L'incrocio tra informatica e comunicazione: computer, codifica e Internet

Informatica e Comunicazione: Impatto e Concetti Fondamentali

Siamo in un momento storico nel quale l'innovazione tecnologica sta avendo un'enorme impatto sulla società e per poter capire, studiare e governare tale impatto è necessario partire dai concetti fondamentali, dalle loro definizioni e dalla loro comprensione.

Esempi di Impatto delle Tecnologie Informatiche sulla Comunicazione

Esempi di impatto delle tecnologie informatiche sulla comunicazione e di come la loro comprensione possa influenzarne l'uso:

• Impatto delle tecnologie informatiche sul concetto di "vero" di un testo, di un'immagine o di un video (es. le espressioni in uso quali "fake news", "alternative facts", "deep fake").
• Impatto degli "algoritmi" sulla comunicazione che avviene mediate le così dette "macchine sociali" (= macchine fatte di varie componenti che interagiscono tra loro, ma che recentemente sono diventate sociali perchè dentro le loro componenti ci siamo noi).
• Impatto della tecnologia sulla raccolta dei dati e sulla privacy dei cittadini -> proteggere la nostra privacy.

Strumenti che vanno a suggerire argomenti da fruire.

Il Computer: Storia ed Evoluzione

Origini del Calcolo e Primi Dispositivi

Calcolo deriva da calculus = sassolini -> si usavano per eseguire somme o sottrazioni. Utilizzato poi anche l'abaco. Negli anni sessanta vengono introdotte le calcolatrici elettromeccaniche -> antenate delle nostre calcolatrici, non dei nostri computer.

Innovazioni Pre-Digitali

All'inizio dell'800 venne inventato il telaio Jacquard -> produceva tessuti elaborati seguendo un programma rappresentato su un nastro di schede perforate (macchina, può fare cose diverse). Successivamente arrivò Charles Babbage che partendo dal telaio Jacquard pensò di poter fare lo stesso processo ma su una macchina per calcoli (= macchina analitica). Era possibile utilizzarla anche per risolvere problemi di tipo rappresentativo di simboli (e quantità, testi, immagini, video, suoni -> tutti trasformati in simboli matematici).

Nascita del Computer Universale

Nel 1936 Alan Touring creò il primo computer universale (precursore dei nostri -> = macchina di Touring) in grado di eseguire qualsiasi algoritmo (gli dava del "lui" perchè era come un essere umano che faceva calcoli; il computista). Durante la Seconda guerra mondiale diversi matematici contribuirono a sviluppare un modello di computer programmabile, presentato da John von Neumann nel 1945 nell'ambito del progetto che portò alla realizzazione del computer EDVAC e noto oggi come architettura di von Neumann.

Architettura di von Neumann

L'architettura di von Neumann è tuttora alla base dei computer e dei dispositivi mobili di uso comune. L'architettura di von Neumann è adottata:

• Dalla stragrande maggioranza dei computer e dei dispositivi mobili.
• Dalla stragrande maggioranza dei computer, ma non dai dispositivi mobili.
• Solo dai super-computer utilizzati per il calcolo scientifico.

Il Primo Personal Computer Italiano

In Italia tra il 1962 e il 1965 venne progettato e costruito il primo personal computer (= programma 101 o perottina).

Definizione e Funzioni del Computer Moderno

Computer come Sistema di Elaborazione

Oggi quando si parla di computer si intende un sistema di elaborazione automatica di simboli che sia programmabile.

• Elaborazione = processo che consiste nell'acquisire, memorizzare e manipolare simboli in modo completamente automatico.
• Programmabile = possibilità di specificare i processi di elaborazione dei simboli utilizzando un programma; soltanto i computer digitali sono programmabili in senso veramente universale.

Il computer non serve solo per calcolare, ma il concetto di calcolo è molto più ampio di quanto si pensi solitamente.

Evoluzione degli Usi del Computer

Negli anni scorsi è stato utilizzato principalmente per scopi matematici e scientifici, ma anche in guerra venne molto utilizzato. Venne iniziato ad usare anche per archiviazione ed elaborazione di dati e documenti amministrativi e gestionali nelle imprese e nella pubblica amministrazione. Con la diffusione di internet, negli anni 90, diventò uno strumento per la comunicazione e l'interazione umana. Questo dispositivo, a differenza di altre macchine (es. elettrodomestico), è stato ed è usato per realizzare attività molto diverse tra loro (es. scrivere documenti, navigare sul web, calcolare il bilancio di una società, guardare film, ascoltare musica ecc.).

Definizione di Computer, Dati e Elaborazione

Computer = macchina che elabora automaticamente simboli (o dati) eseguendo un programma. Dati = i dati hanno tipo diverso, sono per esempio sequenze di caratteri (chiamate anche stringhe) o numeri (es. Boole George e 8.5); non sono mai disposti a caso, ma secondo una struttura ben precisa. Un dato è una rappresentazione oggettiva e non interpretata della realtà, ciò che è immediatamente presente alla conoscenza. Un dato porta informazione quando significa qualcosa (abbiamo bisogno di un contesto che ci aiuti a decifrare i possibili significati). Se all'interno della tabella vengono cambiati dati e struttura, l'informazione contenuta nella tabella non sarà più la stessa, ma cambia.Elaborare dati = sottoporre i dati a determinate operazioni per ottenere un certo risultato. L'elaborazione prende in ingresso (= input) e produce in uscita (= output). Per ottenere risultati occorre eseguire determinate operazioni in un preciso ordine; ciò specifica le operazioni da eseguire e l'ordine in cui eseguirle è l'algoritmo. L'elaborazione si ottiene eseguendo un programma su determinati dati; l'esecuzione dello stesso programma su dati diversi porta a risultati diversi.

Programma e Linguaggi di Programmazione

Programma e in che modo può determinare come elaborare i dati = costituito da due componenti principali: la prima specifica il tipo e la struttura dei dati su cui il programma opera; la seconda specifica l'algoritmo, ovvero le operazioni da eseguire sui dati e l'ordine in cui tali operazioni devono essere eseguite. Il computer non parla l'italiano, ne l'inglese o altre lingue umane; affinché il computer possa eseguire i passaggi abbiamo bisogno di scrivere questo programma in una lingua artificiale particolare che il computer sia in grado di "comprendere" (= linguaggio di programmazione; come C, C++, Java, JavaScript, Python ecc.). I programmatori esperti scelgono il linguaggio in base al tipo di problema affrontato e al contesto in cui il programma verrà utilizzato.

Architettura di von Neumann e Principi Fondamentali

Efficacia dell'Architettura di von Neumann

Che tipo di macchina è in grado di compiere queste azioni in modo completamente automatico. Il problema si può risolvere in modi diversi, ma a tutt'oggi la soluzione che si è dimostrata più efficace, e che viene adottata per tutti i computer di uso comune, è basata sull'architettura di von Neumann. Si tratta di un modello generale e pratico, in base al quale vengono progettati e realizzati sia i normali computer (desktop o laptop) che i dispositivi mobili (tablet o smartphone). In realtà i dispositivi attuali sono più complessi di quanto non appaia dal modello che presenteremo, che tuttavia è sufficiente per farsi un'idea di come funzioni un computer reale.

Principi Fondamentali dell'Architettura

L'architettura si basa su 3 principi fondamentali:

• Modularità -> il computer è costituito da un certo numero di unità funzionali, ciascuna in grado di svolgere un compito specifico, che interagiscono tra di loro ed eventualmente con l'ambiente esterno.
• Hardware e Software -> l'hardware del computer (insieme di dispositivi fisici che lo costituiscono) è nettamente distinto dal software (costituito dai programmi e dai dati).
• Rappresentazione binaria -> sia i programmi che i dati sono rappresentati nel computer utilizzando soltanto due simboli distinti (convenzionalmente denominati "0" e "1" e detti cifre binarie o bit, da "binary digit").

computer bus CPU RAM memoria di massa interfacce verso l'esterno ambiente esterno

Componenti Hardware del Computer

Central Processing Unit (CPU)

La CPU (= Central Processing Unit) è il vero e proprio motore del computer, in quanto esegue le istruzioni dei programmi. Opera eseguendo una sequenza di istruzioni in modo ciclico -> ad ogni ciclo una singola istruzione viene estratta dal programma ed eseguita. La velocità si esprime come numero di cicli eseguiti al secondo, espressi in Hertz (Hz). I personal computer (e dispositivi mobili) di oggi per ottenere una maggiore potenza di calcolo sono dotati di CPU multiple, costituite da più unità di elaborazione ("core") che operano in parallelo.

Random Access Memory (RAM)

La RAM (= Random Access Memory) è la memoria di lavoro dei computer, utilizzata per immagazzinare i programmi in corso di esecuzione ed i relativi dati. Tramite il bus la RAM scambia con la CPU le istruzioni ed i dati dei programmi di esecuzione. È organizzata come una sequenza di celle, ciascuna delle quali può contenere un numero prefissato di bit. Il contenuto di una cella di memoria è detto byte. Nei computer odierni il byte è costituito da un ottetto (8 bit). Ogni cella della RAM è identificata da un numero (indirizzo della cella), variabile tra 0 e N-1 (se N è il numero totale di celle disponibili). La dimensione di un RAM è il numero di byte che può immagazzinare. Velocità di accesso -> sia in scrittura (inserire istruzioni o dati) che in lettura (estrarre istruzioni o dati). Con le tecnologie attuali la RAM è una memoria volatile, quindi perde i suoi contenuti quando il computer viene spento. La volatilità non è una sua funzione essenziale, ma è un effetto collaterale della tecnologia attualmente adottata per ottenere memorie molto veloci -> utilizzando tecnologie differenti, una RAM potrebbe essere persistente, come infatti erano le RAM utilizzate negli anni Cinquanta e Sessanta del Novecento.

Memoria di Massa

Memoria di massa -> memoria a lungo termine; dove risiedono i dati e i programmi quando non sono in esecuzione. Può essere più lenta della memoria RAM, ma deve essere persistente (non volatile) ed avere grande capacità a costi contenuti. Può essere realizzata da diversi dispositivi; tipicamente comprende almeno un disco rigido (HD, Hard Disk), che è parte integrante del computer ed è costituito:

• Da uno o più dischi magnetici rotanti dotati di testine di lettura e scrittura.
• Da una memoria a stato solido (SSD, Solid State Drive) come quella utilizzata per le "chiavi" di memoria USB.

La capacità dello HD di un comune PC è oggi dell'ordine delle centinaia di GB (gigabyte, ovvero miliardi di byte) o di qualche TB (terabyte, ovvero migliaia di miliardi di byte).

Interfacce Esterne

Interfacce -> diversi tipi di interfacce (es. USB) collegano il computer con le unità periferiche esterne.