Fondamenti di Informatica: calcolatore, hardware, software e gestione memoria

Cos'è l'informatica?

È una scienza del trattamento razionale in quanto prende in esame il corpus di informazioni utili alla conoscenza e competenza umana. Nel suo insieme essa tratta dell'informazione e della sua codifica, delle tecniche e infine del calcolatore.

Cos'è un calcolatore?

Il calcolatore è una macchina che esegue in modo automatico un compito definito in base a un programma specifico dall'utente. Essa riceve dati di ingresso, li memorizza, li elabora sulla base di una lista di istruzioni.

Struttura del calcolatore

Il calcolatore è composto da:

Hardware

Hardware: è una struttura fisica formata da parti meccaniche, elettriche e elettroniche (Video HD, tastiera, modem ecc).

Software

Software: è costituito da programmi di base e programmi applicati per la gestione e l'uso del sistema.

Firmware

Firmware: programmi per pc che sono perfettamente instabili nel sistema. A differenza del software il firmware non può essere alterato dall'utente, in quanto richiede modifiche o sostituzioni del Hardware.

Cos'è l'elaboratore?

Con questo termine intende elaborare o operare su un dato insieme di informazioni al fine di risolvere un problema. Un info allo stato grezzo elementare è denominato dato, costituito da simboli che devono essere elaborati.

Cos'è l'algoritmo?

È una sequenza di passi numerati che permette di risolvere i problemi che non riguardano necessariamente problemi di natura informatica.

Cos'è un programma?

È una sequenza di istruzioni che possono essere eseguite da un Pc. La costruzione di un programma è solamente associata alla necessità di risolvere uno o più problemi. Per tale motivo abbiamo bisogno di definire un algoritmo adatto in un linguaggio di programmazione convertibile in un codice comprensibile dal pc.

Componenti del programma

Il programma è composto da tre parti

• grammatica: è l'utilizzo di un terzo dizionario.
• sintassi: competenza formale delle fasi scritte nel programma rispetto al linguaggio di programmazione scelto.
• semantica: dota di significato le frasi scritte nel programma.

Processi

Qualsiasi programma che tradotto in un linguaggio comprensibile alla macchina e caricato nella memoria principale diventa un processo. Troviamo due tipi di processi:

1. processo di sistema: un processo necessario al sistema operativo per funzionare correttamente
2. processo di sistema applicativo: sono aperti dall'utente del sistema operativo, necessari al funzionamento di applicativi utente (Word Excel safari)

Tipologie di informazione

All'interno dell'elaboratore ogni informazione è codificata tramite la rappresentazione binaria o decimale utilizzando un alfabeto di due simboli: o e 1.Perché scegliere la rappresentazione binaria? Si sceglie in base al fatto se i dispositivi che costituiscono il pc sono bistabili o meno ( bistabili: assumono sempre valore tra zero e uno) Questi due possibili stati fisici possono essere tracciati nei simboli numerici del sistema binario 1 e 0

Bit

L'entità minima informazioni codificabile attraverso la rappresentazione binaria è il bit ( la cifra binaria assume valori 0 e 1).

Con una cifra binaria posso appresentare soltanto due informazioni, ognuna delle quali viene fatta corrispondere al simbolo 0 e 1.

Per poter rappresentare un numero maggiore di informazioni, si usano sequenze di bit. (Esempio utilizzando due bit si possono codificare quattro informazioni diverse 00-01-10-11)

Il processo che fa corrispondere a un'informazione una configurazione di bit, prende il nome di codifica binaria dell'informazione (con N bit si codificano due informazioni)

(Es per codificare 220 informazioni diverse quanti bit ci vogliono? In quanto è il valore più vicino al numero di informazioni che vediamo codificare moltiplicando e scomponendo due all'ottava avremo 2X2X2X2X2X2X2X2= 256)

Byte

Byte: un gruppo di 8 bit viene denominato byte. Il byte corrisponde alla memorizzazione di un carattere, l'unità di misura di un gruppo di memorizzazione dell'informazione. Il byte consente di codificare 256 informazioni diverse

Multipli di byte

Multipli di byte: KB 2 alla 10 (1024) MB 2 alla 20 (1KM x 1024) CTB 2 alla 30 (MB x 1024) TB 2 alla 40 (1 GB x 1024) La capacità di memorizzazione di un dispositivo hardware si misura in byte.

Alfabeto di caratteri

Il primo problema che si presenta se vogliamo comunicare con il PC è quello di poter rappresentare un alfabeto di caratteri:

• 52 lettere alfabeto anglosassone (maiuscole e minuscole)
• segni di punteggiatura
• segni matematici
• caratteri nazionali
• altri segni grafici

in totale con questi abbiamo 220 caratteri

Codifiche di caratteri o dati alfabetici

Per rimediare alle difficoltà di comunicazione che incombe tra linguaggio binario del pc e i dati alfabetici sono stati definiti alcuni codici, mediante le quali è possibile rappresentare in modo univoco un certo numero di caratteri attraverso configurazioni di bit prestabiliti

• Ascii standard: 7 bit per carattere (128 caratteri)
• Ascii esteso: 256 caratteri
• Ascii unicode: 16 bit (65 mila caratteri)

Il codice ascii consiste nel codificare le cifre decimali da 0 a 9 fornendo in questo modo un metodo per la rappresentazione dei numeri.Strutturazione dei file

Strutturazione dei file

Le informazioni digitalizzate vengono archiviate in sequenze di bit, queste sono più o meno lunghe e vengono chiamate "file." Un file è costituito da una frequenza di record. È un modo di organizzare e raggruppare informazioni semplici in strutture più complesse congiunte da sequenze di record.

Tipi di file

I file si dividono in file strutturati e file non strutturati

• il file strutturati: sono sequenze di record
• il file non strutturati: l'informazione è una semplice sequenza di caratteri (byte) che costituisce un ....

Il campo

Il campo: è costituito da un insieme di byte e serie per decodificare una singola informazione che può essere

• numerica: parliamo di campo numerico costituito da un insieme di byte per la codifica dei numeri
• alfabetica: o alfanumerica è costituito da una sequenza di byte che codificano i caratteri della stringa alfabetica
• immagini o suono

Il record

Il record è costituito da un insieme di campi che sono logicamente correlati tra loro (insieme di bite) e ne costituiscono un'informazione complessa.

Le info relative ad un cliente della banca possono essere viste come un record i cui campi sono campo alfabetico per il nome e cognome, campo alfanumerico per l'indirizzo, campo numerico per il numero, campo immagine per la foto.

Lunghezze di file

Due tipologie di lunghezze di file:

• file a lunghezza variabile: utilizzate per evitare di scambiare a priori la dimensione del campo: due caratteri speciali. Lo svantaggio in questo file è separare le informazioni tra di loro (per arrivare a questo problema si utilizzano capacità speciali)
• file con record a lunghezza costante: bisogna precisare il numero di byte davanti a ciascun campo. Lo svantaggio in questo file è decifrare/ stimare la dimensione del campo. L'info viene spesso memorizzata all'interno di un campo che occupa più spazio del necessario.

Metodi di accesso al file

I dati che vengono memorizzati in file devono poter essere letti e modificati. I metodi di accesso al file sono:

• Accesso sequenziale: i record vengono letti uno dopo l'altro partendo dall'inizio (si avanza di un numero di byte stabilito, il record successivo inizia al termine della somma di tutti i campi). Svantaggio c'è un record lento e inefficiente.
• Accesso diretto: voi è possibile accettare direttamente ha un record senza dover leggere quelli precedenti.

Ciò può verificarsi solo se si conosce il secondo indirizzo usato del record dall'interno del file (indirizzo del record: il punto di inizio di un record, ovvero il campo, all'interno del file prende questo nome. Esso è l'indirizzo del primo campo del byte.) Svantaggi: non è possibile con un file di lunghezza variabile poiché non si può determinare l'indirizzo preciso di ogni record.

• accesso con chiave: per procedere in modo veloce si mantengono le info quali indirizzi dei file. Viene utilizzata una chiave unica, le chiavi sono memorizzazione di un file separato che contiene l'indirizzo dei record. Svantaggi memorizzazione di ulteriore tot di chiavi che può avere grandi dimensioni.Codifica delle immagini

Codifica delle immagini

Lettere e numeri non costituiscono le uniche info utilizzate da cui elaborare, ma si stanno diffondendo sempre più info di applicazione che utilizzano ed elaborano altri tipi di info come per esempio: diagrammi immagini filmati e suoni (in questo caso si parla di applicazioni multimediali) Vediamo il caso delle immagini; L'immagine in una griglia a righe orizzontali e verticali: consideriamo un'immagine in bianco e nero, ogni quadrante della griglia che è un pixel, dell'immagine bianca valore sarà 0, l'immagine nera il valore sarà 1.

Il formato dell'immagine determina anche la partenza, periodicamente si apre dal primo quadrato in basso a sinistra. Abbiamo altre immagini come la scala dei grigi (per ogni tonalità di grigio, questi vanno dal bianco al nero in cromature diverse). Ogni singolo colore grigio sarà codificato in 8 BIT (Esempio il bianco sarà 00000000, il nero sarà 11111111,: 8 BIT).

Solitamente le immagini hanno una risoluzione ES 1080 x 720 8 bit. Poiché una sequenza di bit è lineare è necessario definire delle convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza.

GRAFICO

Assegnando un bit a ogni pixel è possibile codificare solo immagini senza livelli di chiaro oscuro. Le immagini in bianco e nero hanno delle sfumature (diversi livelli e intensità di grigio). Per codificare le immagini con diversi livelli di grigio si utilizza la stessa tecnica: Per ogni pixel si stabilisce il livello medio di grigio a cui viene assegnata convenzionalmente una rappresentazione binaria.

Per mantenere un pixel non è sufficiente un solo bit. Analogamente si possono codificare immagini a colori (in questo caso si tratta di individuare un certo numero di sfumature di colore differente e di codificare ogni sfumatura mediante un'opportuna sequenza di bit).

I monitor utilizzano risoluzioni Di 640 x 480\1004x768\1280x1024, Un numero di colori per pixel che vada 256 fino a 3 byte. Il numero di byte richiesti dipende dalla risoluzione e dal numero di colori che ogni pixel possa assumere. Il colore reale nelle immagini è dato dalla combinazione di 8 pixel (rosso verde o blu)

(per distinguere 256 campi sono necessari 8 bit per la codifica di ciascun pixel: la codifica di un'immagine e formatta da 640 x 480 pixel)

Codifica dei suoni

I suoni costituiscono un tipo di informazione con cui siamo costantemente in contatto come il linguaggio parlato, musica, rumori ecc. Vengono rappresentati come un'onda che descrive la variabile della pressione dell'aria nel tempo. La durata l'intensità e la variazione nel tempo della pressione dell'aria sono le quantità fisiche che rendono un suono diverso da ogni altro.

GRAFICO

Sull'asse delle ascisse viene posto il tempo, sull'asse delle ordinate viene imposta la variazione della pressione, corrispondente al suono stesso. La rappresentazione grafica viene detta analogica in quanto fornisce una descrizione continua dell'onda sonora.

Essendo che le rappresentazioni analogiche sono in contrasto all'analisi informatica per via delle informazioni di tipo continuo è necessario trovare un modo di rappresentazione in forma digitale. In tal senso si affiancano dei cambiamenti sull'onda di tempo e si codificano in forma decimale le informazioni estratte da tali cambiamenti. Quanto Più frequentemente il valore di intensità dell'onda viene campionato, più precisa sarà la sua rappresentazione.