Facoltà di Pianificazione del Territorio A.A....

Informatica

Facoltà di Pianificazione del TerritorioA.A. 2011/2012

Informazioni sul corso

● docente: Samuel Rota Bulò● em@il: [email protected]● ricevimento: da concordare● www:

http://www.dais.unive.it/~srotabul/informatica.html

● orario: lunedì 14.00 – 17.00

Informatica - Facoltà di Pianificazione del Territorio A.A. 2011/2012

mailto:[email protected]

http://www.dais.unive.it/~srotabul/informatica.html

Libro di testo


FLUENCYConoscere ed usare l’informaticaL.Sneider, A.AmorosoEdizioni Pearson, 2011

SLIDES DELLE LEZIONI

+

Esame

● Parte scritta di teoria● Parte pratica in laboratorio


Introduzione generale agli strumenti informatici di base

Introduzione alla terminologia informatica

Competenze di base relativamente ai sistemi operativi, alle basi di dati, alla programmazione, alle reti

Obiettivi del corso


Un percorso storico L'architettura del calcolatore

Il processore

Le memorie

Il software Il sistema operativo

Le applicazioni utente

Reti di calcolatori Reti locali e globali (Internet)

Protocolli e Servizi di rete

Programma


Archiviazione dei dati La rappresentazione digitale

Le basi di dati e il linguaggio SQL

La multimedialita' Gli ipertesti: un'introduzione a HTML

Le basi di dati multimediali

Linguaggi di programmazione Algoritmi e programmi

Linguaggi

Testo e struttura: un’introduzione a XML

Introduzione ai fogli di calcolo

Programma (cont.)


● Cos’è l’informatica ?

● Informatica:

Informazione + automatica

Prima … una domanda


● Scienza della rappresentazione e dell’elaborazione dell’informazione

ovvero● Studio degli algoritmi che descrivono e trasformano

l’informazione

Cos'è l'informatica?


● Rappresentazione dell’informazionetrascrizione e registrazione dell’informazione su supporti

materiali

● es: la scrittura, un CD che registra un melodia

…..secondo una opportuna codifica…

● es: le convenzioni di rappresentazione dei caratteri, il formato del CD

Informazione + automatica


un supporto per la rappresentazione di informazione ‘attivo’ che può

● (1) raccogliere impressionati quantità di dati es: tutto l’archivio del British Museum

● (2) rendere disponibili questi dati in modo istantaneo e con prospettive diverse a utenti diversi e in parti diverse del mondo

es: permettendo a utenti di tutto il mondo di collegarsi a parti delle informazioni di BM via Internet, lasciando altre private (accesso ristretto all’amministrazione del museo)

Il calcolatore


un supporto per la rappresentazione di informazione ‘attivo’ che può…

● (3) elaborare automaticamente la rappresentazione dei dati in modo da – presentarli in modo diverso a diversi soggetti– prendere delle decisioni in base alle proprietà degli oggetti

rappresentati– produrre nuovi dati

esempi:– stampare la lista delle opere acquisite dal BM in un certo mese, – decidere se un utente ha accesso o meno a certi dati– individuare caratteristiche comuni a tutte le opere dello stesso

autore

Il calcolatore


● programmabilità : capacità di specializzare il dispositivo per attività complesse di elaborazione dell’informazione

● evoluzione turbinosa del settore : il calcolatore non può essere usato in modo consapevole ed informato da chi non conosce i principi generali di funzionamento

Il calcolatore


● I calcolatori vengono programmati mediante algoritmi.

● Un algoritmo è una “ricetta”, ovvero un procedimento, composto da una sequenza di istruzioni elementari, che consente di risolvere un problema.

● Esempio: esistono algoritmi per calcolare il prodotto di due numeri di più cifre, per trovare il massimo di un insieme di numeri, per ordinare alfabeticamente una serie di nomi, ecc..

● Un programma é un algoritmo scritto in un linguaggio non ambiguo e direttamente comprensibile dal computer.

Algoritmi e programmi


● Conoscere i principi generali di funzionamento del calcolatore serve a ...

● Utilizzarlo correttamente al massimo delle capacità● Decidere in modo informato se può essere o meno di

aiuto per realizzare un certo compito● Capire le differenze ed i limiti delle diverse macchine in

commercio (dove siamo …)● Seguire e possibilmente comprendere l’evoluzione

turbinosa del settore e le capacità delle macchine future (dove andiamo …)– i principi fondamentali cambiano in modo molto più lento

del prodotto o dell’applicativo

Perché saperne di più ...


Un po' di storia


ENIAC

• L’Abaco cinese può essere considerato il primo modello matematico di calcolo.

• In questo modello si possono formalizzare le quattro operazioni (somma, sottrazione, prodotto e divisione intera)

3000 a.C.


http://web.ticino.com/calcolo/abaci/cinese.html

15 517

● Ogni riga verticale di palline rappresenta un multiplo di 10 (10.000, 1.000, 100, 10, e 1).

● Le palline sotto la barra centrale rappresentano le unità di quella riga. Le palline sopra la barra centrale rappresentano cinque unità di quella riga.

● Per contare, si spostano le palline verso la barra centrale. Per sottrarre dei valori, le palline vengono allontanate dalla barra centrale.

L'abaco cinese


15 + 21 = 36

L'abaco cinese


16 + 14 = 30


L'abaco cinese

● E’ il più antico calcolatore meccanico conosciuto, databile intorno al 100 - 150 a.C..

● Si tratta di un sofisticato planetario, mosso da ruote dentate, che serviva per calcolare il sorgere del sole, le fasi lunari, i movimenti dei 5 pianeti allora conosciuti, gli equinozi, i mesi e i giorni della settimana.

● Trae il nome dall'isola greca di Anticitera (Cerigotto) presso cui è stata rinvenuta.

● È conservata presso il Museo archeologico nazionale di Atene.

La macchina di Antikythera


● 1623: calcolatore meccanico per semplici computazioni aritmetiche basato su ruote dentate. (Wilhelm Sickard)

● 1640: Blaise Pascal progetta e realizza la Pascalina: calcolatore meccanico per addizioni.

Sickard e Pascal


● 1673: macchina per addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni, divisioni e radice quadrata

Leibniz


● 1824: Charles Babbage progetta una macchina “general-purpose”, le cui funzionalità dipendono da come è programmata.

Babbage


● Figlia del noto poeta inglese Lord Byron

● Collabora con Babbage

● Scrive il primo software della storia

Ada Lovelace Byron (1815-1852)


● Matematico inglese

● 1847 scopre la cosiddetta “Algebra di Boole”

● Algebra basata sulla logica delle proposizioni (vero, falso) e sui connettivi (congiunzione, disgiunzione, negazione)

● È alla base della logica dei computer

George Boole (1815 - 1864)


● 1890: Herman Hollerit, fondatore dell’IBM, brevetta l’uso delle carte perforate (dimensione: 9 cm x 21.5 cm) per automatizzare la tabulazione dei dati di un censimento.

● Il costo della tabulazione risultò essere maggiore del 98% rispetto al censimento precedente, dovuto in parte alla tentazione di usare al massimo la macchina e tabulare un maggior numero di dati

● I risultati del censimento furono ottenuti in un tempo molto minore del precedente.

Hollerit


Schede perforate


● Nel 1937, Claude Shannon introduce il concetto di logica binaria per il suo utilizzo nella creazione di macchine calcolatrici digitali

● Nel 1948 pubblica “A mathematical theory of communication” che introduce i principi di codifica dell’informazione perché questa possa essere trasmessa in modo elettronico.

Claude Shannon 1916-2001


● 1939: John Atanasoff, fisico dell’Iowa State College, realizza il primo calcolatore elettronico digitale, basato su valvole termoioniche ed in grado di operare su cifre binarie, L’Abc (Atanasoff-Berry Computer).

● L'Abc aveva un banco di memoria separato dal circuito di calcolo e aveva dispositivi di input e di output separati.

● L'Abc aveva solo 1500 bit di memoria, ma riuscì ugualmente a risolvere sistemi di 29 equazioni in 29 incognite.

… che continua ...


Atanasoff-Berry Computer


ABC (ricostruzione)


● 1943: viene costruito ENIAC, il primo calcolatore elettronico di grandi dimensioni (J.P.Eckert e J.Mauchly), progettato per risolvere problemi bellici legati al calcolo delle curve balistiche dei proiettili:

● 19.000 valvole termoioniche, collegate da 500.000 contatti saldati a mano

● pesava 30 tonnellate● occupava una stanza di 10 x 15 m2,● programmabile inserendo degli spinotti in un quadro

(patch panel) ● consumava 150 kw.

ENIAC


● Il giorno della presentazione al mondo, fu chiesto all'ENIAC (col solito sistema della scheda perforata) di moltiplicare il numero 97.367 per se stesso 5.000 volte. La macchina compì l'operazione in meno di un secondo.

● Con l'ENIAC, che funzionò dal 1946 al 1955, nasce l'era informatica vera e propria.

Inizia l'era informatica ...


ENIAC


e non sono colo cose da uomini


In Germania, durante la seconda guerra mondiale, venne utilizzata Enigma, una macchina crittografica per cifrare le comunicazioni, inventata da un polacco e finita misteriosamente in mani naziste

Enigma


1943: in Inghilterra COLOSSUS, progettata da Alan Turing, ha un ruolo importante per decifrare i codici segreti usati dall’armata tedesca nella seconda guerra mondiale

In Europa: COLOSSU


● Le istruzioni per i calcoli, invece di essere inserite con schede perforate, vengono registrate in forma numerica nella memoria elettronica interna, mediante un nastro magnetico.

● In pratica il calcolatore diventa un elaboratore capace di trattare qualsiasi informazione espressa in codice binario.

1946: a Princeton, grazie agli studi del matematico John von Neumann, viene iniziata la costruzione dell'Electronic Discrete Variable Automatic Computer, primo elaboratore dotato di programmi memorizzati

… ed il modello attuale ...


EDVAC


41

The Tootill Notebook Manchester, 1948

I primi programmi


● Nel 1951 l'EDVAC fu ultimato, con un costo astronomico di mezzo milione di dollari (lo staff che vi ci lavorava era composto da circa 20 persone).

1951: EDVAC, col nome UNIVAC 1, viene prodotto in serie. 12 esemplari lavorarono senza sosta per 12 anni e 6 mesi, elaborando 30.000 informazioni al minuto.

Non solo prototipi


● Nel 1956 il Premio Nobel venne assegnato al gruppo di ricercatori il cui lavoro portò all’invenzione del transistor nel 1947.

● Dispositivo a semiconduttore per amplificare i segnali in entrata e per fungere da interruttore (switcher)

● Nella foto, scattata nei laboratori della AT&T Bell Laboratories (da sinistra a destra): il Dr. John Bardeen, il Dr. Wilhiam Shockley ed il Dr. Walter Brittain.

Il transistor


Il primo transistor


● 1960: Il precursore dei minicomputer, il DEC PDP-1, viene venduto a $120.000.

● Ne furono costruiti 50 esemplari, comandati attraverso la tastiera e un monitor a tubi catodici.

● Richiedevano l'assistenza di un solo operatore.

● 1962: Alcuni studenti del MIT, entusiasti della sua adattabilità, scrissero per il PDP-1 il primo video-game computerizzato, SpaceWar!.

● 1964: Epson inventa la prima stampante a matrice di punti

Il resto è storia recente


• Nel 1969 i laboratori Bell sviluppano il sistema operativo UNIX.• Viene disegnata una semplice combinazione di un processore e

di una unità di calcolo (la prima CPU), che sarà poi effettivamente realizzata dalla Intel.

Il processore Intel4004 a 4 bit diede inizioalla rivoluzione elettronica; in un unicochip era contenuta tutta la potenza di calcolo dell’ENIAC.

• Su commissione del Dipartimento della Difesa USA, ARPANET studia la prima rete (ha solo 4 nodi), che diverrà la più grande rete mondiale: Internet.

Unix


1946 1959 1966

Valvola, Transitor, Circuito integrato


• Fino al 1977 gli elaboratori erano utilizzati soltanto da aziende e organismi governativi, ed avevo prezzi esorbitanti

• In quell’anno viene annunciato l'APPLE II, il primo personal computer, con programmi di videoscrittura, fogli di calcolo, giochi e tanto altro.

• Nel 1984 viene annunciato dalla Apple il personal computer Macintosh; si tratta una macchina interamente grafica, dal prezzo abbordabile.

PC APPLE IIApple Macintosh

Il computer entra in casa


• Otto anni dopo (1985) la Microsoft sviluppa Windows 1.0, introducendo aspetti tipici del Macintosh nei computer DOS.

• Si verificheranno continue dispute legali tra Microsoft ed Apple a causa dell’eccessiva somiglianza di Windows e Macintosh.

Nel 1977 Bill Gates e Paul Allen fondano la Microsoft

Microsoft Windows


• Negli ultimi dieci anni la potenza di calcolo dei PC ha avuto una crescita continua; tuttavia la loro complessità è irrisoria rispetto a quella dei supercomputer: elaboratori dedicati ad utilizzi in cui vi sia la necessità di sostenere elevati volumi di elaborazione, come in enti di difesa, centri di ricerca, istituti di meteorologia, aziende aerospaziali ecc.

• Nel 2000 viene presentato il Cray X1, dotato di 4.096 CPU e capacità di calcolo di 52,4 migliaia di miliardi di operazioni; può gestire fino a 65,5 Terabyte di memoria.

• Costo minimo: 2,5 milioni di dollari.

I supercomputer


Millennio scorso… anni ‘60● Computer Grandi● Lenti● Costosi

Nuovo Millennio...● Computer Piccoli● Veloci● Poco costosi

Evoluzione sempre più rapida


● Anni '40 (seconda guerra mondiale): crittografia● Anni '50: prime applicazioni business● Anni '60: software "mission critical" (es.: missione Apollo)● Anni '70: personal computer, office automation● Anni '80: informatica distribuita, progetto "Scudo stellare"● Anni '90: Internet diventa uno strumento di comunicazione● Anni '00: la Rete integra computer+TV+telefono● Anni '10: gli applicativi stessi sono in Rete (cloud computing)

Applicazioni


● Tre direzioni dello sviluppo dei computer:● Miniaturizzazione● Velocità● Economia

● Informatica pervasiva: per esempio, i “microcontroller” sono contenuti nei dispositivi elettronici “intelligenti”:

● Negli elettrodomestici (forno, microonde, lavatrice, lavastoviglie, TV, lettore CD/DVD ecc.)

● Nelle automobili, nei aerei ecc.● Nelle lettori MP3, nei telefoni cellulari ecc.● …

● Convergenza con la telecomunicazione● Per esempio, la TV/il cellulare con accesso a Internet

Il futuro ?


● M. R. Williams. A History of Computing Technology. IEEE Computer Society Press, 1997 (2nd Edition).

● W. Aspray (Ed.). Computing Before Computers. Iowa State University Press, 1990.

● M. Davis. Il calcolatore universale. Da Leibniz a Turing. Adelphi, 2004.

● D. Shasha, C. Lazere. Out of Their Minds: The Lives and Discoveries of 15 Great Computer Scientists. Copernicus, 1998.

● http://ei.cs.vt.edu/~history/● http://www.digitalcentury.com/encyclo/update/comp_hd.html ● http://www.hitmill.com/computers/computerhx1.html

Bibliografia


L'architettura del calcolatore


● Come viene risolto un problema :

Dati diingresso

Descrivono il casoin esame

Elaborazione

Manipolazione dei dati di ingressoin modo da costruire la soluzione cercata

Rappresentano lasoluzione del caso in esame

Dati diuscita

Il calcolatore


Hardware

Sistema Operativo

Applicazioni

È il livello di SW con cui interagisce l’utente e comprende programmi quali: Word, PowerPoint, Excel, Explorer, …..

Software

È il livello di SW che interagisce direttamentecon l’HW e che si occupa di un uso correttoed efficiente delle risorse fisiche

WindowsUnix/LinuxMac OS

Componenti del computer


● Hardware e Software

Memoria

Mantiene

Dati e Istruzioni

Processore Sottosistemadi Interfaccia

Software

Hardware

bus

Struttura del calcolatore


Unita' di calcolo

Una memoria che contiene:Programmi

Dati dei programmi

Le istruzioni da eseguire stanno in memoria,

vengono prelevate, decodificate ed eseguite.

Architettura di von Neumann


● La struttura descritta dal Modello di Von Neumann comprende sei unità fondamentali:

● L’Unità di controllo si occupa di controllare tutte le operazioni del calcolatore, interpretare le istruzioni prelevate dalla memoria e inviare alle altre unità i segnali per l'esecuzione delle operazioni

● L’Unità aritmetico-logica, detta ALU (Arithmetic & Logic Unit), fornisce la capacità di effettuare operazioni aritmetiche di base

● Queste due unità sono spesso integrate in una CPU, Central Processing Unit – Unità di Elaborazione Centrale

CPU

ALU

Controllo

MEMORIA

PERIFERICHE

dati

istruzioni

Ingresso

Uscita

BUS

Le componenti fondamentali di un moderno calcolatore elettronico

Modello di von Neumann


● La Memoria che ha lo scopo di conservare le istruzioni e i dati da elaborare e i risultati ottenuti dalle elaborazioni;

● L’Unità di ingresso (Input) che immette le informazioni nel calcolatore per farle elaborare;

● L’Unità di uscita (Output) che riceve le informazioni dalla memoria del calcolatore per renderle pronte all’uso;

– le unità di ingresso e uscita sono anche dette periferiche

● Il Bus, vero e proprio canale di comunicazione che consente ai dati di transitare fra diversi componenti del calcolatore.

CPU

ALU

Controllo

MEMORIA

PERIFERICHE

dati

istruzioni

Ingresso

Uscita

BUS

Le componenti fondamentali di un moderno calcolatore elettronico

Modello di von Neumann (cont.)


In queste ipotesi, per ogni istruzione del programma:

● la CPU, tramite la sua parte Controllo, ordina il prelevamento di una istruzione dalla Memoria;

● la decodifica, cioè la interpreta capendo quali azioni comporta;

● la esegue utilizzando le opportune unità coinvolte

– durante l’esecuzione può:● usare la ALU● effettuare altri accessi in memoria

per leggere o scrivere dati● effettuare operazioni di ingresso

(per es. leggi un dato dalla tastiera) o di uscita (per es. visualizza il risultato sul video).

CPU

ALU

Controllo

MEMORIA

PERIFERICHE

dati

istruzioni

Ingresso

Uscita

Segnali di controllo

Spostamento dati e/o istruzioni


Modello di von Neumann (cont.)

programma dati soluzione

COMPUTER

{

{

PROBLEMA

ALGORITMO

PROGRAMMA

CONOSCENZA SUL DOMINIO DEL PROBLEMA

CONOSCENZA LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE

ANALISTA

PROGRAMMATORE

UTENTE

SVILUPPO DELLA SOLUZIONE

ESECUZIONE

DEL

PROGRAMMA


Dal problema al risultato

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