Facoltà di Pianificazione del Territorio A.A. 2011/2012. Informatica

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1 Facoltà di Pianificazione del Territorio A.A. 2011/2012 Informatica

2 Informazioni sul corso docente: Samuel Rota Bulò ricevimento: da concordare www: orario: lunedì

3 Libro di testo FLUENCY Conoscere ed usare l informatica L.Sneider, A.Amoroso Edizioni Pearson, SLIDES DELLE LEZIONI

4 Esame Parte scritta di teoria Parte pratica in laboratorio

5 Obiettivi del corso Introduzione generale agli strumenti informatici di base Introduzione alla terminologia informatica Competenze di base relativamente ai sistemi operativi, alle basi di dati, alla programmazione, alle reti

6 Programma Un percorso storico L'architettura del calcolatore Il processore Le memorie Il software Il sistema operativo Le applicazioni utente Reti di calcolatori Reti locali e globali (Internet) Protocolli e Servizi di rete

7 Programma (cont.) Archiviazione dei dati La rappresentazione digitale Le basi di dati e il linguaggio SQL La multimedialita' Gli ipertesti: un'introduzione a HTML Le basi di dati multimediali Linguaggi di programmazione Algoritmi e programmi Linguaggi Testo e struttura: un introduzione a XML Introduzione ai fogli di calcolo

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

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

10 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

11 Il 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)

12 Il calcolatore 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

13 Il calcolatore 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

14 Algoritmi e programmi I calcolatori vengono programmati mediante algoritmi. Un algoritmo è 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.

15 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

16 Facoltà di Pianificazione del Territorio A.A. 2011/2012 ENIAC Un po' di storia

17 3000 a.c. L Abaco cinese può essere considerato il primo modello matematico di calcolo. In questo modello si possono formalizzare le quattro operazioni (somma, sottrazione, prodotto e divisione intera)

18 L'abaco cinese Ogni riga verticale di palline rappresenta un multiplo di 10 (10.000, 1.000, 100, 10, e 1). Le palline sotto la barra centrale rappresentano le unità di quella riga. Le palline sopra la barra centrale rappresentano cinque unità di quella riga. Per contare, si spostano le palline verso la barra centrale. Per sottrarre dei valori, le palline vengono allontanate dalla barra centrale

19 L'abaco cinese = 36

20 L'abaco cinese = 30

21 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.

22 Sickard e Pascal 1623: calcolatore meccanico per semplici computazioni aritmetiche basato su ruote dentate. (Wilhelm Sickard) 1640: Blaise Pascal progetta e realizza la Pascalina: calcolatore meccanico per addizioni.

23 Leibniz 1673: macchina per addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni, divisioni e radice quadrata

24 Babbage 1824: Charles Babbage progetta una macchina generalpurpose, le cui funzionalità dipendono da come è programmata.

25 Ada Lovelace Byron ( ) Figlia del noto poeta inglese Lord Byron Collabora con Babbage Scrive il primo software della storia

26 George Boole ( ) Matematico inglese 1847 scopre la cosiddetta Algebra di Boole Algebra basata sulla logica delle proposizioni (vero, falso) e sui connettivi (congiunzione, disgiunzione, negazione) È alla base della logica dei computer

27 Hollerit 1890: Herman Hollerit, fondatore dell IBM, brevetta l uso delle carte perforate (dimensione: 9 cm x 21.5 cm) per automatizzare la tabulazione dei dati di un censimento. Il costo della tabulazione risultò essere maggiore del 98% rispetto al censimento precedente, dovuto in parte alla tentazione di usare al massimo la macchina e tabulare un maggior numero di dati I risultati del censimento furono ottenuti in un tempo molto minore del precedente.

28 Schede perforate

29 Claude Shannon Nel 1937, Claude Shannon introduce il concetto di logica binaria per il suo utilizzo nella creazione di macchine calcolatrici digitali Nel 1948 pubblica A mathematical theory of communication che introduce i principi di codifica dell informazione perché questa possa essere trasmessa in modo elettronico.

30 che continua : 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.

31 Atanasoff-Berry Computer

32 ABC (ricostruzione)

33 ENIAC 1943: viene costruito ENIAC, il primo calcolatore elettronico di grandi dimensioni (J.P.Eckert e J.Mauchly), progettato per risolvere problemi bellici legati al calcolo delle curve balistiche dei proiettili: valvole termoioniche, collegate da contatti saldati a mano pesava 30 tonnellate occupava una stanza di 10 x 15 m2, programmabile inserendo degli spinotti in un quadro (patch panel) consumava 150 kw.

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.

35 ENIAC

36 e non sono colo cose da uomini

37 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

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

39 ed il modello attuale : a Princeton, grazie agli studi del matematico John von Neumann, viene iniziata la costruzione dell'electronic Discrete Variable Automatic Computer, 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.

40 EDVAC

41 I primi programmi The Tootill Notebook Manchester,

42 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.

43 Il transistor Nel 1956 il Premio Nobel venne assegnato al gruppo di ricercatori il cui lavoro portò all invenzione del transistor nel Dispositivo a semiconduttore per amplificare i segnali in entrata e per fungere da interruttore (switcher) 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.

44 Il primo transistor

45 Il resto è storia recente 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

46 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.

47 Valvola, Transitor, Circuito integrato

48 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

49 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.

50

51 I supercomputer 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.

52 Evoluzione sempre più rapida Millennio scorso anni 60 Computer Grandi Lenti Costosi Nuovo Millennio... Computer Piccoli Veloci Poco costosi

53 Applicazioni 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)

54 Il futuro? 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

55 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,

56 Facoltà di Pianificazione del Territorio A.A. 2011/2012 L'architettura del calcolatore

57 Il calcolatore Come viene risolto un problema : Dati di ingresso Elaborazione Descrivono il caso in esame Manipolazione dei dati di ingresso in modo da costruire la soluzione cercata Dati di uscita Rappresentano la soluzione del caso in esame

58 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

59 Struttura del calcolatore Hardware e Software Processore Memoria Hardware Sottosistema di Interfaccia bus Mantiene Dati e Istruzioni Software

60 Architettura di von Neumann Unita' di calcolo Una memoria che contiene: Programmi Dati dei programmi Le istruzioni da eseguire stanno in memoria, vengono prelevate, decodificate ed eseguite.

61 Modello di von Neumann La struttura descritta dal Modello di Von Neumann comprende sei unità fondamentali: L Unità di controllo si occupa di controllare tutte le operazioni del calcolatore, interpretare le istruzioni prelevate dalla memoria e inviare alle altre unità i segnali per l'esecuzione delle operazioni L Unità aritmetico-logica, detta ALU (Arithmetic & Logic Unit), fornisce la capacità di effettuare operazioni aritmetiche di base Queste due unità sono spesso integrate in una CPU, Central Processing Unit Unità di Elaborazione Centrale Controllo istruzioni ALU dati CPU MEMORIA Ingresso Uscita BUS PERIFERICHE Le componenti fondamentali di un moderno calcolatore elettronico

62 Modello di von Neumann (cont.) La Memoria che ha lo scopo di conservare le istruzioni e i dati da elaborare e i risultati ottenuti dalle elaborazioni; L Unità di ingresso (Input) che immette le informazioni nel calcolatore per farle elaborare; L Unità di uscita (Output) che riceve le informazioni dalla memoria del calcolatore per renderle pronte all uso; le unità di ingresso e uscita sono anche dette periferiche Il Bus, vero e proprio canale di comunicazione che consente ai dati di transitare fra diversi componenti del calcolatore. Controllo istruzioni ALU dati CPU MEMORIA Ingresso Uscita BUS PERIFERICHE Le componenti fondamentali di un moderno calcolatore elettronico

63 Modello di von Neumann (cont.) In queste ipotesi, per ogni istruzione del programma: la CPU, tramite la sua parte Controllo, ordina il prelevamento di una istruzione dalla Memoria; la decodifica, cioè la interpreta capendo quali azioni comporta; la esegue utilizzando le opportune unità coinvolte durante l esecuzione può: usare la ALU effettuare altri accessi in memoria per leggere o scrivere dati effettuare operazioni di ingresso (per es. leggi un dato dalla tastiera) o di uscita (per es. visualizza il risultato sul video). Controllo istruzioni ALU CPU dati MEMORIA Ingresso Segnali di controllo Uscita Spostamento dati e/o istruzioni PERIFERICHE

64 Dal problema al risultato PROBLEMA SVILUPPO DELLA SOLUZIONE { ALGORITMO ANALISTA PROGRAMMATORE PROGRAMMA ESECUZIONE DEL PROGRAMMA { CONOSCENZA SUL DOMINIO DEL PROBLEMA CONOSCENZA LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE programma UTENTE dati soluzione COMPUTER