Informatica e telecomunicazione -...
19
1 Informatica Informatica Informatica Informazione Automatica È una disciplina nata dalla necessità di velocizzare le operazioni di calcolo matematico e per trattare l’informazione in modo automatizzato Il computer è uno strumento concepito per l’eleborazione automatica dei dati Cos’è l’informatica? Cos’è l’informatica? lo studio sistematico degli algoritmi che descrivono e lo studio sistematico degli algoritmi che descrivono e trasformano l’informazione: la loro teoria, analisi, trasformano l’informazione: la loro teoria, analisi, progetto, efficienza, realizzazione e applicazione progetto, efficienza, realizzazione e applicazione [ACM [ACM – Association for Association for Computing Computing Machinery Machinery] la scienza della rappresentazione e dell’elaborazione la scienza della rappresentazione e dell’elaborazione dell’informazione dell’informazione Cos’è la telecomunicazione? Cos’è la telecomunicazione? la trasmissione rapida a distanza dell’informazione la trasmissione rapida a distanza dell’informazione Attenzione: Attenzione: Non si parla di tecnologia dei calcolatori ! Non si parla di tecnologia dei calcolatori ! Si attribuisce ruolo centrale al concetto di Si attribuisce ruolo centrale al concetto di informazione ! informazione ! Informatica e telecomunicazione Informatica e telecomunicazione
Transcript of Informatica e telecomunicazione -...
1
InformaticaInformatica
Informatica
Informazione Automatica
È una disciplina nata dalla necessità di velocizzare le operazioni di calcolo matematico e per trattare l’informazione in modo automatizzato
Il computer è uno strumento concepito per l’eleborazione automatica dei dati
Cos’è l’informatica?Cos’è l’informatica?lo studio sistematico degli algoritmi che descrivono e lo studio sistematico degli algoritmi che descrivono e trasformano l’informazione: la loro teoria, analisi, trasformano l’informazione: la loro teoria, analisi, progetto, efficienza, realizzazione e applicazioneprogetto, efficienza, realizzazione e applicazione[ACM [ACM –– Association forAssociation for ComputingComputing MachineryMachinery]]la scienza della rappresentazione e dell’elaborazione la scienza della rappresentazione e dell’elaborazione dell’informazionedell’informazioneCos’è la telecomunicazione?Cos’è la telecomunicazione?la trasmissione rapida a distanza dell’informazionela trasmissione rapida a distanza dell’informazione
Attenzione:Attenzione:Non si parla di tecnologia dei calcolatori !Non si parla di tecnologia dei calcolatori !Si attribuisce ruolo centrale al concetto di Si attribuisce ruolo centrale al concetto di informazione !informazione !
Informatica e telecomunicazioneInformatica e telecomunicazione
2
Il problemaIl problema
?? L’informazione è oggi oggetto di grande interesse:L’informazione è oggi oggetto di grande interesse:• si parla, per esempio, di società dell’informazionesocietà dell’informazione ...• si parla, per esempio, di tecnologia dell’informazionetecnologia dell’informazione ...
ma ci si accorge immediatamente che quello di ma ci si accorge immediatamente che quello di informazioneinformazione è un concetto diversificato e complesso è un concetto diversificato e complesso ......• nel 1999 GM ha trattato più MIPS di IBM• nel 1996 il bilancio relativo alla gestione dell’informazione nel
sistema sanitario USA è stato superiore all’intero bilancio del settore dei mass-media
?? Ma cosa significa Ma cosa significa informazioneinformazione??
Una transizioneUna transizione?? L’evoluzione economicoL’evoluzione economico--industriale della industriale della
società occidentale può essere interpretata società occidentale può essere interpretata secondo tre fasisecondo tre fasi
• società prepre--industrialeindustriale: gestione della materiamateria• società industrialeindustriale: gestione dell’energiaenergia• società postpost--industrialeindustriale: gestione dell’informazioneinformazione
3
Un’altra transizioneUn’altra transizione?? Le Le retireti da sempre costituiscono per la società uno strumento da sempre costituiscono per la società uno strumento
indispensabile di trasporto, scambio e comunicazioneindispensabile di trasporto, scambio e comunicazione
?? … dapprima reti per il trasferimento di … dapprima reti per il trasferimento di personepersone e e beni materialibeni materiali::• reti stradali,• reti fluviali,• acquedotti,• reti fognarie,• …
?? … quindi anche reti … quindi anche reti infrastrutturaliinfrastrutturali per il trasferimento di per il trasferimento di energiaenergia::• reti elettriche,• gasdotti,• reti petrolifere,• …
?? … infine anche reti per il trasferimento di … infine anche reti per il trasferimento di informazioneinformazione::• reti telegrafiche,• reti telefoniche,• reti televisive,• reti informatiche,• …
Ma il problema rimane …Ma il problema rimane …??Cosa significa informazione?Cosa significa informazione?
• Un esempio: lampioni e semafori ...al di là delle differenze materiali, funzionalmente che differenza c’è?
Energia elettricaEnergia elettrica(alimentazione)(alimentazione)
LuceLuce(energia)(energia)
Energia elettricaEnergia elettrica(alimentazione)(alimentazione)
LuceLuce(energia)(energia)
Informazione !!Informazione !!
4
I calcolatori: cos’hanno di speciale?I calcolatori: cos’hanno di speciale?
?? Molti strumenti sono stati progettati e Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare informazione:realizzati per trattare informazione:• le matite servono per scrivere
(non per trasferire grafite su carta)• i violini servono per suonare
(non per produrre onde acustiche)
?? A differenza di questi, i calcolatori sono A differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabilidispositivi programmabili..
?? Ma cosa significa Ma cosa significa programmabileprogrammabile??
Elaborazione dell’informazioneElaborazione dell’informazione?? La La programmabilitàprogrammabilità di un di un
dispositivo attiene alle dispositivo attiene alle modalità con cui esso gestisce modalità con cui esso gestisce informazioneinformazione
?? Per esempio, per risolvere Per esempio, per risolvere questo problema, si può:questo problema, si può:• provare e riprovare
(= operare nel mondo fisico)• fare i conti a mente• fare i conti con carta e penna
(= operare con supporti passivi)
• fare i conti con una calcolatrice(= operare con supporti “rigidi”)
• oppure …Quando si gestisce informazione,Quando si gestisce informazione,si opera su si opera su datidati mediante mediante istruzioniistruzioni
5
I primi calcolatori meccaniciI primi calcolatori meccanici /1/1?? BlaiseBlaise PascalPascal (1623(1623--1662)1662)
dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per l’esecuzione di una manovella) per l’esecuzione di sommesomme e e sottrazionisottrazioni..
?? Gottfried Wilhelm Gottfried Wilhelm vonvon LeibnizLeibniz (1646(1646--1716)1716)introduce anche introduce anche moltiplicazionimoltiplicazioni e e divisionidivisioni(~ calcolatrice a quattro funzioni).(~ calcolatrice a quattro funzioni).
?? Charles Babbage (1792Charles Babbage (1792--1871)1871)progetta e realizza un “progetta e realizza un “differencedifference engineengine””• calcola tabelle di numeri utili per la navigazione;•• unicounico algoritmo: polinomiale alle differenze finitepolinomiale alle differenze finite;• output: forifori su una piastra di rame
(~ schede perforate).
I primi calcolatori meccaniciI primi calcolatori meccanici /2/2??CharlesCharles BabbageBabbage (1792(1792--1871)1871)
macchina programmabile: “macchina programmabile: “analyticalanalyticalengineengine””• Formata da quattro parti:
•• storestore (memoria: 1000 celle × 50 cifre),•• millmill (unità di calcolo: 4 operazioni + trasferimento
dati), •• inputinput (lettore schede),•• outputoutput (perforatore schede).
6
Il periodo bellicoIl periodo bellico /1/1?? KonradKonrad ZuseZuse (Germania, anni ’30 e ’40)(Germania, anni ’30 e ’40)
• Realizza macchine calcolatrici automatiche basate su relè relè elettromagneticielettromagnetici.
?? John AtanasoffJohn Atanasoff ((IowaIowa State College, anni ’30)State College, anni ’30)• Macchina basata sull’aritmetica binariaaritmetica binaria.• Memoria basata su condensatoricondensatori rinfrescati periodicamente.• Troppo avanzata per la tecnologia disponibile (problemiproblemi HWHW).
?? GeorgeGeorge StibbitzStibbitz ((BellBell LabsLabs, anni ’30), anni ’30)• Calcolatore più primitivo rispetto a quello di Atanasoff, ma
funzionantefunzionante!! (presentato a una conferenza nel 1940)?? HowardHoward AikenAiken ((HarvardHarvard, anni ’40), anni ’40)
• Riprende il lavoro di Babbage e lo implementa sfruttando la tecnologia dei relè elettromagneticirelè elettromagnetici.
Il periodo bellicoIl periodo bellico /2/2?? Negli anni ’40 si sviluppa una nuova tecnologia: le Negli anni ’40 si sviluppa una nuova tecnologia: le
valvole termoionichevalvole termoioniche rendono obsoleti i rendono obsoleti i relè relè elettromagneticielettromagnetici..
?? COLOSSUSCOLOSSUS (Inghilterra 1943)(Inghilterra 1943)• Primo calcolatore digitale elettronico.
?? ENIACENIAC ((MauchleyMauchley ed ed EckertEckert -- USA 1946)USA 1946)•• Electronic Numerical Integrator And ComputerElectronic Numerical Integrator And Computer.• Composto da 18 00018 000 valvole e 15001500 relé per un peso
complessivo di 30 t30 t e un consumo di 140 140 kwkw.
7
JohnJohn vonvon NeumannNeumann?? Partecipa al progetto ENIAC.Partecipa al progetto ENIAC.?? Due intuizioni fondamentali:Due intuizioni fondamentali:
• memorizzare i programmi in forma digitaleforma digitale nella stessa memoria dei dati per rendere più semplice la programmazione (rispetto all’utilizzo di cavi e interruttori);
• utilizzare l’aritmetica binarial’aritmetica binaria invece di quella decimale (due valvole per bit invece di dieci per cifra).
?? Il suo progetto (Il suo progetto (macchina di macchina di vonvon NeumannNeumann) è ancora ) è ancora oggi alla base di quasi tutti i calcolatori digitali.oggi alla base di quasi tutti i calcolatori digitali.
L’architettura di L’architettura di VonVon NeumannNeumann?? Un calcolatore deve essere in grado di:Un calcolatore deve essere in grado di:
• eseguire istruzioni su dati;• controllare il flusso dell’esecuzione;• memorizzare i dati su cui operare;• memorizzare successioni di istruzioni;• interagire con gli utenti e con eventuali altri sistemi.
Sottosistemadi interfaccia
Sottosistemadi memorizzazione
Sottosistemadi elaborazione
Sottosistema di interconnessione
Ha due funzioni:1. eseguire le istruzioni;2. controllare il flusso
dell’esecuzione.
Comunica con utentio con altri dispositivi
Memorizza datie istruzioni
8
Il transistorIl transistor?? Inventato ai Inventato ai BellBell LabsLabs nel nel 19481948 da da JohnJohn BardeenBardeen, ,
Walter Walter BrattainBrattain e William e William ShockleyShockley::• nel giro di 10 anni rivoluziona la ricerca sui calcolatori;• alla fine degli anni ’50 i calcolatori a valvole sono già obsoleti.
?? DigitalDigital EquipmentEquipment CorporationCorporation (DEC)(DEC)• fondata nel 1957 da Kenneth Olsen;• nel 1961 realizza il PDP–1, il primo minicalcolatoreminicalcolatore.
?? Sviluppo della tecnologia dSviluppo della tecnologia d’’integrazione:integrazione:• decine (SSI), centinaia (MSI) e migliaia (LSI) di transistor sono
integrati sullo stesso pezzo di silicio (chip);• possibilità di realizzare calcolatori più piccoli, più veloci e
meno costosi dei loro predecessori.?? Due famiglie di calcolatori rappresentative:Due famiglie di calcolatori rappresentative:
• 360 di IBM• PDP-11 di DEC
VeryVery LargeLarge Scale Scale IntegrationIntegration (VLSI)(VLSI)?? 105105––107 transistor integrati per chip.107 transistor integrati per chip.?? Passaggio dai Passaggio dai minicalcolatoriminicalcolatori, alle , alle workstationworkstation, ai , ai
Personal ComputerPersonal Computer (PC):(PC):• usati per applicazioni fortemente interattivefortemente interattive (elaborazione
testi, fogli elettronici, …);• in origine proposti come kit da assemblarekit da assemblare, senza software;• due architetture principali:
•• AppleApple (basato su CPU Motorola e PowerPC)• primo PC, progettato da Steve Jobs e SteveWozniak nel ’78,•• architettura proprietariaarchitettura proprietaria!
•• IBMIBM e compatibili (CPU Intel e SW Microsoft – “Wintel”)• realizzato utilizzando componenti “off the shelf”,•• architettura di dominio pubblicoarchitettura di dominio pubblico, quindi replicabile da altri (cloni)!
9
rete
Il calcolatore in un sistemaIl calcolatore in un sistema
interfacciautente
automazione
ambiente da ambiente da controllarecontrollare
sensori
calcolatore calcolatore localelocale
calcolatore calcolatore remotoremoto
attuatori
Interazione tra utenti e Interazione tra utenti e calcolatoricalcolatori
a b c
d e f
?? Ciclo aCiclo a--ff• interazione tra un utente e un calcolatore• esecuzione locale di un programma o accesso a documentazione loc ale
?? Ciclo aCiclo a--bb--ee--ff• interazione tra un utente e un calcolatore remoto, mediata da un
secondo calcolatore in rete con il primo• esecuzione remota o distribuita di un programma o accesso a
documentazione remota?? Ciclo aCiclo a--bb--cc--dd--ee--ff
• interazione tra utenti mediata da calcolatori• esecuzione distribuita e cooperativa di un programma o scambio di
documentazione
10
Il concetto di informazioneIl concetto di informazione
Configurazione 1Configurazione 1 Configurazione 2Configurazione 2
un fogliocosparso di
macchie
Informazione e supportoInformazione e supporto
?? L’informazione è “L’informazione è “portata daportata da”, o “”, o “trasmessa trasmessa susu”, o “”, o “memorizzata inmemorizzata in”, o “”, o “contenuta incontenuta in” ” qualcosa; questo “qualcosa; questo “qualcosaqualcosa” però non è ” però non è l’informazione stessa.l’informazione stessa.
?? Ogni supporto ha le sue caratteristiche in Ogni supporto ha le sue caratteristiche in quanto mezzo su cui può essere scritta quanto mezzo su cui può essere scritta dell’informazionedell’informazione..
11
Informazione e supporti (1)Informazione e supporti (1)
La stessa informazione può essere La stessa informazione può essere scritta su scritta su supporti differentisupporti differenti..
1010
9
11
8
67
Informazione e supporti (2)Informazione e supporti (2)
Lo Lo stesso supportostesso supporto può portarepuò portareinformazioni differentiinformazioni differenti..
fare
burro
italiano
tariffa, prezzo, …inglese
to make, to do, to build, …
italiano
asino, cavalletto, somaro, …spagnolo
mantequilla, manteca, …
12
Informazione e supporto (3)Informazione e supporto (3)?? Distinguere informazione e supporto fisico è Distinguere informazione e supporto fisico è
distinguere tra “distinguere tra “entità logicheentità logiche” ed “” ed “entità entità fisichefisiche”:”:• l’informazione richiede un supporto fisicorichiede un supporto fisico, ma non
coincide con esso;• l’informazione è un’entità extraextra--fisicafisica, non
interpretabile in termini di materia-energia e sottoposta alle leggi della fisica solo perché basata su un supporto fisico.
?? L’informazione si può L’informazione si può crearecreare e e distruggeredistruggere..
Quali caratteristiche deve avere un sistema Quali caratteristiche deve avere un sistema fisico per supportare informazioni?fisico per supportare informazioni?
?? Si ottiene informazione quando, dato un Si ottiene informazione quando, dato un insieme di alternative possibili, la lettura del insieme di alternative possibili, la lettura del supporto ne elimina alcune e ne seleziona supporto ne elimina alcune e ne seleziona altre.altre.
?? Condizione necessariaCondizione necessaria perché un supporto perché un supporto possa portare informazione è che possa possa portare informazione è che possa assumere assumere configurazioni differenticonfigurazioni differenti, a ognuna , a ognuna delle quali venga associata una differente delle quali venga associata una differente entità di informazioneentità di informazione..
13
InformazioneInformazioneIl concetto di informazione implica quello diIl concetto di informazione implica quello di sceltasceltaEsempio:Esempio:
di che colore è la luce accesa del semaforo all’incrocio?di che colore è la luce accesa del semaforo all’incrocio?
La luce del semaforo è ..........La luce del semaforo è ..........
scelta fra { { rosso, giallo, verde} }scelta fra { { rosso, giallo, verde} }
… scelta di un valore tra quelli definiti in un insieme finito d… scelta di un valore tra quelli definiti in un insieme finito di i elementielementi
… nessun altro valore che non appartiene a { { rosso, giallo, … nessun altro valore che non appartiene a { { rosso, giallo, verde} } potrà essere usato per definire il colore della luce verde} } potrà essere usato per definire il colore della luce accesa del semaforo ...accesa del semaforo ...l’eleborazionel’eleborazione automatica dei datiautomatica dei dati
TIPO e VALORETIPO e VALORETIPO dell'informazione: insieme finito nel quale vieneTIPO dell'informazione: insieme finito nel quale vieneeffettuata la sceltaeffettuata la sceltaVALORE dell’informazione: l'elemento sceltoVALORE dell’informazione: l'elemento scelto
… Tipo e Valore non bastano ...… Tipo e Valore non bastano ...
esempio: esempio: numeri interi numeri interi 2.000.0002.000.000
… ma cosa rappresenta il valore 2.000.000?… ma cosa rappresenta il valore 2.000.000?gli abitanti di Napoli? il patrimonio di Mario Rossi ? ilgli abitanti di Napoli? il patrimonio di Mario Rossi ? ilnumero di articoli venduti dalla ACME numero di articoli venduti dalla ACME SpASpA? .....? .....tipo valoretipo valore
Tipo Valore
14
ATTRIBUTOATTRIBUTOATTRIBUTOATTRIBUTO: definisce il significato dell’informazione, ossia serve : definisce il significato dell’informazione, ossia serve
a capire di cosa si tratta e ad identificarla (distinguerla da a capire di cosa si tratta e ad identificarla (distinguerla da altre)altre)
Esempio:Esempio:
Il cliente è il sig. Ugo
Attributo Valore
la soluzione dell'equazione è 3,5
Tipo: Nome di persona
Tipo: Numero reale
InformazioneInformazioneDefinizione:Definizione:
L'informazione è la terna di elementiL'informazione è la terna di elementi{{TIPOTIPO, , ATTRIBUTOATTRIBUTO, , VALOREVALORE}}
se manca uno di questi elementi non si ha informazione!se manca uno di questi elementi non si ha informazione!
15
…attenzione !non confondere un valore e la sua
rappresentazioneQUATTRO 4 IV
… tre diverse rappresentazioni di uno stesso valore
… altro esempio
“Quattro di quadri” 4
CardinalitàCardinalità di un tipo e Quantità di di un tipo e Quantità di informazioneinformazione
Ogni tipo ha una propria Ogni tipo ha una propria cardinalitàcardinalità n n che è pari al numero di elementi che compongono il tipoche è pari al numero di elementi che compongono il tipo
La La cardinalitàcardinalità esprime il esprime il numero di elementinumero di elementi tra cui sceglieretra cui scegliere
La La cardinalitàcardinalità può essere usata per misurare la quantità di può essere usata per misurare la quantità di informazioneinformazione
16
CardinalitàCardinalità di un tipo e Quantità di di un tipo e Quantità di informazioneinformazione
Una scelta fra valori di un tipo a Una scelta fra valori di un tipo a cardinalitàcardinalità n é più n é più complessa di una scelta fra valori di un tipo a complessa di una scelta fra valori di un tipo a cardinalitàcardinalità mm
Una Una cardinalitàcardinalità n>m, implica che il tipo a n>m, implica che il tipo a cardinalitàcardinalità n n ha una quantità di informazione maggiore di quello ha una quantità di informazione maggiore di quello a a cardinalitàcardinalità mm
N.B. nell'universo esistono infiniti tipi, un ambiente di N.B. nell'universo esistono infiniti tipi, un ambiente di elaborazione è caratterizzato da un numero finito elaborazione è caratterizzato da un numero finito e definito di tipie definito di tipi
Misura dell’informazioneMisura dell’informazione
La scelta più elementare è quella fra elementi La scelta più elementare è quella fra elementi di un tipo a di un tipo a cardinalitàcardinalità 2 (al di sotto di 2 2 (al di sotto di 2 non c’è scelta ...)non c’è scelta ...)
BITBIT::è la quantità di informazione associata ad ogni è la quantità di informazione associata ad ogni
informazione il cui tipo ha informazione il cui tipo ha cardinalitàcardinalità 22
il BIT è l’unità di misura dell’informazioneil BIT è l’unità di misura dell’informazione
17
Misura dell’informazioneMisura dell’informazione
E' possibile stabilire a quanti bit equivale la E' possibile stabilire a quanti bit equivale la quantità di un’informazione il cui tipo sia a quantità di un’informazione il cui tipo sia a cardinalitàcardinalità nn
Il problema può essere posto in questi termini:Il problema può essere posto in questi termini:
a quante scelte fra 2 equivale una scelta a quante scelte fra 2 equivale una scelta fra n?fra n?e ha una semplice formulazione e ha una semplice formulazione matematicamatematica
EsempioEsempio
Me Gio DoLu Ma Ve Sa
Me Gio Lu Ma
DoVe Sa
Lu Ma
Me Gio
Ve Sa Do
Lu Ma Me Gio Ve Sa Do
… una scelta fra 7 elementi è equivalente a 3 scelte fra 2 insiemi
18
Misura dell’informazioneMisura dell’informazioneFormulazione matematicaFormulazione matematica
B = [log n] 2B = [log n] 2
B = quantità di informazione in BITB = quantità di informazione in BITn = n = cardinalitàcardinalità del tipodel tipo[x] operazione che associa ad x il minimo numero intero [x] operazione che associa ad x il minimo numero intero
maggiore o uguale ad xmaggiore o uguale ad x
… ovvero B è pari alla parte intera di log2 n, maggiorata di 1 s… ovvero B è pari alla parte intera di log2 n, maggiorata di 1 se la e la parte decimale è diversa da 0parte decimale è diversa da 0
… ovvero B è l’esponente da dare a 2 affinché la potenza… ovvero B è l’esponente da dare a 2 affinché la potenzarisultante sia pari al minimo numero maggiore o uguale di nrisultante sia pari al minimo numero maggiore o uguale di n
2B>n2B>n
Esempi:Esempi:
colore semaforo 2 bitcolore semaforo 2 bitseme carta 2 bitseme carta 2 bitcifra decimale 4 bitcifra decimale 4 bitlettera alfabeto italiano 5 bitlettera alfabeto italiano 5 bitnumero lotto 7 bitnumero lotto 7 bit
una regione di Italia ..........una regione di Italia ..........uno studente in aula ..........uno studente in aula ..........un cittadino di Napoli ..........un cittadino di Napoli ..........un italiano ..........un italiano ..........
19
Misura dell’informazioneMisura dell’informazione
il bit ha solo multipli
byte 8 bit (23 )K 1024 bit (210 )Kbyte 1024 byte (210 byte)M 1048576 bit (220 )Mbyte 1048576 byte (220 byte)G 1073741324 bit (230 )Gbyte 1073741324 byte (230 byte)
