Abilità informatiche e telematiche: evoluzione del calcolo e sicurezza

Storia del Calcolo Automatico

L'informatica è la scienza che studia l'elaborazione automatica dei dati mediante apparati realizzati con la tecnologia elettronica. Il termine fu formulato per la prima volta nel 1962 dall'ingegnere Philippe Dreyfus, contraendo le parole "information" et "automatique", mentre l'equivalente in lingua inglese è Computer Science. Sin dall'antichità l'uomo sentì la necessità di costruire macchine che lo agevolassero nei calcoli matematici. Le prove dei primi tentativi di calcoli risalgono al 30.000 a.c quando fu ritrovato un osso di lupo usato come base di calcolo dove erano state incise 55 tacche a gruppi di 5, forse per un baratto.

I primi esemplari di abaco sono apparsi in Mesopotamia e in Cina tra il 1000 e il 500 a.c. Quasi sicuramente il primo era basato su una pietra piatta ricoperta di sabbia. I romani svilupparono, invece, una copia leggermente modificata dell'abaco babilonese: maneggevole ma dalle ridotte capacità di calcolo, basato sul sistema base 10.

La Pascalina 1643

LA PASCALINA 1643: Blaise Pascal, filosofo matematico e fisico francese, a 20 anni realizza una celebre macchina per eseguire addizioni e sottrazioni automaticamente, la Pascalina. Essa esegue riporto automatico fino ad 8 cifre. E' dotata di un involucro esterno che copriva gli ingranaggi con ruote dentellate; si trattava di una macchina molto pesante, delicata e costosa, per queste ragioni non venne adoperata più di tanto.

Nel 1623, Wilhelm Schickard, inventò un orologio calcolante, anticipando di circa vent'anni Blaise Pascal. Si trattava di una macchina più agile nell'esecuzione di sottrazioni e poteva sommare e sottrarre numeri fino a sei cifre, e indicava il superamento della sua capacità suonando una campanella. Per aiutare nelle operazioni di moltiplicazione e divisione, sopra l'addizionatrice erano collocati dei cilindri ruotanti che costituivano un'interessante variante dei bastoncini di Nepero.

La Macchina di Leibniz 1674

LA MACCHINA DI LEIBNIZ 1674: Nel 1672, Leibniz decise di estendere il progetto della Pascalina creando un calcolatore capace di eseguire, anche le operazioni di moltiplicazione e divisione, operando su numeri a 16 cifre. Creò un tamburo differenziato, ovvero un meccanismo contenente nove denti di lunghezza crescente (oggi chiamato Ruota di Leibniz) che combinati insieme permettevano la moltiplicazione e la divisione attraverso la ripetizione automatica di somme e sottrazioni.

Il Telaio Jacquard 1801-1805

IL TELAIO JACQUARD 1801-1805: Jacquard sviluppo una rudimentale macchina per intrecciare reti già nel 1801. Il telaio automatico costituisce la prima applicazione pratica delle schede perforate: esse comandano la tessitura dei disegni su trame e tessuti. La creazione di Jacquard produce un importante incremento nell'industria tessile e Napoleone I conferì all'inventore una pensione onoraria per aver brevettato la macchina. In realtà pare che il prototipo del telaio fosse stato realizzato nella seconda metà del XV secolo da Giovanni il Calabrese ma suscitò ostilità tra operai tessili che cercarono di ostacolarne la diffusione per il timore della disoccupazione nel settore.

La macchina venne messa a punto a Lione negli anni tra il 1804 e il 1806 da Jacquard, il quale ne migliorò la meccanica combinando:

• un telaio per tessere reti da pesca;
• il sistema di Jacques di Vaucanson per il comando del telaio semiautomatico, basato sull'impiego di un tamburo metallico perforato e con l'utilizzo di schede perforate per il controllo dei disegni;
• la macchina di Jean le Calabrais, perfezionata e adattata al nuovo uso.

L'Aritmometro 1820

L'ARITMOMETRO 1820: Nel 1820 Thomas de Colmare costruisce l'aritmometro, la prima calcolatrice su scala industriale: in 30 anni ne vengono prodotti 1500 esemplari e la produzione si protrae fino al 1930 circa. Si trattava di una cassetta di legno di rovere con un meccanismo ad ingranaggi metallici in grado di eseguire le quattro operazioni matematiche. Tutto viene svolto attraverso dei cursori che si muovono su un'intelaiatura di rovere. Si vede un primo barlume di interfaccia uomo-macchina poiché i meccanismi sono nascosti.

La Macchina Analitica di Babbage 1834-1835

LA MACCHINA ANALITICA DI BABBAGE 1834-1835: Charles Babbage progetta la Macchina Analitica (parzialmente realizzata e mai completata perchè pesava svariate 1tonnellate ed era molto costosa). Il progetto della macchina fu realizzato recentemente da un gruppo di scienziati dimostrandone l'efficacia. La macchina prevedeva la programmazione tramite codifica di istruzioni/dati su schede perforate: poteva eseguire una serie di operazioni sulla base del codice scritto su una scheda perforata. Lo schema teorico di questa macchina è universalmente riconosciuto come il primo prototipo di calcolatore generico complesso: è basato su un sistema di input, un sistema di elaborazione dei dati con un dispositivo chiamato Mill.

Ada Byron 1843

ADA BYRON 1843: Ada Byron, contessa di Lovelace, figlia di Lord Byron, studio gli schemi della macchina analitica di Babbage. Donna nata in un epoca in cui era difficile la comunicazione, fu sottovalutata dalla società patriarcale. Ebbe una corrispondenza con Babbage e De Morgan che capirono la sua intelligenza, Ada scrisse 30 pagine di note sul manoscritto (composta da 20 pagine) inviatole da Babbage dove egli descrisse la sua macchina, lasciandolo entusiasta. E' considerata la prima programmatrice perché intuì l'idea di loop e di sottoprogramma, ovvero di sequenza ripetitiva di passi. Lavorò su alcune idee molto importanti per quanto riguarda la nascita programmazione, intuendo che con la macchina di Babbage non si potevano fare solo le quattro operazioni, cominciò dunque a scrivere molti programmi. Il pentagono recentemente ha sviluppato un linguaggio molto utilizzato in ambito militare chiamandolo Ada in suo onore.

George Boole 1854

GEORGE BOOLE 1854: Scrisse un articolo "An investigation on the law of Thought" dove si trovano le basi dell'algebra booleana usata nei circuiti calcolatori. Sviluppo l'algebra basata su due valori ( 0-1, vero falso) questo linguaggio viene tutt'ora usato nel linguaggio binario.

Macchina Tabulatrice Hollerith 1884

MACCHINA TABULATRICE HOLLERITH 1884: Hollerith realizzo un elaboratore in grado di elaborare dati codificati su schede perforate, la macchina venne progettata per agevolare il censimento, aveva come base l'idea delle schede perforate di Charles Babbage, ma in questo caso le schede non specificava il programma, bensì gli input e gli output. Ogni scheda rappresentava delle risposte (per esempio "maschio" poteva essere rappresentato da una perforazione e "femmina" dalla mancanza di perforazione)usando un particolare codice (chiamato "codice Hollerith"); la macchina era collegata ad un circuito elettrico, che veniva acceso o spento a seconda della presenza o meno dei buchi nelle schede. Hollerith fondò successivamente diverse società per la realizzazione di calcolatori, tra cui la International Business Machine (IBM).

Computer e Relative Componenti

Il computer e' un dispositivo elettronico e digitale, programmabile a scopo generico, costruito secondo il modello teorico-computazionale della macchina di Turing (modello astratto che definisce una macchina in grado di eseguire algoritmi e dotata di un supporto di memoria potenzialmente infinito su cui può leggere e/o scrivere simboli) e basato sull'architettura di Von Neumann, una tipologia di architettura hardware basata sui seguenti componenti:

• CPU;
• RAM;

Unità di input e/o output;

• Bus;

Tutti i moderni dispositivi digitali come i personal computer, i portatili, i tablet, gli smartphone, le smart TV, gli smartwatch, le console per i videogiochi ecc .. sono basati sullo stesso tipo di architettura e presentano le stesse componenti logiche.

Computer Desktop

COMPUTER DESKTOP: sono computer da scrivania, composti da un case che contiene tutte le periferiche di I/O come la tastiera, il mouse, il monitor, la stampante, le cuffie con microfono ecc .. L'alimentatore fornisce energia alla scheda madre e a tutti i componenti connessi via cavo presenti all'interno del case;

Computer Portatili

COMPUTER PORTATILI: ideali per il lavoro intensivo poiché hanno immediatamente le migliori prestazioni; ad esempio sono la migliore scelta per realizzare grafiche per la stampa o il rendering 3D. Al contrario un portatile di fascia media o bassa, imporrà all'utente tempi di attesa lunghi con il rischio di crash del sistema e la conseguente perdita del lavoro non salvato svolto fino a quel momento.

Desktop All-in-One

2DESKTOP ALL-IN-ONE: come gli Apple iMac, in cui la scheda madre e tutta la componentistica sono montati dietro il pannello monitor, risultando un "monitor-computer" racchiuso in un unico case; pensati per una mobilità, il case e' costituito dalla scocca inferiore mentre in quella superiore e' installato un pannello che fa da monitor, i componenti sono miniaturizzati e spesso saldati direttamente sulla scheda madre.

La tecnologia sperimentata sui tablet ha portato alla creazione di ibridi come i trasformabili o i 2in1, computer dotati di monitor touch che possono essere "trasformati" o staccati dalla base abilitando l'utilizzo come tablet.

Negli smartphone, nei tablet, nelle smart TV abbiamo sempre una scheda madre che rappresenta l'ingombro maggiore, sulla quale sono saldate la RAM, ma memoria di stato solido SSD, il jack audio e gli altoparlanti ed altri componenti.

Display Touch

DISPLAY TOUCH: e' un dispositivo I/O, collegato alla scheda madre, composto da un monitor miniaturizzato e da un vetro ricoperto di un sottile strato di ossido metallico che permette di rilevare esattamente la posizione del nostro dito sulla superficie

Dispositivi Wearable

DISPOSITIVI WEARABLE: La nuova frontiera della "miniaturizzazione" e' rappresentata dalla classe di dispositivi che va sotto il nome di "indossabili", come gli smartWatch, smartband o fitness tracker, smart glass ecc ..

La scheda madre o motherboard rappresenta la piattaforma fisica sulla quale le componenti e le interfacce hardware di un elaboratore sono installate. Su di essa si trovano i circuiti integrati, i bus per la comunicazione tra le componenti, gli slot di espansione per collegare schede (video, audio, rete, ecc .. ), le porte USB per connettere altri dispositivi.

Sulla scheda madre sono presenti le porte di connessione per i dispositivi di input e output hanno forme specifiche in base a: Funzione; Versione; Tipologia (type).

Porte USB

Porte USB: servono a connettere accessori e permettere al computer di acquisire e inviare dati. Esistono diverse tipologie, la più diffusa e' la type-A. Molto più diffusa sui cellulari di ultima generazione e' la tipologia type-C che ha quasi rimpiazzato del tutto le precedenti porte type micro-B.

Porta HDMI

Porta HDMI: consente di inviare un segnale audio e video a un monitor o ad un proiettore. Come le porte USB, anche quelle video si distinguono per la loro:

• Funzione, ad esempio VGA, HDMI, DVI;
• Versione, ad esempio HDMI versione 1.0, 2.0, 3.1;

Type, ad esempio HDMI tipo A,B,C,D,E.

• HDMI, DisplayPort, Mini DisplayPort-> Trasporta video e audio -VGA -> trasporta solo video

Ogni trasmissione dati prevede la presenza di varie componenti per potersi realizzare:

• Il computer e la relativa interfaccia = porta;
• Un cavo o canale di connessione;
• La periferica e la relativa interfaccia = porta.

Una trasmissione dati sarà veloce quanto la sua parte meno veloce. Il sistema si regolerà allineando le sue performance a quelle della componente meno performante. Ad esempio, se si desidera riprodurre un filmato in 4K sarà necessario:

• Un computer, o un dispositivo, capace di riprodurre il 4K e relativa porta;
• Un cavo che supporta la risoluzione in 4K;

Un monitor, o un proiettore, che supporta la riproduzione in 4K e la relativa porta. Se il monitor supporta la riproduzione fino al Full HD, il segnale video dovrà essere impostato rispetto alla risoluzione di appartenenza. Lo stesso discorso vale per le porte USB: una connessione dati di diverse versioni e velocità sarà impostata alla velocità della portata meno veloce.

CPU

La CPU (Central Processing Unit) è l'unità di elaborazione centrale o processore o microprocessore e rappresenta il cervello del computer. Questa effettua calcoli ed elabora i dati ricevuti per: Ogni componente fisica; Tutti i programmi installati; Il sistema operativo.

RAM

La RAM (Random Access Memory) è un tipo di memoria primaria, volatile, utilizzata dove vengono conservati i dati in corso di elaborazione e le istruzioni del programma in esecuzione.