Aumenta l affidabilità e diminuisce il costo. Prezzo abbordabile per piccole e medie imprese, istituti scolastici ed enti governativi. 51

52 : Seconda Generazione Compaiono i primi linguaggi di programmazione di alto livello (simili al linguaggio naturale): FORTRAN e COBOL, a cui seguiranno LISP, ALGOL e BASIC (Beginner s All-purpose Symbolic Instruction Code) Non era più necessario essere un tecnico elettronico per risolvere un problema, basta sapere come scrivere i comandi in un linguaggio di alto livello. Nasce ufficialmente una nuova professione: il Programatore. 52

53 ... il transistor... Nel 1956 il Premio Nobel venne assegnato al gruppo di ricercatori il cui lavoro portò all invenzione del transistor nel Nella foto, scattata nei laboratori della AT&T Bell Laboratories (da sinistra a destra): il Dr. John Bardeen, il Dr. Wilhiam Shockley ed il Dr. Walter Brittain. 53

54 Il primo transistor 54

55 Seconda generazione: tappe importanti 1960: Il precursore dei minicomputer, il DEC PDP-1, viene venduto a $ Ne furono costruiti 50 esemplari, comandati attraverso la tastiera e un monitor a tubi catodici. Richiedevano l'assistenza di un solo operatore. 1962: Alcuni studenti del MIT, entusiasti della sua adattabilità, scrissero per il PDP-1 il primo video-game computerizzato, SpaceWar!. 1964: Epson inventa la prima stampante a matrice di punti 55

56 : Terza Generazione Il processo di miniaturizzazione prosegue con i circuiti integrati: invece che utilizzare componenti elettronici discreti, transistor, resistenze e condensatori vengono incisi fotografiamente su un pezzo di silicio. Diminuisce dimensione e costo: minicomputer. Nasce l industria del software, con la comparsa di produttori di pacchetti per la contabilità e statistica. I computer non sono più una rarità: sono ampiamente usati in tutti i settori, da quello governativo, a quello delle forze armate, a quello dell istruzione, a quello delle medie imprese. 56

57 Valvola Transistor Circuito integrato

58 Unix Nel 1969 i laboratori Bell sviluppano il sistema operativo UNIX. Viene disegnata una semplice combinazione di un processore e di una unità di calcolo (la prima CPU), che sarà poi effettivamente realizzata dalla Intel. Il processore Intel4004 a 4 bit diede inizio alla rivoluzione elettronica; in un unico chip era contenuta tutta la potenza di calcolo dell ENIAC. Su commissione del Dipartimento della Difesa USA, ARPANET studia la prima rete (ha solo 4 nodi), che diverrà la più grande rete mondiale: Internet. 58

59 : Quarta generazione Ulteriore riduzione di costi e dimensioni, più affidabilità. Primi microcomputer. Crescita dell industria del software e sviluppo di nuovi tipi di software: fogli elettronici, data base, grafica. Prime reti di computer (posta elettronica) Nasce il concetto di user-friendly: interfacce grafiche, menù a discesa, icone. Apple Macintosh (1984), Windows 1.0 (1985) 59

60 Il computer entra in casa Fino al 1977 gli elaboratori erano utilizzati soltanto da aziende e organismi governativi, ed avevo prezzi esorbitanti In quell anno viene annunciato l'apple II, il primo personal computer, con programmi di videoscrittura, fogli di calcolo, giochi e tanto altro. Nel 1984 viene annunciato dalla Apple il personal computer Macintosh; si tratta una macchina interamente grafica, dal prezzo abbordabile. PC APPLE II Apple Macintosh 60

61 Microsoft Windows Nel 1977 Bill Gates e Paul Allen fondano la Microsoft Otto anni dopo (1985) la Microsoft sviluppa Windows 1.0, introducendo aspetti tipici del Macintosh nei computer DOS. Si verificheranno continue dispute legali tra Microsoft ed Apple a causa dell eccessiva somiglianza di Windows e Macintosh. 61

62 1985-????: Quinta Generazione Supercomputer e processori paralleli Computer portatili e palmari Reti wireless Dispositivi con enormi capacità di memoria di massa Informatica pervasiva Grafica ad alta risoluzione, tecnologie di visualizzazione, realtà virtuale. Reti mondiali Interfaccia utenti multimediali Diffusione dell uso di suoni, immagini e filmati digitalizzati. 62

63 I Supercomputers Negli ultimi dieci anni la potenza di calcolo dei PC ha avuto una crescita continua; tuttavia la loro complessità è irrisoria rispetto a quella dei supercomputer: elaboratori dedicati ad utilizzi in cui vi sia la necessità di sostenere elevati volumi di elaborazione, come in enti di difesa, centri di ricerca, istituti di meteorologia, aziende aerospaziali ecc. Nel 2000 viene presentato il Cray X1, dotato di CPU e capacità di calcolo di 52,4 migliaia di miliardi di operazioni; può gestire fino a 65,5 Terabyte di memoria. Costo minimo: 2,5 milioni di dollari. 63

64 ... sempre più rapidamente Millennio scorso anni 60 Computer Grandi Lenti Costosi Nuovo Millennio... Computer Piccoli Veloci Poco costosi 64

65 Applicazioni: le tappe fondamentali in sintesi Anni '40 (seconda guerra mondiale): crittografia Anni '50: prime applicazioni business Anni '60: software "mission critical" (es.: missione Apollo) Anni '70: personal computer, office automation Anni '80: informatica distribuita, progetto "Scudo stellare" Anni '90: Internet diventa uno strumento di comunicazione Anni '00: la Rete integra computer+tv+telefono Anni '10: gli applicativi stessi sono in Rete (cloud computing) 65

66 Direzioni dello sviluppo dei computer Tre direzioni dello sviluppo dei computer: Miniaturizzazione Velocità Economia Informatica pervasiva: per esempio, i microcontroller sono contenuti nei dispositivi elettronici intelligenti : Negli elettrodomestici (forno, microonde, lavatrice, lavastoviglie, TV, lettore CD/DVD ecc.) Nelle automobili, nei aerei ecc. Nelle lettori MP3, nei telefoni cellulari ecc. Convergenza con la telecomunicazione Per esempio, la TV/il cellulare con accesso a Internet 66

67 Bibliografia M. R. Williams. A History of Computing Technology. IEEE Computer Society Press, 1997 (2nd Edition). W. Aspray (Ed.). Computing Before Computers. Iowa State University Press, M. Davis. Il calcolatore universale. Da Leibniz a Turing.Adelphi, D. Shasha, C. Lazere. Out of Their Minds: The Lives and Discoveries of 15 Great Computer Scientists. Copernicus,