Fondamenti di Informatica e Hardware: concetti chiave e sicurezza informatica

FONDAMENTI DI INFORMATICA E HARDWARE

informatica: il trattamento automatico dell'informazione

Informatica: disciplina tecnico-scientifica che si occupa della progettazione e della costruzione di macchine in grado di trattare/elaborare in modo automatico l'informazione. In alternativa al termine informatica è corretto utilizzare anche tecnologia dell'informazione. Gli strumenti di cui oggi disponiamo a livello tecnologico, primo fra tutti il calcolatore elettronico, ci forniscono diversi vantaggi ...

• Riduzione tempi di elaborazione
• Maggiore affidabilità e quindi poco margine di errore
• Libera l'uomo dalle faccende più "noiose"

L'informazione che ha spinto l'uomo verso la realizzazione di elaboratori è quella espressa i termini numerici, per questo motivo si è arrivati alla diffusione del termine calcolatore che in inglese è computer. La convergenza tra la tecnologia dell'informazione e la telecomunicazione (trasmissione dell'informazione a distanza) ha dato vita a una nuova scienza denominata information & communication technology (ICT). In ambito informatico è importante mettere in relazione il significato di informazione con dato e conoscenza, i quali si collocano su tre livelli diversi di astrazione in ordine crescente ...

1. Dato: si definisce come un insieme di simboli, da solo non comporta vantaggi a meno che sia messo in relazione ad alcune proprietà e si trasformi in informazione
2. informazione: si ottiene relazionando dati con proprietà
3. conoscenza: è ad un livello maggiore di astrazione, permette di trattare l'informazione

es. una sequenza di simboli come 39,5 è un esempio di dato. Dire che 39,5 è la temperatura corporea di un uomo vuol dire mettere in relazione il dato con una proprietà e quindi trasformarlo in informazione. A questo punto la conoscenza ci può indicarci che tale temperatura è un segnale d'allarme e ci può indicare quali sono le indicazioni necessarie per superare tale condizione.

Per comunicare l'uomo ha inventato i linguaggi naturali noti però per la loro ambiguità, vale a dire che ogni costrutto è potenzialmente polisemico. Questo è un grosso ostacolo quando si vuol comunicare con un calcolatore, perciò, si sono elaborati dei linguaggi formali impiegati appunto in tutti quegli ambiti in cui è importante evitare l'ambiguità. la definizione di questi linguaggi prevede ...

• l'individuazione di un elenco finito di simboli
• la definizione di una grammatica formale, che raggruppi tutte le regole sintattiche specifiche per quel linguaggio
• le semantiche formali permettono l'attribuzione di un significato alle frasi in un linguaggio formale

nei calcolatori ogni informazione è codificata in binary digit, cifra binaria (BIT) che contiene solo i simboli "0" e "1"; 8 BIT equivalgono a 1 BYTE. L'adozione di un alfabeto binario permette che la codifica delle informazioni nei calcolatori sia più semplice. Mentre nel sistema internazionale basato sulla rappresentazione decimale i multipli sono declinati sulle potenze di 10, in informatica si utilizzano le potenze del 2 ...

con elaborazione dell'informazione si indica ogni attività svolta sull'informazione stessa comprendendo anche le seguenti ...

1. creazione
2. modifica e anche eliminazione
3. confronto
4. conservazione
5. trasmissione

l'informazione viene elaborata tramite algoritmi quindi attraverso sequenze di istruzioni che indicano all'esecutore le operazioni da eseguire. L'informazione in ingresso viene indicata come input, mentre quella in uscita come output. I linguaggi di programmazione sono linguaggi formali progettati per descrivere algoritmi in modo tale che possano essere eseguiti da un moderno calcolatore. La formazione del logaritmo con tale linguaggio è definita programmazione e chi 1esegue l'operazione invece viene chiamato programmatore. È possibile stilare una classica dei sistemi per il trattamento dell'informazione ...

• sistema manuale: fornisce una codifica dei dati ma affida completamente all'uomo l'esecuzione delle trasformazioni fisiche su di esse
• sistema semi-automatico rigido: opera su singole trasformazioni fisiche di dati ma richiedono continue indicazioni e da parte dell'uomo che quindi esercita il controllo
• sistema automatico flessibile: dispone di una memoria all'interno della quale sono rappresentati i dati e le istruzioni, quindi una codifica esplicita delle trasformazioni fisiche da operare sui dati.

I sistemi per l'elaborazione dell'informazione hanno ovviamente subito un'evoluzione storica ...

1. abaco: un sistema di calcolo manuale basato sulla rappresentazione numerica posizionale, supporta addizione- sottrazione-moltiplicazione-divisione
2. regolo calcolatore: progettato da William oughtred e consente di calcolare moltiplicazioni, divisioni, elevamenti di potenza, logaritmi decimali e funzioni algoritmiche
3. pascalina: progettato da blaise pascal, è una calcolatrice meccanica che consentiva di eseguire addizioni e sottrazioni avvalendosi di ruote dentate corrispondenti a unità, decine, centinaia ... divise in 10 settori equivalenti al sistema decimale
4. analytical engine: ideata da Charles Babbage, è una macchina in grado di operare con input e output su schede perforate
5. eniac: realizzato da John mauchly e John eckert, è il primo calcolatore elettronico universale. Eseguiva circa 5000 addizioni/sottrazioni al secondo e sapeva anche moltiplicare, dividere e calcolare la radice quadrata; la sua programmazione implicata 6 persone che dovevano operare su singoli interruttori e cavetti. Riconoscendo però i limiti di questa macchina i due intrapresero la progettazione di EDVAC differente dalla versione precedente per due differenti motivi; utilizzava un'aritmetica binaria e non decimale e aveva un unico dispositivo di memoria per istruzioni e dati. Quest'ultima macchina si rifaceva all'architettura di Neumann.
6. Transistor: dispositivi formati da semiconduttori che andavano a sostituire nei calcolatori le valvole termoioniche. Erano sicuramente più piccole, veloci e più affidabili.
7. Circuiti integrati/microchip: resero i calcolatori ancora più piccoli economici e veloci in quanto portarono all'introduzione del microprocessore; in pochi anni ciò a portato alla diffusione prima del minicomputer e poi dei personal computer
8. Computer palmari: dotati di uno schermo tattile furono poi quasi subito in grado di fornire una sostanziale varietà di applicazioni
9. Smartphone
10. Internet delle cose: negli anni '60 si individuo il potenziale nel connettere più elaboratori in rete e la sua progressiva diffusione diede vita a internet (una rete di reti che interconnette elaboratori da tutto il mondo). Negli anni 2000 poi inizia a inglobare luoghi e oggetti del mondo reale portando il concetto di internet delle cose

La velocità dell'evoluzione tecnologica è ben rappresentata dalla legge di Moore: Moore osservò che il numero di transitor che possono essere integrati in un u unico circuito raddoppia approssimativamente ogni due anni e alla stessa velocità si evolvono anche le caratteristiche dei dispositivi elettronici (la velocità di elaborazione e la capacità di memorizzazione).

Le caratteristiche dell'architettura di Neumann ...

• Lo scopo è la realizzazione di un calcolatore universale
• Presenza di un dispositivo di memorizzazione in cui si può rappresentare con la stessa codifica, dati e istruzioni
• Utilizzo dell'aritmetica binaria
• Netta separazione tra dispositivo di memorizzazione ed elaborazione

Perciò seguendo questo ragionamento il calcolatore deve essere così composto ...

• Processore (CPU); legge dalla memoria le istruzioni e le esegue operando trasformazioni sui dati

2· Memoria; insieme di unità elementari di memorizzazione (celle) ognuna delle quali può contenere un dato o un'istruzione ed è identificata da un indirizzo numerico . Interfaccia; può essere scomposta in interfaccia di input o output e interagisce con il l'ambiente esterno collegandosi alle periferiche · Bus; canale di comunicazione che gestisce lo scambio di informazioni tra gli altri sottosistemi

Quando viene progettata una CPU è necessario identificare tutte le operazioni che sarà in grado di compiere e assegnare a ognuna di essere un'istruzione la cui esecuzione sarà svolta dalla corrispondente operazione elementare. Viene definito linguaggio macchina l'insieme delle istruzioni in binario specifiche per una CPU; mentre si possono definire compatibili due calcolatori quando utilizzano CPU con lo stesso linguaggio macchina. Un difetto noto di questa architettura lo si può definire con collo di bottiglia di Neumann: il problema sorge quando la CPU elabora dati più velocemente di quanto il bus possa trasferirne.

la struttura del calcolatore

L'unità centrale di un pc è solitamente composta da una scatola metallica detta chassis o case dotata di ventole per garantire la dissipazione termica, al suo interno si trova anche l'alimentatore. All'interno della case c'è una scheda madre, cioè una piastra di materiale plastico che funge da struttura portante per il calcolatore. Al fine di superare il difetto del collo della bottiglia le schede madri attuali integrano in genere bus aggiuntivi ottimizzati per la comunicazione con specifiche periferiche. Proseguendo su un apposito alloggiamento della scheda madre detto zoccolo è installato il microprocessore, mentre su altri sono installate una o più schede di memoria centrale (RAM). Tanti slot permettono l'installazione sulla scheda madre delle schede di espansione. Un normale pc possiamo dire sia composta a ...

1. Desktop: chassis pensata orizzontalmente
2. Tower: chassis con collocazione verticale
3. Small form factor: desktop di dimensioni molto ridotte pensato per essere nascosto sotto la base del un video LCD (cristalli liquidi)

Il laptop invece è un pc progettato per essere mobile e tutti i componenti di cui dispone sono raggruppati in un'unica unità piccola e leggera. In riferimento alla sua dimensione/caratteristiche può essere classificato in ...

• Notebook: grande quanto un block notes più o meno
• Subnotebook: più piccolo del precedente
• Netbook: studiato per il solo utilizzo di app che si servono di internet a cui si connette senza fili
• Tablet pc: è come il netbook ma con un touchscreen al posto della tastiera
• PDA (personal digital assistant): racchiude in dimensioni ridotte le caratteristiche del tablet

In ambito domestico sono poi molto diffusi pc che supportano la connessione in output ma verso un apparecchio televisivo e non video; tra questi troviamo ...

• Console per i videogiochi
• Media center: pc dedicato all'uso domestico controllabile anche attraverso telecomando
• Workstation: simile a un pc ma con caratteristiche superiori come la velocità della CPU, capacità di memoria, qualità ...

Altri computer invece sono multiutente, quindi più utenti possono avvalersi di tali risorse contemporaneamente e questi sono ...

• Pc
• Videoterminale
• Minicomputer
• Mainframe
• Super computer