1 Concetti teorici di base della tecnologia dell informazione 1.1 Definizione di IT, Informatica, ICT, Informazione, dato Information Technology (IT): si intende letteralmente la tecnologia dell informazione, ovvero la tecnologia usata dai computer per creare, memorizzare e utilizzare l informazione nelle sue molteplici forme (dati, immagini, presentazioni multimediali, ecc.). Informatica: E' la scienza che si propone di raccogliere, organizzare, elaborare e conservare le informazioni gestendole in modo automatico. Il termine deriva dalla fusione delle parole Informazione e Automatica Information and Communication Technology (ICT), ovvero tecnologia dell informazione e della comunicazione, è un espressione utilizzata per descrivere l area di attività tecnologiche e industriali legate agli strumenti che consentono di comunicare o diffondere informazioni e notizie. Informazione e dato: l informazione contribuisce ad aumentare la nostra conoscenza (di fatti, cose ecc.). La raccolta, l archiviazione e la manipolazione di dati sono operazioni ricorrenti in molte attività( conti bancari, elenchi telefonici, elenchi degli iscritti ad un corso di laurea, elenco dei volumi di una biblioteca, catalogazione di reperti archeologici, dizionari ecc.). Tali attività possono prescindere dall uso di un computer; questi ultimi garantiscono solamente una memorizzazione ed un trattamento dei dati stabili ed efficienti. Un dato in sé non costituisce un informazione in quanto consiste semplicemente di un insieme di simboli; ad esempio la sequenza di caratteri Mario Rossi e le cifre 06 658976 non hanno un significato intrinseco. Quando un dato viene interpretato come risultato di un interrogazione ( chi è il direttore della banca e qual è il suo numero telefonico? ) diventa informazione. Quindi un dato interpretato in un contesto può diventare informazione, ovvero, può arricchire la nostra conoscenza. 1.2 Informazione analogica e digitale Gli esseri umani ed i computer utilizzano differenti tipi di segnali per comunicare: 1. Segnale analogico: o può assumere qualunque valore o è definito per ogni istante di tempo o continuo in tempo e ampiezza Esempio: I fenomeni fisici naturali, nella quasi totalità, si presentano e si sviluppano in modo analogico. Ad esempio, la temperatura rilevata in un giorno da una stazione meteorologica assume tutti gli infiniti valori compresi tra il primo valore misurato e l'ultimo. La rappresentazione grafica dell'andamento della temperatura in funzione delle ore del giorno è mostrato in figura:
2. Segnale digitale: o Sequenza di numeri Il termine digitale deriva da digit, che significa cifra numerica. Si pensi ai dispositivi digitali più comuni, che forniscono indicazioni mediante numeri ( orologio, forno elettrico, amplificatore,termometro,...). Si definiscono Digitali quei Dispositivi Elettronici in grado di operare su segnali elettrici che possono assumere soltanto 2 valori, detti anche livelli. Ogni livello, può essere rappresentato da un numero, chiamato digit. Con due digit, 0 e 1, si possono rappresentare i due livelli logici assunti dai segnali elettrici utilizzati nei dispositivi digitali. 1.3 La rappresentazione delle informazioni nei computer Tutte le informazioni sono rappresentate in forma binaria o digitale utilizzando due soli simboli: 0 ed 1. Si chiama bit, da binary digit (dall inglese, cifra binaria), l unità base di informazione. Il processo che fa corrispondere ad una informazione una configurazione di bit prende il nome di codifica dell informazione. Un bit tuttavia, potendo assumere solo due valori, non è sufficiente per codificare le informazioni; le cifre binarie vengono allora trattate a gruppi di 8 bit alla volta. Un insieme di 8 bit prende il nome di byte. Il byte ed i suoi multipli possono quindi essere considerati l unità di misura della capacità di una memoria, sia essa la memoria centrale o una memoria di massa: il Kilobyte (abbreviato con KB o più semplicemente con K) corrisponde a 1024 byte il Megabyte (abbreviato con MB o più semplicemente con M) corrisponde a 1024 Kilobyte (circa un milione di byte) il Gigabyte (abbreviato con GB o più semplicemente con G) corrisponde a 1024 Megabyte (circa un miliardo di byte) il Terabyte (abbreviato con TB o più semplicemente con T) corrisponde a 1024 Gigabyte (circa mille miliardi di byte). Ogni multiplo è quindi 1024 volte il precedente, Può sembrare strano che non si sia scelto1000 come fattore moltiplicativo; la scelta del numero 1024 non è però casuale ed è dovuta all uso
dell aritmetica binaria per la codifica delle informazioni. Infatti 1024 corrisponde a 2 10 che nel sistema binario si scrive 10000000000 (un 1 seguito da 10 cifre zero); se nel sistema decimale è più logico lavorare con le potenze del 10, nel sistema binario è più logico lavorare con le potenze del 2. 1.4 Il sistema binario Fin dalle scuole elementari si impara a scrivere i numeri usando il sistema di numerazione in base dieci, cioè il sistema che utilizza le cifre {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} per rappresentare un numero; caratteristica fondamentale di questo metodo di scrittura dei numeri è che si tratta di un sistema posizionale, vale a dire un sistema in cui gli stessi simboli hanno un significato diverso a seconda del posto che occupano. Per esempio nel numero 7439, 7 rappresenta la cifra delle migliaia, 4 quella delle centinaia, 3 quella delle decine, 9 quella delle unità, ma nel numero 3947, che usa le stesse cifre, 3 non rappresenta più le decine bensì le migliaia, 9 non rappresenta più le unità bensì le centinaia e così via. Il motivo per cui gli uomini contano in base dieci è probabilmente dovuto al fatto che abbiamo dieci dita da poter usare per contare. In molti casi, tuttavia, può essere comodo contare in basi diverse dal dieci; si pensi a tutte quelle situazioni in cui le possibilità di scelta si riducono a due. Nella trasmissione dei messaggi con il telegrafo si usa il codice Morse in cui si associa la pressione breve del tasto di trasmissione al punto e la pressione lunga alla linea; l alfabeto di questo linguaggio ha due soli simboli (punto e linea): A = {, } Una successione in ordine prestabilito di tali simboli rappresenta il messaggio da trasmettere. Quando si vuole accendere la luce in una stanza si preme l interruttore che fa accendere la lampadina; anche qui si hanno due soli possibili stati: la lampadina è spenta quando il circuito è aperto, la lampadina è accesa quando, mediante l interruttore, si chiude il circuito. Quando si lancia una moneta, viene Testa o viene Croce; quando si gioca con un pronostico o si fa una scommessa, si vince o si perde; quando si vede il colore del semaforo si attraversa la strada o ci si ferma. Un sistema in cui l alfabeto del linguaggio usato è costituito da due soli simboli si dice sistema binario. Un computer è formato essenzialmente da circuiti elettrici che sono aperti o chiusi; anche in questo caso siamo dunque di fronte ad un sistema binario. L alfabeto di un sistema binario è costituito da due soli simboli che identificheremo con 0 e 1: A = {0,1} Per contare con questo alfabeto, cioè per contare in base due, dovremo trasformare ogni coppia di oggetti in un unità dell ordine superiore. Per esempio 9 oggetti in base dieci diventano (si possono osservare i passaggi sulla figura):
quattro gruppi di due oggetti con l avanzo di 1 oggetto i quattro gruppi diventano due gruppi dell ordine superiore questi due gruppi diventano a loro volta un gruppo dell ordine ancora superiore. In definitiva il numero 9 in base dieci è rappresentato dal numero 1001 (si legge uno, zero, zero, uno) in base due; l ultima cifra rappresenta quella di ordine più basso (20, corrispondente alle unità del numero decimale), la penultima è quella dell ordine immediatamente successivo (21, corrispondente alle decine del numero decimale) e così via: 1 0 0 1 2 3 2 2 2 1 2 0 Di solito, la base di numerazione viene scritta come pedice del numero: 1001 2. A questo punto ci si pongono una serie di problemi che possono essere così sintetizzati: se un computer lavora con un sistema di numerazione binario e noi con un sistema di numerazione decimale, come è possibile la comunicazione? La risposta è semplice: dobbiamo insegnare al computer a trasformare i numeri dalla base decimale a quella binaria in modo che esso riesca a riconoscerli, e,viceversa, a riconvertire un numero dalla forma binaria a quella decimale per far sì che noi possiamo riconoscerli. 1.4.1 CONVERSIONE DAL SISTEMA DECIMALE A QUELLO BINARIO Riprendiamo il procedimento che abbiamo seguito per contare 9 oggetti con il sistema binario. Se riflettiamo, le cifre che compongono il numero ottenuto sono, a partire dall ultima e procedendo verso sinistra, i resti della divisione di 9 per la base 2, del quoziente ottenuto ancora per 2 e così via fino ad ottenere quoziente zero: 9 : 2 = 4 4 : 2 = 2 2 : 2 = 1 1 : 2 = 0 1 0 0 1 Partendo dall ultimo resto e procedendo a ritroso (quindi da destra verso sinistra) troviamo la rappresentazione del numero 9 in base due: 10012. La conversione di un numero dalla base dieci alla base due si esegue in base a questa semplice regola delle divisioni successive per due. Vediamo un altro esempio: rappresentiamo in base due il numero decimale 47. 47 : 2 = 23 23 : 2 = 11 11 : 2 = 5 5 : 2 = 2 2 : 2 = 1 1 : 2 = 0 1 1 1 1 0 1 Prendendo i resti in senso inverso otteniamo il numero 101111 2. 1.4.2 CONVERSIONE DAL SISTEMA BINARIO A QUELLO DECIMALE Torniamo un attimo ancora alla numerazione in base dieci. Ogni numero decimale può essere scritto come somma delle sue cifre moltiplicate per la potenza del dieci che caratterizza la sua posizione; per esempio 2785 = 5 10 0 + 8 10 1 + 7 10 2 + 2 10 3 Si dice in questo caso che si è scritto il numero in forma polinomiale. Anche un numero in base due può essere scritto in forma polinomiale come somma delle sue cifre moltiplicate per la potenza di due che caratterizza la sua posizione; per esempio, a partire da destra: 1101001 2 = 1 2 0 + 0 2 1 + 0 2 2 + 1 2 3 + 0 2 4 + 1 2 5 + 1 2 6
Se ora svolgiamo le potenze di due indicate al secondo membro dell uguaglianza scritta e sommiamo i prodotti ottenuti abbiamo che 1101001 2 = 1 + 0 + 0 + 8 + 0 + 32 + 64 = 105 10 Allora per convertire un numero dalla base due alla base dieci basta scrivere la forma polinomiale del numero e calcolare il valore nella numerazione decimale dell espressione ottenuta. Un altro esempio: determiniamo il valore decimale del numero 101110 2. 101110 2 = 0 20 + 1 21 + 1 22 + 1 23 + 0 24 + 1 25 == 0 + 2 + 4 + 8 + 0 +32 = 46 10 1.5 La rappresentazione delle informazioni alfanumeriche Qualunque informazione non numerica, per esempio il Codice Fiscale di una persona, un nome, la targa di un autoveicolo, è una stringa composta da una sequenza di caratteri che possono essere alfabetici, numerici, caratteri speciali, come la virgola, il punto di domanda, e così via. Ciascuno dei caratteri che formano una stringa è un carattere alfanumerico. La memorizzazione di un carattere alfanumerico occupa 1 byte, cioè 8 bit. Osserviamo allora che: con 1 cifra binaria abbiamo solo 2 (2 1 ) possibilità di rappresentazione: 1 0 con 2 cifre binarie abbiamo 4 (2 2 ) possibilità di rappresentazione: con 3 cifre binarie abbiamo 8 (2 3 ) possibilità: 00 01 10 11 000 001 010 011 100 101 110 111 In generale con n cifre binarie ci sono 2 n possibilità di rappresentazione, quindi con 8 cifre binarie abbiamo 28=256 possibilità diverse. Allora 8 bit ci consentono di rappresentare 256 caratteri diversi; ogni combinazione di 0 e 1 disposta sugli 8 bit rappresenta un particolare carattere. Il sistema di codifica più diffuso per la rappresentazione dei caratteri all interno del computer è il codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Per esempio, in codifica ASCII: il carattere A ha la seguente rappresentazione binaria 01000001 il carattere a ha la seguente rappresentazione binaria 01100001 il carattere 3 ha la seguente rappresentazione binaria 00110011 Osserva che il carattere 3 non ha la stessa rappresentazione del numero 3, cioè il carattere 3 non è considerato un numero intero. Una stringa di caratteri occupa per la sua rappresentazione tanti byte quanti sono i caratteri della stringa; per esempio la stringa 2 è un numero pari occupa 18 caratteri (anche lo spazio tra una parola e l altra è considerato un carattere). Dividendo la sequenza in gruppi di byte è possibile risalire ai singoli caratteri: 01101001 01101100 00000000 01110000 01101111 00101110 01101001 01101100 00000000 01110000 01101111 00101110 i l P O.
Con il codice ASCII è possibile rappresentare i numeri come sequenza di caratteri. Ad esempio il numero 234 sarà rappresentato come: 00110010 00110011 00110100 2 3 4 Con questo tipo di rappresentazione non è possibile effettuare operazioni aritmetiche, non consente di usare le solite regole per l addizione etc.. CODICE ASCII ESEMPI: Computer in ASCII diventa: C=67=01000011, o=111=01101111, m=109=001101101, p=112=01110000, u=117=01110101, t=116=01110100, e=101=01100101, r=114=01110010. 01000011-01101111- 01101101-11100000-01110101-01110100-01100101-01110010 CENA in ASCII diventa: C=67=01000011, E=69=01000101, N=78=01001110, A=65=01000001.