Università degli Studi di Messina Cattedra di Chirurgia Generale Prof. Salvatore Gorgone. Informatica

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1 Università degli Studi di Messina Cattedra di Chirurgia Generale Prof. Salvatore Gorgone Informatica

2 Informatica = Informazione automatica Philippe Dreyfus 962 Scienza che studia i sistemi per l elaborazione delle informazioni Tecnologia dell informazione (IT) è tutto ciò che riguarda hardware, software e le tecnologie utilizzate dai computer HARDWARE p Struttura fisica del calcolatore costituita da componenti elettronici e meccanici SOFTWARE p Insieme dei programmi che consentono all hardware di svolgere compiti utili p Comprende software di base e software applicativo Un sistema informatico èl insieme di molte parti che cooperano per memorizzare e manipolare l informazione o Computer o Calcolatore elettronico: macchina elettronica per il calcolo, capace di accettare (input) e immagazzinare informazioni in una forma stabilita, di elaborarle in modo automatico (programma) e di fornire quindi i risultati dell elaborazione (output) sotto forma o di dati alfanumerici (digitali) o di segnali per il governo automatico di altre macchine o processi Fr: informatique En: computer science De: informatik

3 Informazioni e dati o Dati: simboli con cui si rappresenta la realtà o L Informazione èprodotta quando si elabora un dato e per poter essere elaborata deve essere rappresentata tramite grandezze fisiche concrete compatibili con le unità che compongono l elaboratore, che è un sistema digitale o Elaborazione automatica della informazione: Processo in cui un esecutore esegue un particolare insieme di azioni sulle informazioni obbedendo ad una procedura definita, allo scopo di risolvere un problema Procedura di elaborazione (ALGORITMO): sequenza finita di azioni che risolve in un tempo finito un problema Esecutore: una macchina capace di eseguire le azioni specificate dall algoritmo Programma: codifica della procedura di elaborazione che consente la risoluzione di un problema, in un linguaggio comprensibile dalla macchina

4 Algoritmo o Per algoritmo si intende un metodo per la soluzione di un problema adatto a essere implementato sotto forma di programma o È una sequenza finita di istruzioni che definiscono in modo chiaro, semplice e non ambiguo le operazioni da eseguire per raggiungere un obiettivo Per esempio, ragionando ad un alto livello di astrazione Avanza 5 passi Gira a sinistra Avanza 7 passi può essere un algoritmo per raggiungere una determinata posizione o Poiché quando scriviamo un programma in un linguaggio di programmazione si sta fornendo una sequenza di istruzioni che produce un certo output, si può pensare ad un algoritmo come un qualcosa che nasconde una funzione che prende in input (valore detto istanza) dei numeri naturali e restituisce in output numeri naturali (valore detto soluzione). Se un algoritmo computa su un insieme qualunque A è possibile associare ad esso una funzione parziale Un programma è un algoritmo realizzato e memorizzato in una forma che il calcolatore è in grado di leggere ed eseguire in modo da risolvere in maniera automatica un problema

5 o Il computer esegue i programmi passo passo, velocemente ma, poiché non è dotato di buon senso né di capacità d astrazione, è necessario che i programmi siano precisi ed efficienti o Per un computer è necessario che l algoritmo sia descritto tramite una serie di istruzioni scritte in un opportuno linguaggio detto linguaggio macchina o Il linguaggio macchina è abbastanza ostico, quindi si è pensato di far svolgere questo lavoro al computer stesso o Si sono sviluppati quindi vari linguaggi di programmazione atti a codificare algoritmi in modo più semplice per l uomo e che, con appositi programmi (compilatori), permettono al computer di trasformare le istruzioni in linguaggio macchina

6 Tutti i dati devono essere codificati (e decodificati) in forma binaria per poter essere comprensibili al calcolatore

7 Rappresentazione digitale o La rappresentazione digitale, sebbene aumenti il numero di segnali richiesti per rappresentare una determinata quantità di informazioni Semplifica la memorizzazione delle informazioni p Adottando una rappresentazione binaria, l elaboratore può essere realizzato con componenti elementari semplici, che operano in due soli stati possibili È affidabile (a bassa probabilità di errore) p Disturbi provenienti dall ambiente o rumore indotto da altri componenti possono far variare lo stato di un componente. Adottando due soli stati, la separazione tra le corrispondenti bande di valori è massima Ł il rumore, sommato ad un qualsiasi valore, ha probabilità minima di spostare il valore nella banda successiva

8 Le informazioni nel mondo dei computer: bit e byte Il computer è una macchina programmabile che opera mediante la memorizzazione, l elaborazione e la trasmissione di informazioni sotto forma di impulsi elettrici: i bit Il computer codifica tutte le informazioni utilizzando una conversione binaria, cioè due simboli che si riferiscono ai due stati elettrici fondamentali: l assenza e la presenza di corrente, ovvero 0 e. L unità elementare di informazione può quindi avere solo due valori equiprobabili (0 e ) e viene chiamata bit (Binary digit) = {0,} Due diversi stati di polarizzazione di una sostanza magnetizzabile Due stati di carica elettrica di una sostanza Passaggio / non passaggio di corrente attraverso un conduttore Passaggio / non passaggio di luce attraverso un cavo ottico

9 Per rappresentare lettere e numeri è necessario utilizzare gruppi di bit. Un raggruppamento di 8 bit viene chiamato byte ed è in grado di rappresentare 256 valori: questo numero si ottiene provando tutte le combinazioni possibili di 0 e nelle otto posizioni disponibili del byte, per esempio , 0000,, ecc. Il numero 256 che corrisponde a 2 8, permette di considerare l insieme dei caratteri alfabetici, dei segni di punteggiatura, dei caratteri accentati o speciali di controllo In concreto un singolo byte può rappresentare una lettera dell alfabeto, un segno di punteggiatura, un numero o un carattere speciale (per

10 o Il processo secondo cui si fa corrispondere ad una informazione una configurazione di cifre binarie prende il nome di codifica dell informazione o Il metodo di codifica più diffuso è il codice American Standard Code for Information Interchange o Una parola è una sequenza di caratteri perciò può essere vista come la sequenza dei codici ASCII che la compongono. Alla specifica iniziale basata su codici di 7 bit fecero seguito molte proposte di estensione ad 8 bit (ASCII esteso), con lo scopo di raddoppiare il numero di caratteri rappresentabili o Il codice UNICODE utilizza 6 bit consentendo di distinguere configurazioni con l obiettivo di codificare tutti gli alfabeti moderni. Ora lo standard Unicode (e l'iso/iec 0646) supporta tre forme di codifica che condividono un repertorio comune di caratteri estese fino a rappresentarne circa un milione: sufficiente a coprire anche i fabbisogni di codifica di scritti del patrimonio storico dell'umanità, nelle diverse lingue e negli svariati sistemi di segni utilizzati

11 Dato che gran parte delle informazioni elaborate da un PC sono numeri o lettere, il byte è stato usato come unità di misura della quantità di dati memorizzati su computer e della capacità di immagazzinamento dei dispositivi di memorizzazione. Come avviene per le unità di misura, anche per i byte si sono definiti dei multipli: Un kilobyte (KB) = 024 byte Un megabyte (MB) = 024 KB (circa un milione di byte) Un gigabyte (GB) = 024 MB (circa un miliardo di byte) Un terabyte (TB) = 024 GB (mille miliardi di byte)

12 Simbolo In BIT In BYTE In 2 n BIT /8 2 = 2 stadi BYTE = 256 KB MB GB TB

13 o I prefissi kilo-, mega-, giga-, tera-, peta-, exa-, zetta-, yotta- fanno parte di una serie di prefissi ufficiali del SI (Sistema Internazionale di unità di misura) adottati per semplificare l'utilizzo di valori multipli e sottomultipli rispetto ad una unità di misura fondamentale: l'espressione kilobyte è equivalente a byte moltiplicato per.000, ovvero mille byte Tuttavia l'espressione kilobyte è stata usata fin dall'inizio in modo errato, facendola corrispondere al valore di 024 byte, ovvero la decima potenza del due: si è quindi applicato un metodo di calcolo binario utilizzando però un prefisso decimale o L'espressione kilobyte, essendo formalmente scorretta nel modo in cui è entrata nell'uso comune, ovvero considerandola come una espressione a base due, ha portato gli organismi come il SI, l'iec (International Electrotechnical Committee), l'ieee (Institute of Electrical and Electronics Engineers) e l'iso (International Organization for Standardization) a formalizzare alcuni elementi per evitare di utilizzare impropriamente determinate espressioni e generare così confusione ed errori

14 o Sono quindi stati definiti nuovi prefissi, in un emendamento del documento "IEC : Letter symbols to beusedin electrical technology -Part 2: Telecommunications and electronics" nel 999, che indicassero precisamente in quali casi si ha a che fare con multipli di potenze binarie. Si tratta dei prefissi kibi-, mebi-, gibi-, tebi-, pebi-, ecc. dove la particella bi sta per binary kibi: kilo-binary, ovvero KiB mebi: mega-binary, ovvero MiB gibi: giga-binary, ovvero GiB tebi: tera-binary, ovvero TiB pebi: pebi-binary, ovvero PiB o Questi prefissi binari sono stati recepiti e ratificati dall'ieee all'interno dello standard IEEE 54; il SI ha espressamente vietato l'utilizzo dei prefissi decimali per indicare quantità calcolate su base binaria o Espressioni corrette sono kilobyte =.000 byte = kb kibibyte =.024 byte = KiB

15 bit da binarydigit

16 o I PC basati su microprocessori a 6 bit (Intel 8088 e 80286) possono lavorare su numeri binari formati da un massimo di 6 cifre o Se una operazione richiede numeri più grandi, il PC deve prima suddividerli in componenti più piccoli, eseguire l operazione su ciascuno dei componenti e poi ricombinare i risultati in un unica risposta o I PC a 32 bit (Intel 80386, 80486, Pentium) possono manipolare numeri binari con un massimo di 32 cifre; potendo lavorare con 32 bit alla volta sono più veloci o Più veloci ancora ed efficienti sono i computer a 64 bit (AMD64, Intel Itanium, Intel EM64T) o Componente fondamentale di tutti i chip sono i transistor; varie configurazioni di transistor sono dette porte logiche (logical gate), unite in gruppi detti semisommatori (halfadder), a loro volta uniti in un sommatore (full adder). Per creare un sommatore in grado di eseguire operazioni matematiche su numeri a 6 bit servono oltre 260 transistor

17 Rappresentazione binaria o Usando le due cifre 0 e ed uno schema posizionale in base due èpossibile rappresentare qualunque numero intero positivo o In matematica binaria tutte le operazioni sono riconducibili alla addizione (la moltiplicazione è un addizione ripetuta, la sottrazione è la somma di un numero negativo, la divisione è una sottrazione ripetuta) o Se utilizziamo il bit per rappresentare ogni cifra binaria, questa rappresentazione può essere utilizzata dagli elaboratori Date N cifre binarie, è possibile rappresentare i numeri da 0 a 2 N - Se N=4 i numeri tra 0 e 5 (Half-Byte) Se N=8 i numeri tra 0 e 255 (Byte) Se N=6 i numeri tra 0 e (Word) Se N=32 i numeri tra 0 e (DWord) Se N=64 i numeri tra 0 e 5 (QWord)

18 : 2 resto 0 Esempi di calcolo nel sistema binario 2 8 : : : 2 3 : 2 : 2 Si divide sempre per 2 e si scrivono i resti, si smette appena si ottiene. Dopo si invertono i resti... ecco il numero binario = 56

19 Anche nel sistema binario + = 2, soltanto che non esiste il simbolo 2 e quindi occorre riportare l nella posizione seguente, che ha valore 2 (2 ) Regole per il calcolo di somme e riporti nel sistema binario riporto + 0 riporto I numeri binari che terminano con la cifra 0 corrispondono ai numeri decimali pari, quelli che terminano con la cifra corrispondono ai numeri decimali dispari

20 +5 = 00-5 = 0 Rappresentazione in complemento a due o Il bit più a sinistra rappresenta il segno: 0 per i numeri positivi, per i numeri negativi La rappresentazione di un numero positivo si ottiene codificando il valore assoluto con i bit restanti La rappresentazione di un numero negativo si ottiene in tre passi p Si rappresenta in complemento a due il numero positivo con lo stesso valore assoluto del numero negativo da codificare (00) p Si invertono tutti i bit, si mette dove c è 0 e viceversa (00) p Si somma al risultato del passo precedente (0)

21 Rappresentazione floating point o con virgola mobile 2.5 = 25/0 = 25*0 - Un numero decimale può essere visto come un numero intero moltiplicato per una opportuna potenza negativa di 0 e quindi rappresentato come una coppia di numeri interi <25 -> esponente mantissa Due bit vanno dedicati al segno della mantissa e a quello dell esponente, i restanti bit suddivisi tra i valori assoluti della mantissa e quello dell esponente (per esempio nella rappresentazione a 32 bit: 2 bit sono per i segni, 20 bit per la mantissa e 0 bit per l esponente) 00 La stessa convenzione può essere usata per rappresentare numeri molto grandi

22 Limiti dell aritmetica di un elaboratore o L aritmetica di un elaboratore è di tipo finito perchè consente di rappresentare solo un sottoinsieme dei numeri reali o Non è possibile rappresentare i numeri con infinite cifre o che richiedono un numero di bit superiore a quello a disposizione, i numeri irrazionali (come 2 che richiederebbero un numero infinito di cifre) o Vi sono infiniti numeri troppo grandi o troppo piccoli che non possono essere rappresentati Accanto alle operazioni aritmetiche (addizione, sottrazione, moltiplicazione, divisione, elevazione a potenza), vi sono le operazioni logiche (logica booleana) che lavorano bit a bit: AND, OR, XOR, NOT, NOR, NAND. Queste variabili prendono due valori binari e restituiscono un terzo valore

23 I numeri binari sono scarsamente leggibili, in quanto è richiesto un maggior numero di cifre per rappresentare un numero rispetto al sistema decimale I calcolatori lavorano solo in numeri binari, ma in informatica i programmatori adoperano anche il sistema numerico Esadecimale, che dispone di sedici simboli differenti, i quali rappresentano 6 valori diversi: 0,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F In questo sistema ad esempio, = A e = F Il riporto in questo caso è necessario soltanto se sommiamo numeri più elevati come 8 + 9, che in questo sistema risulta essere 6 (= 7 espresso nel sistema decimale) La numerazione esadecimale ècomoda perché i numeri sono molto compatti, la trasformazione in binaria immediata; è perciò utilizzata nei linguaggi di programmazione di basso livello

24 Decimale Binario Esadecimale A FFFFFFFF