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Dispensa programma B (pdf, it, 1044 KB, 1/26/11)

1. Curriculum doc Figura 26 Struttura ad albero del file system di Microsoft Windows Windows da una lettera es C si trovano i vari files seguendo una serie di collegamenti che definiscono una struttura ad albero come quella disegnata in Figura 26 sistemi operativi distinguono in generale differenti tipi di file assegnando per esempio degli attributi per distinguere se si tratta di file binari o di testo codificati in ASCII se sono eseguibili i programmi o non eseguibili i file di dati Alcuni sistemi operativi es Windows associano tipi diversi a file prodotti con programmi diversi es Word Excel ed in genere lo fanno attraverso le ultime lettere del nome estensioni Grazie a tali distinzioni possibile per esempio fare in modo che nelle interfacce grafiche si attribuisca una diversa icona a ciascun tipo di file e sia possibile lanciare l applicazione con cui stato salvato il file semplicemente premendo il tasto del mouse quando il puntatore sovrapposto sull icona del file stesso Altri attributi che vengono assegnati dal sistema operativo ai file riguardano data e ora di creazione e le informazioni sull utente che ha creato il file e i diritti di accesso Questi ultimi indicano quali operazioni possano essere esercitate da ciascun utente sul file In calcolatori che possono essere utilizzati da pi utenti infatti i sistemi operativi possono fare in modo che per esempio utenti generici possano leggere i
2. 5 2 Mezzi trasmissivi In una rete di calcolatori i computer possono essere distanti fisicamente gli uni dagli altri nell esempio in Errore sorgente del riferimento non trovata il computer C pu essere in un ufficio il B in un altro e l elaboratore centrale in una palazzina a se stante ma se parliamo di reti ampie geografiche le macchine possono trovarsi in continenti diversi Le linee di interconnessione saranno di tipo differente a seconda del tipo di dati da trasmettere della loro quantit e della distanza tra le stazioni In una rete complessa saranno poi spesso necessari apparecchi ausiliari in grado di ripetere amplificare e distribuire i segnali Mezzo Velocit Larghezza banda Distanza ripetitori Doppino telefonico _ Mbit s Cavo coassiale e Mbit s Km Fibra ottica TAEK Tabella 2 Tipologie di mezzi trasmissivi comuni mezzi trasmissivi impiegati nella costruzione di reti informatiche si distinguono principalmente in due tipi guidati cavi fibre ottiche e non guidati segnali radio Quantit e qualit del segnale che passa attraverso tali canali determinano le scelte delle 58 Fondamenti di Informatica connessioni da realizzare Occorre quindi considerare la larghezza di banda da cui dipende la capacit del canale funzione anche del protocollo utilizzato per la codifica l attenuazione del segnale lungo lo stesso e le eventuali interferenze subite dall esterno Altro parametro dei mezzi tr
3. Esempi di servizi il WWW World Wide Web World Wide Web cui ci si riferisce spesso con gli acronimi WWW o W3 sicuramente il Internet 75 servizio di maggiore successo su Internet Il successo del web stato tale che attualmente per la maggior parte degli utenti essa coincide con la rete stessa Sebbene questa convinzione sia tecnicamente scorretta indubbio che gran parte dell esplosione del fenomeno Internet a cui si assistito in questi ultimi anni sia legata proprio alla diffusione di questo servizio e che nel linguaggio comune l errata equivalenza tra Internet e Web sia comunemente utilizzata La storia del World Wide Web inizia nel maggio del 1990 quando Tim Berners Lee un ricercatore del CERN di Ginevra il noto centro ricerche di fisica delle particelle presenta ai dirigenti dei laboratori una relazione intitolata Information Management a Proposal La proposta di Berners Lee ha l obiettivo di sviluppare un sistema di pubblicazione e reperimento dell informazione distribuito su rete geografica che tenesse in contatto la comunit internazionale dei fisici Nell ottobre di quello stesso anno iniziano le prime sperimentazioni Per alcuni anni comunque il World Wide Web resta uno strumento per pochi eletti L impulso decisivo al suo sviluppo viene solo agli inizi del 1993 dal National Center for Supercomputing Applications NCSA dell Universit dell Illinois Basandosi sul lavoro del CERN Marc Andressen che po
4. Unix Il sistema nacque presso gli AT amp T Bell Labs e si mantenne all avanguardia in quanto sviluppato nelle universit almeno per quanto riguarda il supporto efficiente alla programmazione ed all esecuzione di programmi di calcolo Esso introdusse tra l altro caratteristiche come e multitasking e multiutenza e protezione accessi diritti su file sicurezza e ottima integrazione in rete e portabilit dei programmi Le pi recenti evoluzioni dei sistemi operativi Microsoft e Apple hanno fatto acquisire agli stessi molte caratteristiche di Unix mentre un sistema di tipo Unix adattato all architettura Intel da Linus Torvalds e detto per questo Linux si diffuso come alternativa ai sistemi Windows sui comuni PC adottando anche interfacce grafiche user friendly simili a quelle di Windows che lo rendono estremamente competitivo anche per le applicazioni di interesse generale anche per il fatto che si tratta di software libero che non richiede Sistemi operativi e applicazioni software 51 licenze d uso 4 10 BIOS Il sistema operativo fin qui descritto e che risiede nel disco rigido del PC non pu essere l unico software presente nel calcolatore anche perch non risiede in memoria alla sua accensione All accensione del computer si avviano delle routine esterne che devono controllare lo stato dell hardware e delle periferiche e caricare i programmi del sistema operativo dal disco rigido alla memoria centrale Questi program
5. uguale a 1 024 byte Kbps Migliaia Bit per Secondo Una misura della velocit di trasmissione dati Kernel La parte principale del sistema operativo Viene caricato in memoria subito dopo il BIOS e si occupa del trasferimento dei dati fra le componenti del sistema disco fisso RAM CPU schede interfacce e della gestione della CPU Riceve ed inoltra i comandi dell utente tramite la shell KHz KiloHertz Misura di frequenza pari a 1000 cicli al secondo LAN Local Area Network Rete di computer limitata ad un area circoscritta un ufficio un edificio LCD Liquid Crystal Display tipo di tecnologia utilizzata per i monitor dei computer basato sulle propriet ottiche di particolari sostanze denominate cristalli liquidi LED Light Emitting Diode diodi che emettono luce usati per le spie e gli indicatori luminosi 88 Fondamenti di Informatica presenti sulla maggior parte delle apparecchiature elettroniche modem monitor tastiera sono led in genere verdi per indicare che l apparecchio funziona o rossi per indicare un guasto od un problema Linguaggio di programmazione Linguaggio formale dotato di una sintassi e di una semantica ben definite utilizzabile per l implementazione di algoritmi per una macchina automatica tipicamente un computer Linux Sistema operativo libero di tipo Unix o unix like costituito dall integrazione del kernel Linux con elementi del sistema GNU e di altro software sviluppato e di
6. SMP Symmetrical MultiProcessing architettura che consente l utilizzo di pi di un processore sullo stesso computer Utilizzata su server o stazioni grafiche Software Programma o insieme di programmi per elaboratore elettronico Software libero free software Software rilasciato con licenza che permetta a chiunque di utilizzarlo e ne incoraggi lo studio le modifiche e la redistribuzione Spyware Tipo di malware che registra ed invia in rete informazioni sul comportamento online dell utente SVGA Super Virtual Graphics Array standard pi diffuso per i monitor Consente la visualizzazione di 256 colori con una risoluzione di 1 024 per 768 punti Swapping Procedura di trasferimento del contenuto di parte della memoria RAM sul disco rigido che verr ricaricata quando richiesto necessaria se la memoria utilizzata dai processi maggiore della memoria fisica Implica un notevole rallentamento nelle prestazioni del calcolatore a causa dell elevato tempo di accesso al disco rigido T1 Un circuito punto a punto a lunga distanza che fornisce ventiquattro canali a 64 kilobit al secondo Kbit sec offrendo un ampiezza totale di banda di 1 544 megabit al secondo T3 Un servizio di comunicazioni punto a punto a lunga distanza che fornisce fino a ventotto canali T1 T3 pu trasportare 672 canali a 64 kilobit al secondo per un ampiezza totale di banda di 44 736 megabit al secondo ed di solito disponibile su cavi in fibra ottica Terab
7. craccato o piratato Notare che in termini da informatici vi differenza tra cracker e il termine similare hacker che non ha necessariamente una connotazione di criminalit Non tutto il software utile per necessariamente costoso e neppure necessariamente a pagamento Esistono programmi che alcune aziende distribuiscono anche gratuitamente con vari tipi di licenze es shareware versioni di prova abandonware vecchie versioni ecc Ma soprattutto esiste un grandissimo movimento teso allo sviluppo e la diffusione di software non proprietario cio libero creato con criteri diversi da quelli del profitto 54 Fondamenti di Informatica aziendale ma non per questo meno efficiente o utile Il software libero nasce in ambito scientifico educativo ove normale che una grande comunit collabori a progetti comuni Cos nono nati i sistemi operativi di tipo Unix compreso Linux che ormai una valida alternativa ai sistemi Microsoft ma allo stesso modo grandi comunit lavorano allo sviluppo di programmi per i pi disparati utilizzi Per quasi tutti i tipi di applicazioni utente citate sopra esistono ormai ottime alternative di software libero ai costosi programmi commerciali disponibili per tutte le piattaforme e sistemi operativi proprietari e non Visto che anche sul fenomeno del software libero o delle licenze d uso l informazione non sempre ottimale e visti i grossi vantaggi economici e di efficienza c
8. libero GIF Graphics Interchange Format Diffuso formato di codifica dei file contenenti immagini grafica e fotografie GNOME GNU Network Object Model Environment Ambiente desktop sviluppato come software libero per le piattaforme GNU Linux GNU Progetto di sviluppo di software libero che ambisce a creare un sistema completo sdi programmi per coprire ogni necessit informatica Fulcro del Progetto GNU la licenza chiamata GNU General Public License GNU GPL che sancisce e protegge le libert fondamentali dello sviluppo free Gruppo di continuit Apparecchiatura che consente un alimentazione elettrica senza interruzioni Contiene un accumulatore che si sostituisce immediatamente alla linea elettrica qualora questa venga ad interrompersi Hard Disk Disco rigido memoria non volatile di tipo magnetico utilizzata come memoria di massa nella maggior parte dei personal computer Hardware Termine che indica tutte le parti fisiche del calcolatore CPU schede cavi dispositivi elettronici tastiera mouse ecc HDD Hard Disk Drive disco rigido interno al computer Hz Hertz Misura della frequenza tipicamente misurata in cicli per Secondo Host un termine generico usato per indicare un calcolatore connesso in rete a Internet che pu ospitare come server programmi utilizzati da pi utenti HTML Hyper Text Mark Up Language Linguaggio di marcatura usato per descrivere i documenti ipertestuali disponi
9. Espandibilit le risorse hardware possono essere aumentate in modo semplice Condivisione di risorse i calcolatori in rete possono facilmente condividere insiemi di dati collezioni di documenti dispositivi hardware Questo consente di avere i dati sempre sincronizzati l ufficio acquisti di un azienda avr i dati di magazzino sempre aggiornati con evidenti vantaggi per il lavoro Inoltre l organizzazione pu risparmiare acquistando meno hardware non serve pi una stampante per ogni stazione ma bastano poche stampanti condivise e meno software Comunicazione una rete pu sostituire sistemi di comunicazione tradizionali posta telefono TV ecc Ovviamente ci sono anche prezzi da pagare e problemi da risolvere da valutare attentamente per ogni caso Eterogeneit dei sistemi e dei loro collegamenti con relative spese di gestione per interfacce di collegamento tra sistemi differenti e problemi di manutenzione Insufficienza dei servizi la tecnologia del software delle reti non ancora sufficientemente matura Saturazione della rete i sistemi tradizionali di comunicazione linee telefoniche non erano progettati per il transito di grandi quantit di dati Il carico eccessivo delle linee pu disturbare e o compromettere l attivit di un singolo PC tempi di attesa lunghi collisioni di dati sulla rete e perdita di informazioni Sicurezza pi facile scambiarsi informazioni e pi difficile garantirne la sicurezza
10. cio la ripetizione continua delle fasi di lettura delle istruzioni di programma dei dati decodifica ed esecuzione dell istruzione e passaggio all istruzione successiva Anch essa conterr dei registri per memorizzare lo stato delle operazioni in corso e per gestire operazioni di servizio Registri fondamentali della CPU sono e il registro degli indirizzi di memoria MAR Memory Address Register in e esso viene memorizzato l indirizzo di memoria dove estrarre o scrivere il dato ed collegato direttamente al bus indirizzi e il registro dei dati di memoria MDR Memory Data Register che contiene una copia del dato letto o da scrivere ed quindi collegato al bus dati e il contatore di programma PC che in realt non conta nulla ma memorizza l indirizzo di memoria dove si trova la prossima istruzione da eseguire e il registro della istruzione corrente IR che contiene l istruzione corrente che deve essere decodificata ed eseguita e il registro delle interruzioni Il microprocessore che integra le componenti della CPU realizzato unendo minuscoli transistor cio dispositivi a semiconduttore in grado di assumere stati diversi in funzione delle tensioni applicate acceso spento La capacit di elaborazione del processore dipende ovviamente dal numero di transistor integrati in esso La stupefacente crescita dipende anche dalla miniaturizzazione dei contatti dei circuiti integrati che sono ormai giunti alla tecnologia 0 13 0 1
11. log2 X 1 Nel sistema binario le operazioni aritmetiche si fanno esattamente come nel sistema decimale Ad esempio la somma si fa cifra a cifra con il riporto alla posizione successiva 0 0 0 O 1 1 1 0 1 Td 0 con riporto di 1 1 1 1i 1 con riporto di 1 Nell esempio sotto vediamo la stessa operazione eseguita in binario e decimale 10010110 15010 11011010 21810 101110000 36810 Abbiamo detto che i numeri interi rappresentati in binario sul calcolatore hanno limiti superiore ed inferiore Se le operazioni che facciamo devono generare numeri al di fuori da questi limiti il risultato del calcolo automatico sar errato gli errori di questo tipo si chiamano Overflow e Underflow a seconda del fatto che il risultato sia maggiore del limite superiore o inferiore al limite pi basso Si pu avere overflow se il risultato delle operazioni richiede un numero maggiore di bit di quanto disponibile ad esempio se abbiamo 4 bit ed eseguiamo la seguente operazione otteniamo un risultato errato 1100 0111 1011 che in decimale significa Codifica dell informazione 33 12 7 11 Per avere il corretto risultato occorrerebbe un bit in pi 01000 00111 110011 Gli errori di overflow e underflow vanno chiaramente tenuti in conto dai programmatori per evitare di ottenere risultati completamente errati e devono quindi essere sempre prevenuti Per passare dai numeri interi ai naturali negativi compresi quindi esistono div
12. rilevante Tutto questo non deve farci per dimenticare che tutte le attivit svolte dal calcolatore nascono sempre dalla scrittura di algoritmi in opportuni linguaggi descrittivi quella che si chiama programmazione che vengono poi tradotti nei linguaggi a basso livello del calcolatore mediante quelle che vengono chiamate compilazione o interpretazione Dunque non deve stupire che magari qualche volta i programmi che utilizziamo falliscano o si blocchino o magari ci siano errori nelle elaborazioni la colpa contrariamente a quanto viene talvolta detto da non addetti ai lavori non mai del computer ma di errori nella scrittura degli algoritmi nella programmazione o nella selezione dei dati Il lavoro degli informatici cerca di ridurre questi errori e quindi discipline fondamentali per chi studia l informatica sono sicuramente lo studio degli algoritmi dei linguaggi e delle tecniche di programmazione Senza addentrarci in queste materie ricordiamo soltanto le propriet principali degli algoritmi Il concetto di algoritmo termine che deriva dal nome di un matematico arabo Al Khowarizmi che contribu alla fondazioni dell algebra non legato necessariamente al calcolatore elettronico ma ad un qualunque esecutore Quest ultimo un entit che in generale dovr essere in grado di compiere azioni elementari e di interpretare un linguaggio con cui queste azioni gli sono ordinate Per il resto esecu
13. scanner ad un computer per un veloce scambio di dati sviluppato dalla 92 Fondamenti di Informatica Shugart Associates negli anni 70 Permette la connessione di pi periferiche fino a 7 ad un solo canale ed il loro funzionamento contemporaneo SDRAM Synchronous DRAM tipo di RAM utilizzata nelle DIMM per la memoria principale dei personal di tipo Pentium e successivi Un segnale di clock temporizza e sincronizza le operazioni di scambio di dati con il processore raggiungendo una velocit almeno tre volte maggiore delle SIMM con EDO RAM SDRAM I Tipo di RAM presente sui moduli DIMM che costituisce una evoluzione delle SDRAM Chiamata anche DDR Seriale Metodo di comunicazione per cui i singoli elementi di un informazione sono trasmessi un bit alla volta Server Componente informatica che fornisce servizi ad altre componenti tipicamente chiamate client attraverso una rete Si parla di server sia per l hardware che per il software Secure Digital SD Il pi diffuso formato di meory card basate su memorue Flash che consentono una capacit fino a 16 Gb Versioni miniaturizzate per telefonini e dispositivi portatili prendono il nome di miniSD e microSD Shareware Software che si pu provare gratuitamente e che in genere ha licenza d uso limitata ad alcuni giorni dopo i quali viene proposto l acquisto Shell Programma che permette agli utenti di comunicare con il sistema mediante interprete di linea si comando e di avviar
14. Apache il database Mysql il client web Mozilla Firefox la suite OpenOffice usata tra l altro per scrivere questo libro e molti altri L utilizzo di software open source pu semplificare la vita di molti professionisti e consentire anche grossi risparmi a aziende e pubblica amministrazione Tornando invece al sistema operativo GNU Linux esso presenta molti vantaggi in termini di efficienza e sicurezza rispetto alle piattaforme rivali le interfacce utente sono ormai simili a quelle Apple e Microsoft L equivalente dei sistemi forniti dalle aziende commerciali sono le cosiddette distribuzioni cio unione di kernel linux e pacchetti di programmi curate da societ ed in vendita o da comunit di sviluppo che le rendono disponibili gratuitamente limiti maggiori alla diffusione di questi sistemi riguardano semplicemente la conoscenza del grande pubblico ed anche le strategie commerciali che fanno in modo che tutti i PC siano in genere venduti preinstallati e l assenza di corrispondenti free di programmi di intrattenimento e gioco Per l uso professionale per la loro maggiore sicurezza stabilit li fa spesso preferire 4 13 Il software maligno o malware Un ultima nota riguardante il software utente riguarda le problematiche di sicurezza Un altro effetto della complicata gestione dei programmi in esecuzione sulle moderne piattaforma che specie nei sistemi operativi proprietari non possibile controllare l esecuzio
15. Read Only Memory che possono essere solo lette queste possono essere non modificabili o programmabili dall utente con opportune metodologie ma non ovviamente durante l utilizzo del calcolatore Esempi di memorie ROM programmabili sono PROM EPROM EEPROM e cos via Le memorie su cui la CPU pu scrivere e leggere si chiamano ad accesso casuale o 12 Fondamenti di Informatica RAM Random Access Memory significa che si pu accedere ad ogni locazione direttamente mediante l indirizzo senza bisogno di scorrere tutte le locazioni precedenti Anche qui possiamo avere varie sigle a seconda della tecnologia adottata come SRAM DRAM CMOS Le RAM dinamiche DRAM si basano su condensatori invece che su transistor ne basta uno usato come interruttore dato che la carica sui condensatori si mantiene per pochissimo tempo devono essere riscritte periodicamente con un operazione che viene detta refresh Le RAM statiche SRAM utilizzano invece un circuito con pi transistor e risultano quindi molto pi costose e ingombranti ma anche molto pi veloci Bus indirizzi Read write Bus controllo _ Figura 5 Lettura e scrittura dalla memoria sul bus indirizzi viene indicata la casella per la scrittura lettura sul bus di controllo il comando da eseguire ed i dati vengono trasferiti sul bus dati parametri che caratterizzano le prestazioni della memoria sono e le dimensioni cio
16. ancora informazioni sull andamento della situazione meteorologica con immagini in tempo reale provenienti dai satelliti fototeche notizie di borsa aggiornate in tempo reale e integrate da grafici ma meglio fermarci qui ogni giorno nasce una nuova fonte di informazioni ed ogni enumerazione sarebbe incompleta non appena terminata Naturalmente si sono accorte delle potenzialit del Web anche le grandi e piccole imprese per molti analisti economici Internet la nuova frontiera del mercato globale Prima sono arrivate le grandi ditte produttrici di hardware e software dotate ormai tutte di un proprio sito Web attraverso il quale fornire informazioni ed assistenza sui propri prodotti annunciare novit e cosa assai utile dal punto di vista degli utenti rendere disponibili aggiornamenti del software Poi sono arrivate anche pizzerie e negozi di dischi agenti 76 Fondamenti di Informatica immobiliari ed artigiani della ceramica librerie e cataloghi di alimentazione naturale si vende via Internet si acquista in genere con carta di credito Le caratteristiche che hanno fatto di World Wide Web una vera e propria rivoluzione nel mondo della telematica possono essere riassunte nei seguenti punti e lasua diffusione planetaria e la facilit di utilizzazione delle interfacce e la sua organizzazione ipertestuale e la possibilit di trasmettere ricevere informazioni multimediali integrate con il documento e le semplicit di ges
17. centrale telefonica appena presentato quello di un sistema a commutazione di circuito cio la centrale predispone un collegamento fisico momentaneo cio per l intera durata della telefonata e continuo cio non vi possono essere interruzioni durante lo svolgimento della comunicazione Questo tipo di sistema adatto per trasportare segnali che per loro natura sono continui ad esempio la voce non riusciremmo a capire nulla se il segnale arrivasse a pezzetti in presenza di tempi morti ma non altrettanto adatto per il mondo dei calcolatori dove i Figura 31 Esempio di rete commutata segnali da trasmettere sono digitali sequenze di bit Il sistema a commutazione di circuito infatti genera delle inefficienze Il collegamento essendo esclusivo non pu essere ottimizzato trasportando anche dati di altri utenti durante i tempi morti della comunicazione Questo fatto causa una effettiva riduzione dell informazione che pu essere trasmessa in rete calcolatori che volessero dialogare tra loro troverebbero la linea occupata 60 Fondamenti di Informatica Per questo motivo nel mondo dell informatica si preferito il sistema a commutazione di pacchetto Tale sistema non prevede un collegamento continuativo e costante tra le stazioni interessate i dati vengono trasmessi a blocchi pacchetti di grandezza prestabilita La comunicazione avviene nel seguente modo la stazione sorgente suddivide i dati in pacchetti
18. che variano lungo l asse orizzontale ad es intensit sonora in funzione del tempo il campionamento acquisir i valori dello stesso nei soli istanti t t0 dt e la binarizzazione codificher ciascun campione con una stringa binaria rappresentante un approssimazione del valore della misura dell intensit fisica Il campionamento chiaramente introduce un errore dipendente dal passo di campionamento cio dal range di valori fisici codificati in un unico valore binario Figura 18 Esempi di segnale analogico sinistra e digitale destra Codifica audio Il suono pu essere trattato come un qualunque segnale analogico cio variabile con continuit nel tempo microfoni acquisiscono un segnale elettrico cio un valore di tensione variabile nel tempo e proporzionale all intensit dell onda sonora Per memorizzarlo e renderlo elaborabile al PC occorre campionarlo a tempi discreti e approssimarne il valore continuo con un valore numerico binario in un determinato sistema di codifica numerica in stringhe di bit ad esempio 8 16 o 24 bit Si parla in questo caso di Codifica dell informazione 35 codifica PCM pulse code modulation Il segnale digitalizzato sar in generale differente dall originale la differenza sar tanto minore quanto pi elevata sar la frequenza di campionamento e quanto pi sar elevato il numero di bit usati per la codifica dei valori di intensit La frequenza
19. dalla sostituzione delle valvole con i transistor frutto delle ricerche dei Bell Labs alla fine degli anni 40 transistor consentirono di ottenere computer pi piccoli affidabili e potenti In questo periodo cominciarono a nascere ed evolversi sistemi operativi per rendere semplice ed efficiente l uso dei calcolatori La terza generazione dei calcolatori vede invece l introduzione dei circuiti integrati chip Il circuito integrato fu inventato da J St Clair Killey della Texas Instruments nel 1958 il primo calcolatore commerciale a circuiti integrati fu IBM serie 360 In questo periodo vengono introdotti alcuni concetti base dei moderni sistemi operativi vedi Capitolo 4 come la multiprogrammazione e il time sharing La quarta generazione inizia nel 1971 con il primo microprocessore il 4004 realizzato dall italiano Federico Faggin presso la INTEL Un microprocessore una unit di elaborazione centrale CPU realizzata in un unico chip di costo molto basso In questo periodo vengono introdotte anche le memorie a semiconduttori meno ingombranti pi veloci e meno costose delle precedenti memorie a nuclei Nel 1976 nasce il primo personal computer l Apple che utilizzava il microprocessore 6502 della MOS Technology Nel 1980 L IBM introdusse sul mercato il PC IBM Personal Computer con microprocessore 8088 Intel e 64 Kbyte di memoria Il PC IBM utilizzava il sistema operativo DOS che divenne poi uno standard mondia
20. di posizione coordinate x e y e mediante la pressione di tasti invia prefissate sequenze di caratteri Esistono mouse di differenti tipi a pallina di gomma a LED e fotorivelatore su tavoletta tramata a LED senza tavoletta tramata Quest ultimo tipo si basa sull acquisizione dell immagine che sta sotto il mouse stesso da parte di un minuscolo sensore CCD in Figura 11 Mouse a pratica una telecamera Il LED serve per illuminare la regione due tasti ripresa Sulla pallina di gomma che muove due rulli si basa anche la trackball utilizzata da particolari applicazioni es postazioni pubbliche alcuni vecchi portatili e alcuni 20 Fondamenti di Informatica videogiochi Anche il joystick si usa soprattutto per i videogiochi e si basa su una leva che preme dei pulsanti quando inclinata fornendo le indicazioni di spostamento Il touchscreen un monitor sensibili al tocco del dito ma ha risoluzione in genere modesta basandosi sul fatto che il dito interrompe due fasci ortogonali di luce infrarossa tra fotoemettitori e fonorivelatori Si usa in ambito industriale e per postazioni dimostrative o servizi per il pubblico Stampante Mentre per i primi personal computer erano disponibili stampanti lente rumorose e costose la tecnologia moderna consente di trovare ottime stampanti a prezzi bassi Ci ha fatto in modo che curiosamente lera dell elettronica che si supponeva portare verso una riduzione nell utilizzo di carta e documenti stamp
21. due stazioni che sono entrate in comunicazione La stazione ricevente poi provveder a scartare i singoli protocolli eseguendo le operazioni della stazione mittente a ritroso e ai rispettivi stadi elminer i dati che non servono al livello superiore ripristinando infine le informazioni come sono state inviate dal livello pi alto della stazione trasmittente Un esempio per chiarire supponiamo che vi siano due filosofi uno italiano e l altro cinese che vogliono comunicare scambiandosi le proprie idee Il problema che sorge duplice innanzitutto essi non si capiscono per via della diversa lingua e inoltre non sono esperti di comunicazione non conoscono l uso del telefono quindi non sanno come fare a parlarsi Poich tuttavia la necessit di comunicare pi forte si decidono a costruire entrambi un sistema di comunicazione basato su tre stadi Il primo stadio quello dei filosofi che riflettono e che producono le informazioni da scambiare Il secondo stadio quello dei traduttori che traducono le informazioni provenienti dallo stadio precedente in una lingua universale ad esempio l inglese Il terzo stadio rappresentato dai fattorini e dagli impiegati postali che effettivamente creano il ponte tra un continente e l altro trasferendo le informazioni Le caratteristiche di questo sistema sono le seguenti ognuna delle persone coinvolte percepisce il collegamento in modo orizzontale ci significa che il filos
22. e di modalit di utilizzo specifiche all applicazione che possono essere apprese in modo abbastanza semplice da chi ne ha bisogno per la propria attivit e senza avere nozioni di come il programma od il computer funzionino Per questo molto spesso l atteggiamento dell utilizzatore di PC ingenuo consiste semplicemente nel pensare che gli utenti debbano solo farsi vendere a scatola chiusa una macchina che avvii il programma che gli occorre Quali vantaggi abbiamo ottenuto dal capire come questi programmi utilizzino le macchine attraverso i sistemi operativi come possano codificare i dati salvati come utilizzino la memoria ed il processore Molto pi di quanto potrebbe sembrare Chi usa un PC per far girare una determinata applicazione deve sapere ad esempio quali versioni dell applicazione sono disponibile per una data architettura ed un dato sistema operativo ed a che costi Ha sicuramente vantaggi nel sapere che i programmi eseguibili funzionano solo su un determinato processore e con un determinato sistema operativo che necessitano di una determinata quantit di memoria o di una scheda grafica con determinate caratteristiche Pu scegliere quindi ad esempio il computer adatto alle sue esigenze senza spendere pi del Sistemi operativi e applicazioni software 53 necessario per caratteristiche o programmi che non userebbe Pu decidere quale sistema operativo pi adatto per i programmi di cui fa utilizzo e per l architettura sc
23. elaborazione esempi sono ovviamente il monitor la stampante il plotter ecc Alcune unit possono essere anche bidirezionalii ad esempio i dispositivi di memorizzazione esterna come nastri dischi magneto ottici ecc Le unit esterne sono di varia natura e sono prodotti dai pi svariati costruttori Come possibile garantire che si adattino tutte al nostro PC La risposta risiede nei termini interfaccia e standard e Un interfaccia la connessione del computer con l esterno Si compone di un aspetto hardware la connessione fisica coi suoi spinotti maschio e femmina e i suoi piedini e di protocolli con cui i dati sono trasmessi attraverso di essa e Standard significa che i produttori di PC e periferiche si adattano ai tipi definiti di interfaccia di modo che non dovrebbero sussistere problemi di connessione Esistono organismi di standardizzazione ISO IEEE ecc che definiscono le specifiche dei vari aspetti del collegamento una volta che la tecnologia viene proposta e sperimentata e una volta definito lo standard i produttori devono adeguarsi ad esso Come vedremo poi chi programma le applicazioni del calcolatore non deve utilizzare conoscenze specifiche del dispositivo per utilizzarlo ma agire con le stesse modalit ad esempio richiamando funzioni standard del sistema operativo indipendentemente dalla periferica montata Questa interfaccia che consente l astrazione nell uso delle periferiche realizzata attraver
24. far smarrire il lettore in peregrinazioni prive di senso Dal punto di vista della implementazione concreta un ipertesto digitale si presenta come un documento elettronico in cui alcune porzioni di testo o immagini presenti sullo schermo evidenziate attraverso artifici grafici icone colore tipo e stile del carattere rappresentano i diversi collegamenti disponibili nella pagina Questi funzionano come dei pulsanti che attivano il collegamento e consentono di passare sullo schermo al documento di destinazione Il pulsante viene premuto attraverso un dispositivo di input generalmente il mouse o una combinazioni di tasti o un tocco su uno schermo touch screen L incontro tra ipertesto multimedialit e interattivit rappresenta dunque la nuova frontiera delle tecnologie comunicative Il problema della comprensione teorica e del pieno sfruttamento delle enormi potenzialit di tali strumenti specialmente in campo didattico pedagogico e divulgativo cos come in quello dell intrattenimento e del gioco naturalmente ancora in gran parte aperto si tratta di un settore nel quale vi sono state negli ultimi anni ed legittimo aspettarsi negli anni a venire innovazioni di notevole portata 78 Fondamenti di Informatica World Wide Web WWW una di queste innovazioni non l unica esistente ma certamente la pi nota WWW si tratta infatti di un sistema ipermediale un ipertesto di ipertesti con la particolarit che i diversi n
25. frequenza di lavoro e il conseguente calore dissipato DVD Digital Versatile Disk Supporto di memorizzazione di tipo ottico Esistono vari formati per la registrazione su DVD DVD R DVD R non riscrivibili DVD RW DVD RW DVD RAM riscrivibili Le Glossario 85 versioni normali consentono di memorizzare 4 7 Gb esistono per anche i formati dual layer che raddoppiano lo spazio a disposizione EDO Enhanced Data Output tipo do RAM che permette un accesso pi veloce ai dati utilizzando un buffer dati doppio Riduce di circa il 10 il tempo di accesso rispetto alle DRAM standard EEPROM Elettronically Erasable Programmable Read Only Memory ROM di tipo programmabile dall utente ove le operazioni di scrittura cancellazione e riscrittura hanno luogo elettricamente quindi possibile modificarne il contenuto anche quando gi installata sulla scheda e sul personal senza alcuna necessit di estrazione o di intervento hardware presente in molti dispositivi e schede EGA Enhanced Graphics Adapter interfaccia grafica per monitor ora in disuso che consente la visualizzazione di 16 colori con una risoluzione di 320 per 200 pixel o di 640 per 200 pixel EIDE Enhanced IDE bus per la connessione di periferiche come hard disk pi veloce del precedente IDE E mail Servizio di Internet che permette di mandare messggi con eventuali allegati in modo asincrono ad altri utenti Ethernet Protocollo per le reti locali concepito da Xero
26. operativo chiamate di sistema corrispondenti alle parole chiave digitate Allo stesso modo si possono far eseguire dal sistema anche i programmi utente richiamandone il nome dall interfaccia che prende usualmente il nome Sistemi operativi e applicazioni software 49 di shell L uso di questo tipo di interfaccia stato reso obsoleto dall introduzione di interfacce grafiche e di software specifico per le varie applicazioni Le interfacce a finestre come quelle che si usano in Windows MacOS e Xwindows Unix risalgono al 1980 e furono introdotte dalla Apple con il modello Macintosh Queste interfacce rappresentano file e cartelle con simboli grafici su uno sfondo che rappresenta una virtuale scrivania desktop in inglese Si parla propriamente di paradigma della CET ssaa SCrivania Grazie all uso del mouse Figura 28 Interfaccia a desktop di Microsoft come strumento di puntamento Windows 2000 l utente pu spostare file e programmi da una cartella all altra come se fossero oggetti sul tavolo e sempre usando i tasti del mouse stesso pu fare eseguire i vari programmi in generale con il tasto sinistro mentre col destro si esaminano le propriet del file e le possibili applicazioni Nei primi PC con interfaccia a finestre comunque il mouse aveva un solo tasto simboli grafici che caratterizzano cartelle e files sulla scrivania prendono il nome di icone e Il successo del sistem
27. pi microprocessori i bus di comunicazione degli alloggiamenti per la memoria i connettori per le unit esterne e svariati altri oggetti Le memorie RAM Random Access Memory che costituiscono quella che abbiamo visto essere la memoria principale del calcolatore sono in genere piccole schede che contengono la circuiteria adibita alla memorizzazione Abbiamo anche visto che la Che cos un computer 15 Alimentatore Modulo di Scheda memoria madre Microprocessori Hard disk Bus IDE Bus PCI Figura 8 Un PC Desktop aperto mostra le parti di cui si compone e che corrispondono a quelle dello schema descritto memoria principale deve essere costituita da RAM di tipo dinamico esistono tuttavia vari tipi anche di queste memorie che si sono evolute negli anni oggi si usano in genere memorie di tipo sincrono cio le operazioni vengono scandite da un clock periodico e dinamico SDRAM dette DDR Double Data Rate in quanto le operazioni di lettura scrittura avvengono su entrambi i fronti ascendente e discendente del segnale di clock che le regola 1 6 I dispositivi periferici Se proseguiamo nella nostra ispezione all interno del calcolatore oltre agli elementi visti troviamo a completamento della materializzazione del sistema visto prima in astratto anche tutta una serie porte e di connessioni esterne che costituiscono la connessione con quelle che avevamo chiamato nel modello astratto unit
28. preoccupare di elaborare un protocollo di traduzione o un protocollo di trasferimento fisico n tantomeno del mezzo usato Il filosofo utente non deve fare altro che pensare e riflettere producendo le informazioni al resto pensano gli altri il programma e l hardware utilizzati per il collegamento L unica scelta lasciata all utente riguarda proprio il tipo di hardware e software da impiegare proprio come il filosofo cerca il traduttore che pi gli va a genio o quello pi capace Le reti di calcolatori 65 Filosofo italiano Filosofo cinese Livello dialogo virtuale gt Adora Traduttore pg italiano inglese inglese cinese B A lt A rz Livello traduzione virtuale Livello fisico reale Figura 35 L esempio dei filosofi 5 5 II modello ISO OSI Il collegamento e la cooperazione tra sistemi informatici che utilizzano sistemi operativi incompatibili tra loro una delle principali esigenze del mercato attuale sistemi capaci di interagire tra loro pur basandosi su sistemi operativi incompatibili sono detti aperti quando permettono le comunicazioni in accordo con gli standard specificati nel modello generale Open System Interconnection OSI Questi standard sono stati definiti da una speciale commissione dell International Standard Organization ISO ossia l agenzia dell ONU responsabile degli standard internazionali inclusi quelli delle comunicazioni Questi standard sono nati come rispo
29. processo per rigenerare i singoli canali Multiprocessore Architettura che utilizza pi di un processore per il calcolo NTFS File system di Windows NT OpenGL Open Graphics Library Specifica che definisce una API interfaccia per la programmazione per pi linguaggi e per pi piattaforme per scrivere applicazioni che producono computer grafica 2D e 3D Insieme alla rivale DirectX costituisce una delle due interfacce standard per la programmazione degli effetti grafici utilizzando le caratteristiche dell hardware della scheda grafica cio per inviare alla scheda i comandi per la generazione delle immagini Overclock Aumento della frequenza della CPU o di un dispositivo sincronizzato da clock Non procedura consigliata in quanto aumenta la dissipazione di calore e invalide la garanzia del dispositivo Paginazione Sistema di gestione della memoria del calcolatore riservata ai processi che viene suddivisa ed allocata a blocchi Partizione Suddivisione di un disco rigido locale o sudi un server in pi unit logiche in modo tale che appaia all utilizzatore come due o pi dischi distinti PCB Process Control Block in alcuni sitemi operativi salva lo stato dei processi in memoria PCI Peripheral Component Interconnect bus per il trasferimento di dati fra la CPU e schede e periferiche come la scheda grafica quella audio il modem Gli slot PCI sono di colore bianco Ha rimpiazzeto i precedenti bus ISA EISA ed MCA PCI E
30. riprodurre esattamente il segnale di uscita della scheda sul monitor senza rischi di distorsioni od errori dovuti alla trasmissione sul cavo Tastiera un insieme di tasti connessi ad interruttori La circuiteria individua il tasto premuto ed invia il codice al sistema che determina il carattere ASCII E possibile modificare la tabella di conversione via software per adattarsi a diverse lingue e convenzioni La tastiera ha anche dispositivi di memoria buffer per risolvere problemi di ripetizione di tasti e di rimbalzo Una curiosit la disposizione qwerty dei tasti non come si potrebbe pensare studiata per accelerare la battitura ma la si deve ai problemi meccanici delle prime macchine per scrivere che presentavano problemi di tasti che si incastravano nel caso di battitura consecutiva di tasti vicini Il produttore Remington decise allora di utilizzare una disposizione di tasti atta ad evitare appunto l utilizzo consecutivo di tasti contigui Quando il problema meccanico fu risolto non era pi possibile passare a tastiere pi efficienti nonostante esse fossero note a causa dell ormai capillare diffusione delle tastiere qwerty ed all adattamento ad esse dei dattilografi Sistemi di puntamento Sono unit di input per sistemi grafici differiscono per la tecnologia utilizzata e la differente ergonomia dell interazione con l operatore umano Il pi diffuso sicuramente il mouse Esso trasmette la variazione
31. scrivere Essa realizzata fisicamente mediante dispositivi a semiconduttore in grado di mantenere o variare valori di tensione in funzione di input esterni flip flop condensatori La capacit della memoria sar pari per quanto abbiamo detto alle dimensioni della parola corrispondente in genere a quella del registro della CPU per il numero di caselle disponibili L unit che viene usata per l estensione della memoria il Byte sequenza di 8 bit dal momento che le dimensioni delle parole caratteristiche delle CPU sono sempre multipli di 8 bit Multipli caratteristici del byte sono Il Kilobyte KB 2 byte 1024 byte Il Megabyte MB 2 byte 1024 KB byte il Gigabyte GB 2 byte 1024 MB il Terabyte TB 2 byte 1024 GB che significa oltre mille miliardi di byte Tornando alle operazioni di lettura e scrittura la Figura X mostra come vengano indirizzate le caselle della memoria stessa il bus di controllo manda il segnale che seleziona l operazione di lettura scrittura il bus indirizzi posta al dispositivo di memoria il contenuto del registro MAR della CPU ed infine viene scritta nella casella il contenuto del registro MDR che presente nel bus dati operazione di scrittura oppure viene posto sul bus dati il contenuto della casella che passa al registro operazione di lettura Esistono vari tipi di dispositivo di memoria Per quanto riguarda la tecnologia possiamo avere per esempio le memorie di tipo ROM
32. semplice esempio di rete in questo caso locale quello in Figura 29 Come si vede composta da diverse parti un elaboratore centrale al quale potrebbe essere affidata la gestione della rete vari computer ognuno con proprie risorse linee di comunicazione tra i vari sistemi L interazione tra le varie parti pone ovviamente molti problemi ai progettisti delle reti ma i vantaggi nella loro realizzazione sono tali che l avvento delle reti ha completamente rivoluzionato l intero mondo dell informatica negli ultimi vent anni 5 1 Motivazioni vantaggi e svantaggi delle reti Le reti informatiche vengono realizzate allo scopo di ottenere diversi vantaggi Velocit una rete consente di impiegare in combinazione le risorse di diversi computer e in questo modo pu raggiungere una potenza di calcolo maggiore di quella di un mainframe ad esempio i cluster Linux sono un insieme di PC per il calcolo distribuito ogni programma suddiviso in parti che sono eseguite autonomamente da ogni PC del Le reti di calcolatori 57 cluster Organizzazione coordinamento delle operazioni compiute da utenti collocati in spazi remoti posta elettronica programmi collaborativi etc Affidabilit anche se un componente della rete non funziona gli altri possono continuare a lavorare Inoltre un calcolatore pu prendere in carico le mansioni svolte da un altro andato fuori uso le prestazioni del sistema non risentono di malfunzionamenti locali
33. sorgente del riferimento non trovata Questo permette nel caso il numero di colori dell immagini sia ridotto di ottenere una rappresentazione pi compatta Figura 20 Utilizzo di colormap i valori di ciascun pixel puntano ad una tabella dove si trovano le terne RGB corrispondenti ai colori Compressione dei dati Dati come suoni ed immagini occupano con le codifiche viste enormi quantit di memoria Questo ovviamente ne renderebbe difficile il trattamento e la trasmissione Fortunatamente esistono tecniche di compressione che ne possono ridurre efficacemente l ingombro senza evidenti danni per l utilizzatore Queste tecniche sfruttano o la ridondanza dei dati o la possibilit di eliminare parti non utili di esse per ottenere fattori di compressione rapporto tra la dimensione del dato compresso e quella dell originale spesso anche molto elevati Il suono campionato alla qualit dei CD audio cio 44100 Hz stereo quindi doppio canale e a 16 bit 65536 valori di intensit occupa per ogni secondo 172 Kb Una file Codifica dell informazione 37 contenente una canzone di 3 minuti occuperebbe quindi oltre 30 Mb E noto che i file di tipo mp3 possono contenere 3 minuti di qualit approssimabile al CD occupando solo 2 Mb Com possibile La risposta risiede in questo caso in una tecnica piuttosto complessa che decompone il segnale in bande di frequenza ed poi elimina dal segnale quelle frequenze che studi di psicofisica h
34. un comando od una elaborazione per conservare copia di dati che potrebbero servire di nuovo oppure per non appesantire la memoria RAM di sistema Per questo ultimo scopo sono dotate di buffer le schede grafiche il buffer delle stampanti serve a contenere i caratteri prossimi ad essere stampati quello del processore serve a lavorare pi velocemente Bus 82 Fondamenti di Informatica Connessione che consente ai dati di transitare fra diversi componenti chip schede periferiche Pu essere di diverse tipologie PCI ISA MCA ed i componenti collegati devono essere compatibili Ciascun bus ha un ampiezza in termini di bit per la trasmissione dei dati attraverso il computer che rappresenta il numero di bit che possono essere inviati contemporaneamente da un componente all altro Byte Unit di informazione consistente in otto bit Le memorie sono in genere strutturate in multipli del byte multipli del byte indicati con i termini Kilo Mega Giga ecc indicano moltiplicazioni successive per fattori 1024 la potenza di 2 che approssima pi da vicino 1000 C Linguaggio di programmazione molto diffuso creato da Brian Kernighan e Dennis Ritchie E stato utilizzato per lo sviluppo del sistema operativo Unix C Linguaggio di programmazione derivato del C cui aggiunge il paradigma ad oggetti Cache Memoria aggiuntiva utilizzata nei moderni calcolatori che ricopia in dispositivi a pi rapido accesso informazione contenuta in memor
35. vedi capitolo seguente come MySQL Un tipo di sistema di gestione di dati che pu essere molto utile per diversi professionisti e ricercatori costituito dai sistemi informativi geografici GIS che sono sostanzialmente dei database in cui possibile georeferenziare l informazione cio attribuire a ciascun campo dei valori collegati di longitudine e latitudine od altre relazioni spaziali e di poter effettuare cos ricerche territoriali Tornando alle semplici applicazioni utente l ampio uso di apparecchi digitali per generare immagini e video fotocamere digitali webcam camcorder ha reso molto popolari le applicazioni di fotoritocco ed anche quelle di montaggio audio video Altri programmi applicativi ormai utilizzati da gran parte degli utenti dei calcolatori sono poi ovviamente quelli utilizzati per l utilizzo di servizi Internet che vedremo meglio in seguito come la posta elettronica e i browser web ma anche lo streaming audio e video Per non parlare poi dei vari tipi di simulazioni e giochi l intrattenimento tramite i giochi per calcolatore ha ormai superato il cinema come giro d affari e va considerato che anche le moderne console per videogiochi sono in pratica potenti calcolatori non dissimili da quelli descritti nei capitoli precedenti L utilizzo di questi programmi lo scopo principale della maggior parte degli utenti dei moderni sistemi informatici Essi sono in generale dotati di interfacce utente ben progettate
36. velocit di trasferimento dei dati in modo che sia la stazione ricevente che quella di trasmissione siano sincronizzate altrimenti si avranno perdite di dati Infine vi saranno vari altri dati riguardanti il controllo degli errori di trasmissione e dati utilizzabili per il ripristino dei dati perduti o modificati durante la trasmissione Vi sono in particolare informazioni che indicano come una determinata stazione deve comportarsi in caso di errore se occorre ripetere il trasferimento o se i dati possono essere ripristinati Errori nella trasmissione o distorsioni dei dati si possono verificare in casi di malfunzionamento della rete o di interferenze dall esterno nella rete di trasmissione che spesso la rete telefonica soggetta a disturbi oppure ancora da un difetto di una delle stazioni ricevente o trasmittente I dati appartenenti ai protocolli di trasmissione vengono elaborati in diversi stadi della trasmissione e vengono via via aggiunti alle informazioni provenienti dagli stadi precedenti In questo modo si ottiene un sistema simile alle matriosche quelle bamboline russe contenute una dentro l altra Nel caso dei protocolli di collegamento il primo protocollo viene inserito all interno di un secondo protocollo pi specifico contenente altre informazioni questo a sua volta viene inglobato in un ulteriore protocollo e cos via fino ad arrivare allo stadio pi basso che rappresenta il collegamento fisico vero e proprio tra le
37. 5 micron un capello spesso circa 100 micron ed sempre stata approssimata dalla legge empirica nota come legge di Moore da una previsione fatta nel 1965 da Gordon Moore secondo cui il numero di transistor raddoppierebbe ogni due anni corretti poi in 18 mesi Al di l del fatto che non si possano usare leggi di questo tipo per fare reali previsioni sul futuro la legge stata approssimativamente rispettata non solo per quanto riguarda il numero di transistor ma anche per altre evoluzioni di componenti informatiche velocit di calcolo dimensioni memorie ecc che seguono un trend di crescita di tipo esponenziale In Figura 4 vediamo 10 Fondamenti di Informatica eee n transistor raddoppia ogni 1 000 000 000 E 24 mes iR Me cine 100 000 000 Lo A nai raddoppi AE 7 Poma a ogni 18 me i Lozza 10 000 000 Za Pentur Ill 2 7 Peniiumil 6 Penjum 1 000 000 Po Sasa A 10 000 E 2 s080 2 300 a a 5008 I I I anno 1971 1980 1990 2900 2904 Figura 4 Evoluzione dei microprocessori della famiglia Intel l andamento del numero di transistor per la famiglia di processori Intel L attivit del microprocessore quella di eseguire a computer acceso un ciclo di operazioni continuo sempre attivo fino allo spegnimento fisico della macchina che implica tre principali fasi eseguite ciclicamente e Lettura dell istruzione FETCH l istruzione viene trasferita dalla memoria al registro istr
38. Andrea Giachetti Fabio Bettio Fondamenti di informatica 2 Fondamenti di Informatica 2003 2008 Andrea Giachetti e Fabio Bettio MEA Quest opera pubblicata con la licenza Creative Commons 2 5 cc se Attribuzione NonCommerciale StessaLicenza Per visionare una copia di questa licenza visita http creativecommons org Fanno eccezione le immagini non originali di cui sia eventualmente citata la fonte Indice INtoduzione sa mena bilocale lito 4 Che cos UN computer derrate pi a dia 7 1 1 Architettura del calcolatofe renano riali 7 AAE A a O REESE CO RE BRACE RR IRR ES EON 8 t3 Lamemoridse fessionale slaza 11 1 4 Gestione Gel INPoiUouipuiksssi ae orata 14 1 5 Dal modello al PETISICO a Lato NA 14 1 6 I dispositivi periferici leone aaa 15 1 7 Bus e schede di espansione 16 1 8 Porte di collegamento a aa eei 17 1 9 Alcuni dispositivi periferici usi le iu ac iii 18 T10 storra del calco lato re turi i 23 2Calcolo automatico algoritmi programmi ennn nne nen 26 2 AlGONnike programmi setole lla 26 2 2 Analisi ed implementazione degli algoritmi 28 3Godifica dell informmazione iscric ia ila iaia 30 3 1 Codifica dei caratteri allabelicLe snelle e 31 3 2 Slstemi NUMETIC dea a a a a n a e a a e 31 3 3 Altri tipi di normiazione s pianale oa ig 34 4Sistemi operativi e applicazioni software ntn nn rnnr nnn n rnnr anann nn nean 38 41 ll sofbwar
39. IEEE 754 Floating point ed ha 34 Fondamenti di Informatica mantissa di 23 bit 52 per doppia precisione 1 bit di segno ed esponente a 8 bit 11 doppia precisione 3 3 Altri tipi di informazione In molte delle applicazioni che usiamo sul calcolatore non lavoriamo su caratteri o numeri ma elaboriamo informazione pi complessa come immagini suoni misure fisiche mappe geografiche e cos via Sono dati che in genere vengono generati da conversione di dati analogici cio misure fisiche di valori che possono assumere valori variabili con continuit nello spazio o nel tempo in numeri binari Ad esempio il suono acquisito dal microfono dovrebbe codificare la potenza dell onda acustica che lo investe al variare del tempo l immagine acquisita da una telecamera dovrebbe rappresentare la misura del campo bidimensionale dell intensit luminosa che raggiunge il sensore della camera stessa Per trasformare tali segnali con le necessarie approssimazioni in numeri binari che li rappresentino sono necessarie due operazioni dette campionamento e binarizzazione Il campionamento consiste nell acquisire il segnale soltanto per valori discreti di spazio e tempo La binarizzazione consiste nel rappresentare il numero reale che rappresenterebbe la misura fisica con un numero binario limitato in valore dalla quantit di bit utilizzati La Figura 18 mostra un esempio se si suppone che il grafico a sinistra rappresenti un campo di grandezze fisiche
40. Openoffice org Calc Programmi molto utili per la didattica e la comunicazione sono quelli che consente di generare presentazioni scientifiche e commerciali slideshow Essi permettono di creare diapositive con vari stili e sfondi generare animazioni definire tempi di transizione tra 52 Fondamenti di Informatica slide inserire commenti sonori e altro Esempi di questo tipo di programmi sono ad esempio Microsoft PowerPoint e OpenOffice org Impress Le basi di dati o database sono archivi di dati organizzati anche se il termine database viene spesso utilizzato in modo impreciso per indicare i programmi che li gestiscono DBMS database management system e che garantiscono per i dati sicurezza e rapidit di accesso supportano varie modalit di ricerca ed evitano duplicazioni e ridondanze La tecnologia dei database si evoluta nel tempo dall organizzazione gerarchica si passati al modello relazionale dei sistemi pi diffusi al giorno d oggi dove i dati sono organizzati in tabelle che rappresentano le relazioni tra le varie entit definite dai dati L uso delle basi di dati molto diffuso per le applicazioni di rete che servono molti utenti server possono essere interrogati ed aggiornati dai programmi clienti utilizzando apposite interfacce e linguaggi di query come SQL Sistemi di gestione di sever di basei di dati molto noti sono per esempio Oracle o Microsoft SQL Server ma esistono anche ottimi prodotti open source
41. a in genere dell ordine della decina di ms Altri parametri rilevanti sono la luminosit misurata in candele m cio la luce che pu emettere ed il rapporto di contrasto cio il rapporto tre luminosit di pixel bianchi e neri ad esempio 1000 1 Un altro parametro rilevante e che aveva valori limitati nei primi modelli l angolo di visuale ovviamente pi ampio e meglio Scheda grafica Ci che si vede sul monitor dipende da una scheda montata sul PC detta scheda video o scheda grafica Su di essa in genere presente un convertitore digitale analogico RAMDAC che genera il segnale che viene trasferito poi al monitor se il monitor ha ingresso analogico a partire da una mappa digitale che viene scritta sulla memoria presente nella scheda stessa in caso di connessione digitale per ora non diffusissima vengono trasferiti direttamente i bit La dimensione di questa memoria presente nella scheda grafica determina la risoluzione _ a ed il numero di colori rappresentati palette Figura 10 Scheda grafica Ad esempio per avere 320 x 200 256 colori ognuno 8 8 8 bit occorrono 64 000 byte 768 per la palette Per avere 640 x 480 16 colori 307 200 2 153 600 byte Per avere 1024 x 768 16 777 216 colori true color ovvero 24 bit 2 359 296 byte Esistono degli standard per risoluzioni e colori ad esempio CGA VGA SVGA 1024x768 XGA Che cos un computer 19 Mentre in origine la scheda ser
42. a gli scopi dello scheduling c quello di massimizzare il tasso di servizio dei processi throughput cio il numero di processi serviti nell unit di tempo Le interruzioni dell attivit del processo in corso non solo devono essere programmate ma devono poter essere richieste ad esempio dai dispositivi di I O come del resto abbiamo visto nel Capitolo 1Errore sorgente del riferimento non trovata Il meccanismo di interruzione deve e Consentire il salvataggio del PC del Processo interrotto e trasferire il controllo ad una locazione fissa in memoria e Lanciare per ogni tipo di interruzione la relativa procedura di interruzione Interrupt Routine o Interrupt Handler e Riconoscere la provenienza dell interruzione e Attribuire priorit e differenti strategie di risposta a ciascun diverso tipo di interruzione Il processo di interruzione si dice vettorializzato quando la richiesta contiene gi una serie di informazioni quali la locazione della relativa routine di interrupt handling la priorit ecc Un problema che sorge la necessit di non consentire l interruzione di determinate attivit ad esempio delle routine di interrupt handling altrimenti si perderebbero i dati sul processo interrotto Si tratta in generale di operazioni avviate dal sistema operativo e che essendo pi importanti di altre vengono dette istruzioni privilegiate Altri esempi sono smistamento del processore tra i processi accesso ai registri di protezion
43. a ha fatto s che venisse riprodotto su tutti i sistemi operativi presenti in commercio La modalit di utilizzo dei programmi secondo quello che viene chiamato il paradigma di interazione WIMP Windows Icons Menus Pointer da anni il pi utilizzato a livello di sistemi operativi ed applicazioni utente Altri tipi di interfacce vocali con touchscreen ecc sembrano per il momento riservate a calcolatori utilizzati in particolari applicazioni esempio integrati in stazioni di pubblico utilizzo elettrodomestici industriali ecc 4 9 Classificazione dei sistemi operativi e sistemi operativi in commercio A seconda delle caratteristiche di cui abbiamo parlato si usa suddividere i sistemi operativi disponibili sui calcolatori in diverse categorie In base alla possibilit di interagire con la macchina possiamo avere sistemi e Batch esecuzione di un processo non interattiva e Interattivi ormai tutti i sistemi di uso comune i processi possono essere interrotti o modificati dall utente In base alla gestione dei processi e Monoprogrammati un solo programma caricato in memoria e Multiprogrammati pi di un processo contemporaneamente in memoria e Time sharing processi che simulano il parallelismo alternando l esecuzione dei processi Un altra distinzione si fa per i sistemi real time che devono garantire l esecuzione dei processi in un tempo predeterminato e che quindi non possono agire in time sharing come quelli che abbia
44. a sia attribuita ai programmi La gestione del salvataggio a lungo termine delle informazioni utili sul supporto non volatile l hard disk attraverso la scrittura e lettura dei file L accesso alle risorse di eventuali utilizzatori diversi L utilizzo delle periferiche di input output con gestione di code e priorit Fornire interfacce utente user friendly per l interazione con l utilizzatore Rendere eventualmente possibile l accesso da parte di pi utenti anche contemporaneo mantenendo la sicurezza dei dati di ciascuno Nella pratica si utilizzano quasi sempre quelli che vengono definiti programmi applicativi Sistemi operativi e applicazioni software 41 compilatore di programmi text editor etc Il confine tra sistema operativo e programmi applicativi non ben definito e nelle distribuzioni tipiche dei sistemi operativi pi comunemente usati Linux Windows MacOS si trovano centinaia di programmi applicativi vari gi inclusi Ma in una visione stretta il vero e proprio cuore del sistema operativo costituito dal programma che comunque deve essere in esecuzione kernel o nucleo e che gestisce i processi e la memoria e nasconde ai processi utente l hardware fisico come nello schema di Errore sorgente del riferimento non trovata Nel seguito descriveremo sommariamente i moduli fondamentali del sistema operativo il gestore dei processi ed il gestore della memoria il gestore dei file il gestore dei dispositivi di inpu
45. ache parte del contenuto della memoria Memoria principale e cache non esauriscono le tipologie di dispositivi di memorizzazione nei calcolatori Gli altri in generale le cosiddette memorie di massa sono in genere considerati esterni al modello di Von Neumann e quindi considerabili in tale schematizzazione come dispositivi periferici Quello pi significativo una vastissima memoria non volatile dell ordine dei Gigabyte detta memoria di massa o secondaria su cui vengono immagazzinati i dati ed i programmi non utilizzati dalla CPU Essa ha tempi di accesso molto pi lunghi rispetto alle RAM e si basa in genere su dischi magnetici Data la non volatilit essa serve principalmente per salvare dati e programmi degli utenti e memorizzare il sistema operativo da caricare all accensione del computer In alcuni casi come vedremo in seguito pu anche essere utilizzata analogamente alla memoria principale per accrescere le dimensioni del casellario visto dalla CPU per permettere l esecuzione di programmi che allochino quantit di memoria superiori alla RAM disponibile Memona Memoria Principale Secondaria Figura 7 Gerarchia delle memorie sui moderni calcolatori a sinistra abbiamo i dispositivi pi piccoli e veloci a destra quelli pi lenti e capaci 14 Fondamenti di Informatica Il complesso dei dispositivi di memoria che si usano nei calcolatori definiscono la cosiddetta gerarchia delle memorie in cui si ha il pa
46. alla scrittura al gioco dall educazione alla simulazione Tutto questo stato reso possibile dall evoluzione di tutte le branche dell informatica e si pu quindi facilmente comprendere come questa sia diventata una disciplina sempre pi varia complessa ed affascinante Certo non utile n richiesto anche se non certo dannoso che un insegnante un contabile o un geometra conoscano i problemi dell algoritmica della programmazione o dei protocolli di rete ma la conoscenza dei fondamenti tecnologici degli strumenti che usano sarebbe per loro indubbiamente di grande utilit Per questo motivo cercheremo di riassumere nelle dispense quel minimo di informazioni sulle tecnologie informatiche che 6 Fondamenti di Informatica possono meglio far capire come fanno a funzionare le comuni applicazioni per PC Nei capitoli seguenti faremo quindi una panoramica sulle varie problematiche legate all elaborazione automatica dell informazione vedremo la struttura ed il funzionamento di un comune personal computer come siano fatti i programmi che lo gestiscono e come i calcolatori possano essere connessi in rete e comunicare tra loro In dettaglio nel capitolo 1 vedremo che cos esattamente un computer e ne vedremo brevemente l evoluzione storica nel capitolo 2 verranno introdotti i concetti di calcolo automatico ed algoritmi nel capitolo 3 si descrive come l informazione di nostro interesse sia trasformata in dati elaborabili dal calcolato
47. anno dimostrato di essere poco rilevanti per l orecchio umano In questo caso la compressione ha eliminato parte dell informazione si dice allora che essa di tipo ossy cio tale che non possibile risalire al dato originario a partire da quello compresso Tecniche lossy ad hoc sono utilizzate allo stesso modo per la compressione di immagini o video eliminando del tutto dal segnale le parti meno rilevanti ai fini della comprensione della scena Le tecniche che non degradano l informazione si dicono invece lossless e devono essere applicate ogniqualvolta per motivi legali o di applicazione sia necessario preservare tutta l informazione cercando per di ridurne le dimensioni si pensi ai testi alle immagini mediche Non tutte le tecniche di compressione sono intuitivamente complicate facciamo brevemente cenno ad un paio di idee usate per comprimere i dati in casi semplici Una tecnica pu consistere ad esempio nel codificare con meno bit i simboli valori pi frequenti Se in un testo la lettera molto frequente mentre la q rara potrei pensare di codificare la prima con due bit e la seconda anche con dodici anzich tutte con otto Allo stesso modo se in un immagine un certo colore frequente lo posso codificare con pochi bit invece di 8 o 24 Questa idea alla base della codifica di Huffman algoritmo molto noto ed utilizzato Oppure si possono sfruttare le ripetizioni posso pensare ad esempio di sostituire dei carat
48. ano effettivamente sulle sequenze di valori binari La CPU esegue i programmi che risiedono nella memoria centrale e coordina il trasferimento dei dati tra le varie unit Essa si compone di e una unit di controllo CU e una unit aritmetico logica ALU e alcuni dispositivi di memoria detti registri L Unit aritmetico logica costituita da dispositivi circuitali che consentono di eseguire le operazioni aritmetiche somma sottrazione prodotto divisione ADD SUB MUL DIV o logiche AND OR NOT sugli operandi memorizzati nei registri interni all ALU come il registro accumulatore A dove vengono inseriti risultati parziali il registro operando OP il registro di stato PSW ove vengono inserite informazioni sullo stato di avanzamento dei comandi ad esempio riporti risultati di confronti ecc Una caratteristica fondamentale della CPU quindi la dimensione dei registri che corrisponde al numero di bit che possono essere elaborati contemporaneamente processori attuali arrivano a 64 bit ovviamente alla dimensione dei registri dovr corrispondere un analoga o proporzionale ampiezza del Che cos un computer 9 Figura 3 Schema della CPU bus di comunicazione e delle caselle di memoria L unit di controllo si occupa della sequenzializzazione delle operazioni cio della corretta esecuzione in successione dei comandi Manda i segnali di controllo e gestisce lo svolgimento del ciclo fondamentale della macchina
49. asmissioni di grosse moli di dati p es via satellite si stanno ora diffondendo anche per sistemi locali reti wireless Alcuni degli spettri di frequenze tipicamente utilizzati sono e 30 MHz 1GHZ trasmissioni radio e 2 GHz 40 GHZ microonde collegamenti direzionali su satelliti e 300 GHz 200 THz Infrarossi aree limitate Alcune considerazioni vanno fatte anche su come i segnali da trasmettere vengano inseriti su questi canali trasmissivi Evidentemente devono essere stabilite regole definite in protocolli come vedremo in seguito ma si possono definire in generale tecnologie o modalit differenti di trasmissione Per esempio si parla di trasmissione sincrona se i due terminali della trasmissione hanno un orologio comune e concordano su inizio e termine AL o Destinatario Sorgente a S1 trasmissione 1 Soraente SIE Sorgente 0 Nu SR Figura 30 Trasmissione di pi messaggi su un unico canale mediante multplexing demultiplexing della trasmissione asincrona se non c orologio e l inizio e la fine della trasmissione vengono comunicati con opportuni segnali Spesso poi per sfruttare appieno un collegamento tra due punti opportuno far passare per lo stesso canale diversi messaggi allo stesso tempo Questo vene realizzato con una Le reti di calcolatori 59 tecnica detta multiplexing diversi segnali vengono trasformati nell unico che attraversa il canale da un apparecchio detto multiplexer e separati nuovamente a
50. asmissivi la latenza il tempo che intercorre tra l invio e la ricezione di un segnale di dimensione 0 cio il tempo che serve per iniziare una trasmissione diversa dalla velocit di trasmissione a regime Tra i cavi abbiamo un largo utilizzo del doppino ritorto cavo inizialmente dedicato alla telefonia nelle tipologie non schermate UTP o schermate STP FTP Le vecchie reti erano invece realizzate con il cavo coassiale ove i conduttori sono disposti in maniera concentrica ne esistevano di due tipi thick spesso con 15 mm di diametro ed una capacit di trasporto fino a 200 Mb s e thin sottile con 3 mm di diametro e adatti a trasmissioni fino a 10 Mb s Il mezzo guidato che sicuramente garantisce la maggior velocit di trasmissione senza dubbio la fibra ottica Si tratta di cavetti di vetro di dimensione micrometrica resistenti ed elastici formati da due materiali a diverso indice di rifrazione che non permettono alla luce di uscire Il segnale ottico si trasmette con pochissima attenuazione ed a velocit notevole l unico problema l interfacciamento con le apparecchiature che ridistribuiscono il segnale che rendono questo mezzo adatto solo alla trasmissione punto a punto Le trasmissioni mediante mezzi non guidati cio onde elettromagnetiche vengono realizzate utilizzando antenne che possono essere allineate o meno trasmissioni per uno o pi ricevitori Mentre un tempo erano riservate alla tr
51. ati abbia invece portato un costante incremento nell utilizzo di carta come emerso da un recente studio commissionato da un noto produttore di stampanti Tornando ai dispositivi esistono varie tecnologie di stampa Ad impatto martelletto su nastro inchiostrato qualit buona ma lenta pochi colori e Adaghi insieme di aghi la qualit dipende dal numero di aghi dalla loro distanza e precisione lente ma grafiche monocromatiche costi bassi ormai desuete come le precedenti e A getto d inchiostro gli aghi sono sostituiti da ugelli che spruzzano gocce di inchiostro qualit migliore possibilit del colore e Termiche comprendono diversi tipi aghi che bruciano carta termo sensibile calore che fa evaporare sostanze che si depositano sulla carta e Laser un raggio laser forma l immagine della pagina su un cilindro fotosensibile che si carica elettrostaticamente nei punti colpiti da maggior intensit Sul cilindro si deposita il toner che viene trasferito a caldo sulla carta parametri che caratterizzano le prestazioni della stampante sono la risoluzione dot per inch e la velocit pagine per minuto Il plotter Si basa su un meccanismo che muove una o pi penne su un foglio Serve pi che altro per cartografia e disegno architettonico progetti permettendo un elevata risoluzione delle linee Lo scanner Serve per acquisire immagini raster Ve ne sono di manuali da passare sul foglio di carta e piani dove il foglio vi
52. ati e possono rompersi in caso di urto o spegnimento accensione brusca si usa duplicare l informazione mirroring RAID su pi dischi Sui nastri magnetici il materiale magnetico disposto su nastri di plastica avvolti su bobine e le informazioni memorizzate in blocchi intercalati da zone non magnetizzate L accesso sequenziale per cui molto lento Per questo le applicazioni tipiche sono backup o archiviazione dati Memorie di tipo ottico dischi ottici sono derivati dai CD usati per riproduzioni audio La tecnologia si basa su deformazioni permanenti della superficie del supporto materiale plastico prodotte da raggi laser Le variazioni di tensione accumulata su un fotorivelatore consentono di ricostruire l informazione Ne esistono di varie tipologie tipici CD R sono memorie WORM Write Once Read Many esistono per anche CD RW riscrivibili La tipica capacit 640 Mbyte che corrisponde per i CD audio a 74 minuti Oggi sono la forma di memorizzazione su mezzo rimovibile pi diffusa per l elevata affidabilit la grande capacit ed il costo irrisorio Negli apparecchi di scrittura lettura si indica in genere la velocit con cui possono essere letti scritti in funzione dei primi modelli 4x 16x 32x La moderna tecnologia laser ha consentito di realizzare su supporti simili i DVD che possono contenere fino a 17 Gb e vengono utilizzati anche per la memorizzazione di film Anche in questo caso esistono differenti standar
53. ato per la risoluzione di nomi di host su internet in indirizzi numerici IP e viceversa Il servizio realizzato in maniera distribuita su una gerarchia di server DOS Disk Operating System sistema operativo memorizzato sulla memoria di massa del calcolatore cio insieme di programmi per la gestione della macchina e l interazione con l utente dpi Dots Per Inch misura espressa in punti per pollice della risoluzione grafica di una periferica monitor stampante scanner o di una immagine Pi la misura grande migliore la resa grafica Il monitor ha 72 dpi le stampanti laser hanno un minimo di 300 dpi quelle ad alta definizione arrivano fino a 1200 dpi DRAM Dynamic RAM tipo di RAM che immagazzina i bit utilizzando la carica di condensatori LA carica in ciascun condensatore determina se il bit 1 o 0 Se il condensatore perde la carica l informazione perduta nel funzionamento la ricarica avviene periodicamente operazione di refresh DSP Digital Signal Processor processore posto sulla scheda audio con funzioni specializzate per la resa dell audio in tempo reale per l audio posizionale Processori DSP vengono usati anche in telefoni cellulari TV digitali riproduttori MP3 ed altre apparecchiature audio Dual core doppio nucleo Architettura che unisce due processori indipendenti e le rispettive Cache in un singolo package Questo tipo di architettura consente di aumentare la potenza di calcolo senza aumentare la
54. ay cio il sistema riconosce automaticamente la periferica e installa automaticamente il driver per gestirla per cui il dispositivo viene automaticamente configurato senza spegnere la macchina Per fare questo intervengono il BIOS Basic Input Output System programma che gestisce le operazioni base su periferici e che risiede in una ROM che verifica la presenza del nuovo dispositivo ed il sistema operativo che deve trovare sul disco scaricare dalla rete o chiedere l installazione del driver corretto all utente Che cos un computer 17 1 8 Portedicollegamento Sul retro dei PC esistono in genere le porte cui collegare i cavi di collegamento ad alcuni dispositivi esterni standard Per ciascuna delle interfacce codificate esiste un opportuno connettore Storicamente i PC hanno in genere presentato le porte seriali RS232 e parallele CENTRONICS Porta parallela Come suggerisce il nome abbiamo pi canali ove i bit vengono trasmessi in parallelo 8 canali Occorrono pi fili ai due lati e per questa complicazione la si usa in genere unidirezionalmente es per la stampante cavi di collegamento hanno anche lunghezza massima minore Porte seriali Sono canali di comunicazione a 1 bit bit vengono trasmessi in serie a distanza temporale costante che definisce il bit rate cio il numero di bit trasmessi nell unit di tempo bit sono trasmessi in pacchetti di dimensione fissata con possibile presenza
55. azione dinamica Figura 24 Nella forma pi semplice si possono avere associate a un processo un indirizzo base e un indirizzo relativo Inoltre necessario un limite per impedire che il processo scriva in regioni dove gi presente un altro processo Se il processo crescesse oltre il limite sarebbe necessario spostarlo in un altra regione di memoria Con processi multipli in memoria avremmo una situazione problematica e poco flessibile anche con pochi processi in memoria dopo un po di tempo c il rischio di non trovare spazio contiguo sufficiente per l allocazione di un nuovo processo Supponiamo infatti che un processo finisca e lasci libero il suo spazio mentre i processi che lo precedono e seguono negli indirizzi in memoria continuino a esistere Figura 25 Un nuovo processo pu occupare lo spazio che resta libero solo se ha dimensioni minori Inoltre se ha dimensioni inferiori lascia comunque libero uno spazio non utilizzabile Si parla in tal caso di frammentazione della memoria Per risolvere questo problema occorre svincolare l indirizzo logico della memoria indirizzata da un programma da quello fisico La memoria associativa con una tabella di conversione che a ciascun indirizzo logico faccia corrispondere un indirizzo fisico completamente diverso ha un peso troppo grande met della memoria servirebbe per la tabella un ragionevole compromesso lo si ha con il meccanismo della paginazione Sistemi operativi e applicazioni
56. bili nel World Wide Web Consente di definire sezioni logiche di documento che sono interpretate opportunamente dal Browser Hub Dispositivo usato per estendere una rete in modo che possano essere attaccate altre workstation IEEE Sigla di Institute of Electrical and Electronic Engineers organismo che definisce standard e protocolli usati nell elettronica e nelle telecomunicazioni Indirizzo IP Numero codificato da 32 bit per IPv4 che identifica univocamente un dispositivo all interno di una rete informatica che utilizza lo standard IP quindi ad esempio su Internet Interattivit Caratteristica di un sistema il cui comportamento varia al variare dell e azioni dell utente sullo stesso Un programma in esecuzione su un computer interattivo se l utente pu compiere delle azioni sui normali strumenti di input che ne possono modificare l esecuzione Interfaccia Dispositivo fisico o virtuale che permette la comunicazione fra due o pi entit di tipo diverso Interprete Glossario 87 Programma che traduce codice scritto in linguaggi ad alto livello in codice macchina e lo esegue passo passo durante la decodifica Ipertesto Insieme di documenti collegati tra loro in modo non lineare mediante parole chiave o ancore che rimandano da un documento all altro ISA Industry Standard Architecture bus utilizzato nei vecchi computer dei tipo PC XT bus a 8 bit ed AT bus a 16 bit per il trasferimento dei dati fra scheda madre e sched
57. bilit va anche attribuita a noi addetti ai lavori Un primo fondamentale passo per la divulgazione di una qualsiasi disciplina consiste infatti nel chiarire il contesto e il significato di ci di cui stiamo parlando e dare chiare ed esaurienti definizioni dei termini utilizzati Quando tentiamo di fornire adeguate conoscenze informatiche di base a non addetti ai lavori che devono fare ampio uso di calcolatori e programmi per la loro attivit spesso dimentichiamo questa regola di base e diamo per scontato che chi ascolta abbia chiaro di cosa stiamo parlando solo perch magari un termine di uso comune Un altro problema su cui poi non ci si sofferma abbastanza quello di cercare di far capire in che cosa effettivamente consista avere una cultura informatica di base dato che non solo tra la gente comune ma anche all interno dei corsi di laurea non specialistici non si riesce neppure a far capire neppure cosa studino gli informatici e cosa si dovrebbe imparare in un corso base di informatica Lo scopo di un buon corso base di informatica non quello di insegnare a utilizzare in dettaglio determinati programmi magari commerciali con vari trucchi e trucchetti quella che gli anglosassoni chiamano Computer Information Literacy ma a capire le tecnologie Introduzione _ G ed i meccanismi che stanno alla base dei sistemi di elaborazione in modo da essere in grado di capire le tendenze di mercato sceglie
58. ca di indirizzamento dei documenti ovvero il modo in cui possibile far riferimento ad un determinato documento tra tutti quelli che sono pubblicati sulla rete La soluzione che stata adottata per far fronte a questa importante esigenza si chiama Uniform Resource Locator URL La URL di un documento corrisponde in sostanza al suo indirizzo in rete ogni risorsa informativa computer o file presente su Internet viene rintracciata e raggiunta dai nostri programmi client attraverso la sua URL Prima della introduzione di questa tecnica non esisteva alcun modo per indicare formalmente dove fosse una certa risorsa informativa su Internet Una URL ha una sintassi molto semplice che nella sua forma normale si compone di tre 72 Fondamenti di Informatica parti protocollo nomehost nomefile La prima parte indica con una parola chiave il tipo di server o meglio il protocollo di comunicazione cui il server risponde a cui si punta pu trattarsi di un server gopher di un server http di un server FTP e cos via la seconda indica il nome simbolico dell host su cui si trova il file indirizzato al posto del nome pu essere fornito l indirizzo numerico la terza indica nome e posizione path del singolo documento o file a cui ci si riferisce Tra la prima e la seconda parte vanno inseriti i caratteri Un esempio di URL il seguente http www liberliber it index html La parola chiave http segnala che ci si riferisce ad un
59. calcolatrice che abbiamo a disposizione Per far questo dovranno essere verificate alcune condizioni e La soluzione del problema deve essere nota e passi che la compongono debbono poter essere tradotti in un linguaggio comprensibile dal calcolatore e dati in ingresso devono essere codificati in dati adatti al calcolatore in generale numeri binari Se ci vero possiamo trovare opportuno metodo di elaborazione che mettendo in sequenza azioni elementari eseguibili dalla macchina trasformi i dati iniziali nei corrispondenti risultati finali desiderati La sequenza di azioni elementari cos definita detta anche algoritmo Calcolo automatico algoritmi programmi 27 Non tutti i problemi neppure tutti quelli ben definiti della matematica o della geometria possono essere risolti o tradotti per il calcolatore Questo pu essere dovuto al fatto che non si conosce neppure la soluzione del problema ad esempio trovare tutte le coppie contigue di numeri primi oppure perch non esiste un metodo automatizzabile Questo non stato certo limitante per il diffondersi delle applicazioni del calcolo automatico con il calcolatore stato comunque possibile risolvere problemi molto complessi ed oggigiorno i personal computer non si limitano a risolvere qualche semplice problema matematico o logico ma sono programmati per simulare o riprodurre operazioni complesse e sostituiscono l attivit umana in una serie di compiti sempre pi
60. ce sorgente in codice eseguibile effettuata con un programma compilatore Compressione Operazione che riduce le dimensioni di un file per minimizzare il tempo di trasmissione o l occupazione di memoria CMS Content Management System Insieme di programmi che si installa su un server web e permettono la gestione automatizzata di siti web tramite interfacce semplici Esistono vari tipi di CMS specializzati per siti specifici es didattica commercio notizie blog wiki Coprocessore Processore che occupandosi di particolari operazioni solleva il processore CPU da funzioni specializzate es calcoli matematici complessi la visualizzazione sul monitor CPU Central Processing Unit L unit centrale di elaborazione del calcolatore in genera implementata fisicamente dal microprocessore Contiene l Unit aritmetico logica l Unit di controllo e registri di memoria Database Archivio di dati digitali strutturato in modo tale da consentire la gestione dei dati stessi l inserimento la ricerca la cancellazione ed il loro aggiornamento da parte di opportune applicazioni dB Decibel Un unit di misura utilizzata in elettronica per quantificare l intensit di un rumore o di un segnale DBMS DataBase Management System Sistema software per la gestione di database DDR Double Data rate Particolare tipo di SDRAM vedi che usa entrambi i fronti del clock per trasmettere informazioni DMA 84 Fondamenti di Informatica D
61. centrali CPU o quelli della scheda grafica possono ricevere dati mentre ne elaborano altri migliorando l efficienza del sistema PNG Portable Network Graphic formato per immagini utilizzabile sulle pagine web Consente la compressione dell immagine sia lossless ce lossy l uso di 16 milioni di colori del canale Alfa e la registrazione dei valori Gamma Porta Punto fisico hardware o logico software sul quale avviene una connessione cio il canale attraverso cui vengono trasferiti i dati da un dispositivo esterno e il PC Si parla di porta anche per quanto riguarda le reti il termine serve ad identificare il numero relativo ad una singola tra le molte possibili connessioni che un host pu realizzare In TCP una connessione identificata oltre che dagli indirizzi degli host di sorgente e ricevitore anche dalle porte attive che trasmettono e ricevono i dati a cui sono associati programmi in esecuzione Posta elettronica Vedi E mail PowerPC Processore RISC a 32 bit prodotto da Motorola con la collaborazione di Apple ed IBM Processo Programma in esecuzione su un calcolatore Processore Circuito integrato che svolge i compiti di calcolo fondamentali del computer PS 2 Interfaccia di tastiere e mouse per il collegamento al computer Usa connettori MiniDIN un eredit dei computer PS 2 IBM ultimamente rimpiazzata da USB QWERTY Identificatore del tipo di tastiera americana costruito con le prime quattro lettere
62. cessarie funzioni logiche in sette diversi strati funzionali detti layer livelli come in Figura 41 L insieme dei 7 layer garantisce tutte le funzioni necessarie alla rete comunicativa tra sistemi nonch una gamma molto ampia di funzioni opzionali come ad esempio la compressione e la cifratura dei dati in tal modo si in pratica suddiviso un compito complesso in un insieme di compiti pi semplici AI fine di descrivere i 7 strati funzionali layer di cui si compone il modello ISO OSI esaminiamo velocemente i vari comportamenti di una stazione connessa ad una rete di qualsiasi tipo Il livello fisico si preoccupa di normalizzare le caratteristiche dei mezzi fisici utilizzati dai gestori di reti pubbliche In particolare sono definite dal CCITT le caratteristiche elettriche funzionali e procedurali e dall ISO stesso le caratteristiche meccaniche Le caratteristiche elettriche si riferiscono alle tensioni usate e alla modulazione dei segnali quelle funzionali e procedurali riguardano il metodo e le regole di collegamento tra workstation e nodi di commutazione Le caratteristiche meccaniche invece riguardano il tipo di porta usata e il collegamento dei vari apparecchi a tali porte Un esempio di queste porte normalizzate sono le porte V 24 pi conosciute come RS 232 e le porte V 25 e X 21 Il livello di collegamento dati data link si preoccupa di trasmettere e ricevere dati privi di errori La funzione di questo livello quella
63. che appaiono nella prima fila in altro di tasti RAID Redundant Array of Independent Disks tecnologia che prevede l uso di molti hard disk visti dai computer in rete come uno solo per consentire una gestione sicura dei dati che Glossario 91 vengono duplicati in modo da consentire la continuit d uso degli stessi anche in caso di guasti singoli o multipli RAM Random Access Memory la memoria principale di lavoro del computer La RAM volatile quando si spegne il computer perde tutto il suo contenuto Esistono tipi diversi di moduli RAM come SIMM FPM ed EDO e DIMM SDRAM DDR e SLDRAM Registro Casella di memoria della CPU pu contenere informazioni sul funzionamento comandi o dati sui quali vengono fatti i calcoli Repeater Apparecchiatura utilizzata per interconnettere due reti mediante la ricezione amplificazione e ritrasmissione dei segnali tra le reti interessate RIMM Rambus In line Memory Module tipo di modulo RAM con Direct RDRAM RISC Reduced Instruction Set Computer generazione di processori che avendo un numero ridotto di istruzioni da eseguire funzionano pi velocemente e con maggiore efficienza Le istruzioni pi complesse vengono eseguite componendo insieme alcune istruzioni semplici Risoluzione Capacit del monitor o di una stampante di riprodurre immagini o testi Viene misurata in punti per pollice DPI RJ 11 RJ 45 Sile che identificano diffusi connettori telefonici RJ 11 un c
64. chi anni dopo fonder con Jim Clark la Netscape Communication ed Eric Bina sviluppano una interfaccia grafica multipiattaforma per l accesso ai documenti presenti su World Wide Web il famoso Mosaic e la distribuiscono gratuitamente a tutta la comunit di utenti della rete World Wide Web nella forma in cui oggi lo conosciamo il prodotto di questa virtuosa collaborazione a distanza Con l introduzione di Mosaic in breve tempo il Web si impone come il servizio pi usato dagli utenti della rete e inizia ad attrarne di nuovi Il successo di World Wide Web ha naturalmente suscitato l interesse di una enorme quantit di nuovi autori ed editori telematici interesse che ha determinato dei ritmi di crescita pi che esponenziali Nel 1993 esistevano solo duecento server Web oggi ce ne sono milioni Su World Wide Web possibile trovare le pagine di centri di ricerca universitari che informano sulle proprie attivit e mettono a disposizione in tempo reale pubblicazioni scientifiche con tanto di immagini grafici registrazioni quelle dei grandi enti che gestiscono Internet con le ultime notizie su protocolli e specifiche di comunicazione nonch le ultime versioni dei software per l accesso alla rete o per la gestione di servizi ma possibile trovare anche riviste letterarie gallerie d arte telematiche musei virtuali con immagini digitalizzate dei quadri biblioteche che mettono a disposizione rari manoscritti altrimenti inaccessibili ed
65. come quelli di robot industriali veicoli o velivoli non possono avere un sistema operativo time sharing 4 5 Gestione della memoria Abbiamo visto nel capitolo come la memoria principale del calcolatore sia vista come un casellario di parole composte da un numero fisso di bytes e come esistano diversi tipi di dispositivi di memorizzazione Vogliamo ora vedere come il sistema operativo attribuisca la memoria ai vari processi in esecuzione Innanzitutto il sistema operativo si occupa di e Assegnare a ciascun processo tutta la memoria di cui ha bisogno e Rendere l accesso a questa memoria il pi possibile veloce e Evitare che i diversi processi in memoria accedano alle stesse aree di memoria in modo non coordinato e che le scritture letture di un processo danneggino gli altri processi Ovviamente il sistema operativo pu utilizzare tutti i dispositivi di memoria che abbiamo visto nel capitolo Errore sorgente del riferimento non trovata cio una grande RAM una piccola e veloce cache ed il disco rigido Consideriamo la memoria principale come un casellario e dimentichiamoci della gestione della cache di cui abbiamo gi un po parlato A parte un settore supponiamo le prime N caselle dove viene caricato il sistema operativo nella restante parte di memoria si possono caricare i processi Per poter gestire processi di dimensioni variabili preferibile non fissare a priori le aree di memoria riservate a un processo si ha quindi una alloc
66. come accade per esempio nei recenti ultraportatili Asus EEE Acer Aspire One Che cos un computer 23 1 10 Storia del calcolatore Come abbiamo visto il Moderno computer non altro che una sofisticata macchina per il calcolo automatico che in grado di eseguire ripetutamente operazioni aritmetiche e logiche i Le prime macchine per il calcolo automatico E si furono apparecchiature meccaniche Il primo esempio che si ricorda quello costruito nel 1642 dal matematico e filosofo francese Blaise Pascal la cosiddetta Pascaline Essa s era in grado di eseguire le addizioni tenendo Figura 14 Pascaline conto automaticamente dei riporti ed eseguiva sottrazioni e moltiplicazioni Negli anni seguenti altri studiosi proposero modifiche o nuove macchine ma spesso solo da un punto di vista teorico ricordiamo Leibnitz 1671 e Poleni 1709 Il primo progetto in qualche modo definibile come antenato del calcolatore moderno fu la macchina analitica Analytical Engine progettata dal matematico inglese Charles Babbage nel 1832 Essa poteva infatti risolvere teoricamente qualsiasi problema descrivibile come una sequenza d operazioni matematiche Teoricamente perch Babbage non riusc a realizzarla in pratica a causa delle limitazioni della tecnologia del tempo soltanto dopo la sua morte il figlio ne realizz alcune parti Il primo calcolatore prodotto in serie risale al 1810 ad opera di Charles Thomas ne furono cost
67. croprogrammate sui circuiti logici La reale attivit della macchina avviene soltanto al livello pi basso Per trasformare un comando virtuale di un linguaggio di livello alto in reali azioni della macchina si passa per una serie di traduzioni che possono avvenire tutte prima dell esecuzione si parla allora di compilazione o direttamente alla chiamata del comando si parla allora di interpretazione Altra cosa da notare che ai livelli pi alti come si vede corrisponde la semplicit d uso e la vicinanza all utilizzatore ai livelli pi bassi la vicinanza alla macchina e l efficienza Dalla posizione nello schema a livelli si capisce che il sistema operativo qualcosa che nasconde i livelli pi bassi legati alla macchina a quelli pi alti a cui accedono in genere gli utilizzatori pi o meno specializzati 4 3 Moduli del sistema operativo Da quello che abbiamo visto quindi il sistema operativo costituisce lo strato di software che si trova tra le risorse della macchina e le applicazioni o i programmi dell utente Il suo compito di rendere il pi possibile semplice ed efficiente l utilizzo delle risorse del calcolatore Il sistema operativo sar quindi composto da una serie di moduli che devono occuparsi dei seguenti compiti e L esecuzione dei diversi programmi che quando sono caricati in memoria e accedono al processore vengono chiamati processi e La gestione della memoria e di come quest
68. d quelli oggi introdotti sui PC consentono di memorizzare e leggere tipicamente 4 7 Gb Memorie a stato solido Recentemente sono diventati di largo uso oltre che di basso costo e di notevole capacit le memorie permanenti e riscrivibili basate sulla fisica dei semiconduttori generalmente riferite come memorie flash evoluzione di diversi tipi di dispositivi di memoria programmabile a stato solido Utilizzando principi della meccanica quantistica questi dispositivi possono essere scritti e letti permanentemente conservano i dati senza alimentazione e sono di dimensioni contenute Sono per questo molto adatte per l interscambio di dati per cui hanno sostituito i vecchi dischetti magnetici ed i dispositivi portatili come macchine fotografiche cellulari media player ecc Esistono vari formati di scheda di memoria Attualmente esistono varie tipologie di flash memory card che si differenziano per il consorzio di produttori e standard di dimensioni collegamenti e capacit Compact Flash SmartMedia MultiMediaCard Memory Stick Secure Digital TransFlash xD Picture Card Particolare interesse per il personal computing hanno le cosiddette USB memory Flash ovvero le ben note chiavette USB che sono appunto accessibili dal pc in lettura scrittura mediante l interfaccia USB Calcolatori che non hanno necessit di grosse quantit di memoria di massa possono addirittura sostituire l hard disk con memorie flash solid state disks
69. da centinaia di migliaia di autori indipendenti Spesso questi siti o i nuovi servizi in rete vengono largamente pubblicizzati o propagandati dai media e vanno a costituire mode destinate a rapidi ridimensionamenti come nel caso dei blog o dello stesso Second Life una sorta di videogioco online pi discusso sui giornali che effettivamente utilizzato A questo insieme di tendenze ci si riferisce spesso con il termine Web 2 0 anche se questo non rispecchia necessariamente un cambio improvviso di tecnologie o protocolli ma pi che altro una serie di mutamenti progressivi che hanno modificato sia la tecnologia che l uso dei siti Internet 80 Fondamenti di Informatica 7 Glossario Nel seguito trovate spiegazioni di alcuni termini e sigle usati da chi si occupa di calcolatori reti internet ed all informatica in genere e che stanno ormai passando al linguaggio comune anche se non sempre in modo appropriato Accessibilit La capacit dei sistemi informatici nelle forme e nei limiti consentiti dalle conoscenze tecnologiche di erogare servizi e fornire informazioni fruibili senza discriminazioni anche da parte di coloro che a causa di disabilit necessitano di tecnologie assistive o configurazioni particolari Legge 4 del 9 gennaio 2004 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line ADSL una tecnologia che consente di utilizzare un normale doppino telefonico per la trasmissione dati utilizzando tutta la banda passante dispo
70. della posta esistono due metodi e off line in molti casi quando si lavora su un PC con connessione modem non si vuole gestire la posta on line per risparmiare soldi e non tenere attiva una connessione telefonica quando non serve Un protocollo usato per recuperare la posta da una casella postale remota il POP3 Post Office Protocol RFC 1225 Ha comandi per permettere all utente di connettersi disconnettersi recuperare messaggi e cancellarli Lo scopo di POP3 recuperare la posta dalla casella remota e memorizzarla nella macchina locale dell utente per leggerla e gestirla fuori linea off line cio senza il collegamento ad Internet attivo e on line un protocollo pi sofisticato di POP3 IMAP Interactive Mail Access Protocol RFC 1064 che utile per chi vuole gestire la posta da computer diversi esempi azienda utente che viaggia frequentemente In questo caso il mail server conserva un deposito centrale accessibile da qualsiasi macchina cliente A differenza di POP3 IMAP non copia la posta sulla macchina personale dell utente perch questi pu usarne parecchie la gestione quindi on line pi costosa ma pi sicura non vengono lasciate copie in giro delle proprie e mail Esempi di servizi i newsgroup Un newsgroup una bacheca elettronica dove possibile inserire un proprio mail che verr poi letto da tutti i fruitori del servizio newsgroup sono divisi in canali tematici e sono un utile fonte di infor
71. di Ingresso Uscita Input Output Nella pratica si tratta del disco rigido per la memoria di massa e di tutte le altre periferiche che ci permettono quotidianamente l utilizzo del computer tastiera mouse video ecc Come si pu osservare in Figura 8 tutto si collega alla scheda madre tramite i numerosi spinotti ed alloggiamenti che vi sono integrati il bus IDE per il disco rigido slot per le schede esterne video audio ecc porte per tastiera mouse microfono ecc Occorre notare che l evoluzione del calcolatore ha portato a massimizzare il disaccoppiamento tra i dispositivi esterni e la CPU creando circuiterie intelligenti di connessione e gestione degli stessi Infatti se la CPU dovesse gestire completamente anche i periferici si avrebbe un degrado delle prestazioni Nei calcolatori pi moderni i periferici contengono addirittura processori dedicati alloggiati fisicamente al loro interno dispositivi periferici come abbiamo detto vengono in genere distinti tra e Unit di ingresso che permettono di introdurre nel calcolatore dati programmi o di comunicare con dispositivi normalmente non compatibili col calcolatore fungendo cos da interfaccia ad esempio unit di ingresso sono tastiera mouse convertitori analogico digitali microfoni scanner lettori di codici a barre telecamere e cos via 16 Fondamenti di Informatica e Unit di uscita che permettono di visualizzare in qualche modo i risultati di
72. di bit in ogni pacchetto viene messo l indirizzo del destinatario e un numero sequenziale pacchetti indipendentemente vengono trasmessi sulla rete e memorizzati da nodi intermediari detti Interface Message Processor IMP e nel caso specifico del livello di internet router In base alle caratteristiche del traffico di rete presenza di ingorghi etc i nodi intermediari possono instradare routing verso altri nodi i vari pacchetti in modo diverso pacchetti viaggiano di nodo in nodo fino a raggiungere la stazione di destinazione compito della stazione attendere l arrivo di tutti i pacchetti e riordinarli in base al numero di sequenza per ottenere i dati originali Si osservi che con un sistema di questo genere pu succedere che arrivi prima alla stazione di destinazione un pacchetto partito dopo dalla stazione sorgente compito della stazione finale anche accorgersi di non aver ricevuto tutti i pacchetti e o controllare che non vi siano stati errori di trasmissione richiedendo in tal caso la ritrasmissione dei dati Tutto questo meccanismo di inoltro dei pacchetti chiamato store and forward viene utilizzato nella maggioranza delle reti di calcolatori vantaggi di questo tipo di collegamento sono i seguenti e Gliutenti pagano in base alla quantit di dati effettivamente trasmessi e collegamenti sono ottimizzati in quanto condivisi da pi utenti e Da una stessa stazione possono partire contemporaneamente pi comu
73. di bit estranei al segnale utilizzati per controllo di errore parit Gli standard delle porte seriali di vecchia generazione che definiscono i livelli di tensione del bit la temporizzazione ecc sono l RS 232 e RS432 Anche per quanto riguarda le connessioni esterne c stata comunque un evoluzione delle tecnologie e degli standard Lo standard Universal Serial Bus USB utilizzato da tutti i calcolatori di nuova generazione Esso consente di collegare fino a 127 dispositivi in serie molto pi veloce delle vecchie seriali 12 Mbps e consente di gestire facilmente i collegamenti per tutti i dispositivi che non richiedano il trasferimento di grosse quantit di dati dischi rigidi ed ottici Si utilizza per mouse stampanti scanner modem Ha inoltre gli ulteriori vantaggi di utilizzare la tecnologia plug and play i dispositivi collegati vengono subito individuati dal sistema non richiedere lo spegnimento del PC per il collegamento di utilizzare cavi sottili e di trasmettere anche la corrente per l eventuale alimentazione della periferica Queste caratteristiche sono condivise anche dalle porte Firewire IEEE 1394 standard creato dalla Apple ma anch esso universalmente diffuso Questa connessione peraltro molto pi potente e costosa e viene utilizzata soprattutto per dispositivi come videocamere digitali dischi ecc Pu collegare fino a 63 dispositivi in serie 18 Fondamenti di Informatica 1 9 Alcunidispositivi peri
74. di campionamento c il parametro critico se sufficientemente alta esiste un teorema di Shannon che garantisce che se la massima frequenza max presente nel segnale tale che 20 max lt non vi nessuna perdita di informazione dovuta al campionamento Per questo il formato digitale utilizzato dai CD audio campionato a 44 1 KHz che corrisponde a poco pi del doppio della massima frequenza percettibile dall orecchio umano Data l elevatissima frequenza l audio PCM non compresso occupa moltissima memoria Per cercare di ridurre il problema che renderebbe ardua la trasmissione del suono sulle reti di calcolatori un modo pu semplicemente essere quello di rinunciare alla qualit riducendo la frequenza di campionamento e tenendo basso il numero di bit per la comprensibilit del parlato per esempio bastano 8 bit e 8 Khz ma la soluzione migliore utilizzare tecniche avanzate di compressione che descriveremo brevemente in seguito Figura 19 Binarizzazione del segnale da un segnale continuo linea tratteggiata si passa ad uno discreto e campionato temporalmente Immagini Le immagini che elaboriamo sui calcolatori vengono in genere suddivise in due tipi raster e vettoriali Le immagini raster sono matrici di pixel picture element vale a dire matrici di valori livelli di grigio n bit o componenti di colore 3 n bit Sono immagini raster quelle acquisite da macchine fotografiche
75. di rilevare ed eventualmente correggere gli errori provocati dalla trasmissione dei dati nei mezzi fisici Un altro compito di questo livello quello di stabilire mantenere e chiudere un collegamento virtuale tra due stazioni Il terzo livello detto di rete network ha il compito di collegare due stazioni anche senza un collegamento fisico ma mediante collegamenti virtuali Il livello di rete inoltre ha il compito del controllo del flusso dei dati Un altra importante funzione del livello di rete quella di collegare sottoreti differenti Ogni stato ha infatti un sistema di rete pubblica che pu non coincidere con quelle di altri stati In questi casi il livello di rete dell OSI prevede l aggiunta di servizi a quelle sottoreti che non raggiungono i livelli previsti dall ISO e ne toglie a quelle sottoreti che invece ne hanno in eccedenza In questo modo si rende omogeneo il collegamento tra computer di paesi diversi cos che ad esempio un computer in Italia pu collegarsi tranquillamente con un computer negli Stati Uniti anche se le sottoreti dei paesi in questione hanno caratteristiche diverse quanto a servizi offerti Le reti di calcolatori 67 collegamenti tra le due sottoreti avvengono mediante i gateway cio vie di accesso o corridoi Questi gateway sono specifici calcolatori che provvedono a trasformare i protocolli provenienti da una sottorete negli equivalenti protocolli di un altra sottorete Il livello di trasporto prov
76. digitali scanner e cos via e tutte le immagini sono forzatamente convertite in raster al momento della rappresentazione sullo schermo che mostra appunto una matrice di livelli di colore Nella grafica vettoriale le linee che compongono i disegni non sono realizzati come semplici pixel colorati ma sono composti da una serie di oggetti Esiste un numero limitato di oggetti o primitive standard definiti da equazioni rette poligoni circonferenze ecc Tutte le altre forme sono generate da composizioni di queste primitive La rappresentazione in memoria dunque non avviene punto per punto ma oggetto per oggetto e ciascuno di questi sintetizzato da una formula e da alcuni parametri o 36 Fondamenti di Informatica propriet Un rettangolo ad esempio rappresentato da parametri come altezza larghezza spessore della linea perimetrale tipo di riempimento colore e tipo delle linea perimetrale colore e tipo del riempimento trasparenza Inoltre per collocare l oggetto rettangolo correttamente nell ambito del disegno necessario stabilire le coordinate dell angolo in alto a sinistra ed il livello di appartenenza Quest ultimo parametro permette la sovrapposizione di oggetti senza che questi sul video si fondano La visualizzazione viene effettuata come se fosse composta da innumerevoli livelli immaginari sovrapposti su ognuno dei quali presente un solo oggetto Gli oggetti che si trovano sui livelli superiori coprono quelli che si
77. diversa corrisponde effettivamente un numero diverso La numerazione che utilizziamo comunemente semplicemente una notazione posizionale in base 10 cio con r 10 d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Il sistema binario usato all interno del calcolatore un caso particolare di notazione posizonale con r 2 d 0 1 Altri sistemi usati in informatica sono l ottale r 8 d 0 1 2 3 4 5 6 7 e esadecimale r 16 d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F Nel caso dei numeri interi quindi i numeri in base 10 devono essere convertiti in e da base 2 per l elaborazione al calcolatore L operazione molto semplice ad esempio utilizzando la definizione 10102 1 8 0 4 1 2 0 1 10 8 2 10 1010 Un poco pi complesso ma sempre molto semplice il passaggio inverso Un metodo consiste nel dividere il numero per 2 mettere il resto come prima cifra del valore binario dividere il risultato ancora per 2 e mettere il resto come cifra pi significativa del risultato e dividere ancora il resto e cos via finch il risultato non 1 Provare per credere Nel rappresentare i numeri interi sul calcolatore occorre tenere conto del fatto che le macchine hanno vincoli spaziali esiste quindi un massimo valore rappresentabile dipendente dal numero di bit utilizzati Con n bit si pu rappresentare al massimo il numero 2 1 Al contrario se si vuole rappresentare un numero intero X necessario avere a disposizione un numero di bit pari a n INT
78. e prestazioni purch i programmi utilizzino elaborazione parallela attraverso un meccanismo che prende il nome di multi threading arrivata oggi anche ai PC domestici con i recenti chip Intel e AMD L efficienza e le caratteristiche del microprocessore dipendono ovviamente dal set di istruzioni che in grado di eseguire che corrispondono quindi ai codici operativi e da come queste operazioni sono implementate sui circuiti logici La programmazione delle istruzioni viene detta microprogrammazione ed il pi basso livello di programmazione presente sulla macchina Due microprocessori che hanno lo stesso set di istruzioni possono essere compatibili anche se la loro struttura interna differente e possono quindi eseguire gli stessi programmi cosa non vera nel caso generale personal computer IBM compatibili attuali utilizzano processori Intel o compatibili costruiti da concorrenti come AMD 1 3 La memoria Abbiamo parlato della memoria come di un oggetto su cui durante il suo ciclo la CPU scrive e legge delle parole copiandole da e su alcuni suoi registri spostandole attraverso il bus In essa sono memorizzati sia i dati da elaborare sia il programma che li elabora e su di essa vengono scritti i risultati dell elaborazione La memoria principale del calcolatore una lista di caselle tra le quali se ne seleziona una mediante una serie di bit quelli che vengono trasmessi dal bus indirizzi su cui leggere o
79. e Access Tecnologia di recente diffusione perrealizzare reti di telecomunicazioni a banda larga e senza fili Dovrebbe garantire copertura di distanze molto ampie WIMP Windows Mouse Icons Pointer Il paradigma di interazione tipico con le interfacce a finestra dei moderni sistemi operativi basato sul movimento del puntatore sulle finestre e sui menu interattivi WLAN wireless local area network Rete locale senza fili World Wide Web Servizio di Internet che permette di pubblicare contenuti multimediali testi immagini audio video ipertesti e servizi accessibili mediante opportuni programmi client browser Worm Tipo di malware consistente in un programma a s stante in grado di creare potenziale danno al sistema e di autoreplicarsi WORM Write Once Read Many tipo di disco ottico che consente di registrare i dati anche in diverse sessioni ma ogni file rimane definitivamente archiviato e non modificabile Un raggio laser debole serve per leggere i dati mentre un raggio laser pi potente viene utilizzato per scrivere XGA eXtended Graphics Array interfaccia grafica per monitor che consente la visualizzazione di 256 colori con una risoluzione di 1024 per 678 pixel XML Metalinguaggio utilizzato per creare nuovi linguaggi atti a descrivere documenti strutturati L attuale XHTML che descrive le pagine web realizzato con XML
80. e d Sistema a a e a e aE A E TE E EE 39 4 2 Stratificazione dei lIN Uaggi sioiaae ariana tire 39 4 3 Moduli del sistema operativo nnt reennne reene 40 4 4 Gestione dei PIOGESS lionel iena landa lata 41 4 5 Gestione gdella memoria rac allea ela 44 4 6 Gestione deife e ie a a a e a a a 47 4 7 Gestione delle periferiche tn nnnt 48 4 8 Interfacce Utente ae 49 4 9 Classificazione dei sistemi operativi e sistemi operativi in commercio 50 4 10 BIOS sil ella 51 4 11 Programmiapplicalivi g a isole baila 51 4 12 Ilsofiware lt libero aaacasa aio ea 54 4 13 Il software maligno o malware oliena reatino 55 bLe retidicvvalcolatorie irradia 57 5 1 Motivazioni vantaggi e svantaggi delle reti 57 5 2 MEZZI FASMISSNI nica a ada 58 5 3 Classificazioni dell fetir issnin alieno sona 61 5 4 Protocolli di GOMUNICAZIONE sa eterea 63 5 5 Ilmodello ISO OSI e e i deaa aea a E E i e ea 66 GINeriekscre rano int r niro e e Ee a ie 69 6 1 Connettersi ad ntemet release 69 6 2 Semiz di MIS eT a a E e a A 70 PAE eers i o EPA EE AE altare reni i i fido Ra TT 81 A Fondamenti di Informatica Introduzione L utilizzo del calcolatore nelle sue forme moderne personal computer portatili palmari ecc e l accesso alle reti con la possibilit di comunicare ed accedere a materiale di ogni tipo sta rivoluzionando diversi aspetti della nostra vita ed il su
81. e dallavere a disposizione ulteriori strumenti come ambienti di sviluppo sistemi di debugging per trovare facilmente gli errori editor per scrivere il codice in maniera assistita eccetera Inoltre moltissimi tipi di dati anche immagini suoni ecc possono essere codificati in modo standard per essere elaborati dalla CPU e le librerie di programmi di sistema incluse nei cosiddetti sistemi operativi si occupano di gestire le parti del computer a basso livello memoria input output ecc Insomma generazioni di programmatori hanno fatto s che chi vuole realizzare applicazioni per il computer possa farlo ad alto livello scrivendo liste di comandi complessi su dati di ogni genere e questo ha facilitato moltissimo lo sviluppo di applicazioni varie per l utente generico Le macchine che oggi utilizziamo non si caratterizzano quindi soltanto per un architettura hardware ma anche per vari tipi di programmi di gestione che costituiscono i cosiddetti sistemi operativi ci si riferisce a hardware sistema operativo con il termine piattaforma di sviluppo Questi sistemi operativi forniscono l interfaccia all utente per interagire con le risorse della macchina in maniera astratta ed intuitiva ed ai programmatori la possibilit di scrivere i programmi che realizzano applicazioni complesse mediante metodologie di sviluppo semplici ed organizzate 30 Fondamenti di Informatica 3 Codifica dell informazione Abbiamo stabilito che un calc
82. e della memoria operazioni di ingresso e uscita arresto del processore centrale La differenziazione tra operazioni privilegiate e non pu avere anche una seconda importante motivazione avendo in memoria diversi programmi gli errori di uno possono influire sugli altri Questo vuol dire che un buon sistema operativo deve impedire che i programmi scritti dall utente ed eseguiti possano accedere direttamente alle risorse condivise RAM I O devices Tutto questo fa s che nei moderni calcolatori si abbia un supporto hardware per differenziare almeno DUE modi di operazione e User mode da parte di un utente e Monitor mode gestita dal S O L avvio in monitor mode viene caricato il S O poi si avviano programmi utente Il S O lavora sempre in monitor mode Le istruzioni privilegiate sono sempre eseguite in monitor mode Abbiamo accennato al fatto che il sistema di scheduling della CPU dispatcher assegna quanti di tempo ai vari processi nello stato ready prescindendo dalle interruzioni Si parla in questo caso di time sharing L assegnazione pu avvenire con diverse strategie ad esempio la First come first served con cui si attribuisce la CPU al primo processo che la chiede la Round robin con attribuzione a turno o quella basata su priorit grazie a questa alternanza che pi processi possono essere contemporaneamente in memoria e se l alternanza abbastanza veloce dare l impressione di essere esegui
83. e i programmi una delle componenti base di un sistema operativo SIMD Single Instruction Multiple Data capacit di un processore di elaborare pi dati con una singola istruzione possibile grazie alla presenza di pi unit di calcolo nel processore SIMM Single In line Memory Module moduli piccole schede rettangolari di memoria RAM per le memoria principale del computer Rimpiazzati dai moduli DIMM Sincrona Trasmissione di dati nella quale le informazioni di temporizzazione per lo scambio dei dati sono comprese nei dati stessi Sistema operativo Insieme di programmi che gestiscono l attivit del calcolatore i processi in esecuzione la memoria e le periferiche consentendo anche l interazione da parte dell utente Sono sistemi operativi MS DOS Unix Windows 9x Mac OS Linux ecc Sito web Insieme di pagine web o sistema di generazione dinamica di pagine web creato per consentire all utente lo svolgimento di un determinato compito Slot Connettore presente sulla scheda madre del computer per inserire schede specializzate come schede di rete schede grafiche modem su scheda o di memoria RAM aggiuntiva Smart Card Tipo di carta magnetica che utilizza un chip integrato nella carta stessa Pu registrare dati di qualsiasi tipo nomi indirizzi numeri di telefono importi codici password che con l inserimento in un lettore pu rendere disponibili Glossario 93 Smart Media Tipologia di scheda di memoria Flash
84. e multimediale se pu contenere pi mezzi media di comunicazione differenti video audio immagini etc Una pagina di un libro con delle figure un documento multimediale perch oltre allo scritto presente un altro media cio le immagini Da notare che spesso dagli addetti ai lavori vengono considerati media diversi anche differenti stili nell uso di un medesimo mezzo fisico es l immagine fotografica e il disegno la poesia e il racconto ecc Anche se multimediale un libro pu essere letto solo sequenzialmente pagina dopo pagina dalla prima all ultima L utente deve tenere conto mentalmente dei legami logici che esistono tra le varie parti del libro con il rischio di dimenticare e perdere il significato del tutto es ora l autore della dispensa vi parla di sistema DNS e voi non ricordate pi che cosa perch la definizione era scritta molte pagine indietro Grazie all avvento dei calcolatori stato possibile creare dei documenti organizzati in modo completamente differente Un ipertesto un documento che pu essere letto in modo non lineare cio il lettore pu leggerlo saltando da un informazione all altra in modo assolutamente libero Se progettato bene un ipertesto consente una chiave di lettura Internet TT personale del documento aiutando la memorizzazione dei legami logici e apre al lettore la possibilit di scoprire nuovi legami tra le varie informazioni contenute Un ipertesto si basa
85. e utilizzate per il collegamento di periferiche ISO Sigla di International Standard Organization la pi importante organizzazione a livello mondiale per la definizione di standard industriali e commerciali ISDN Integrated Service Digital Network L ISDN rete numerica digitale integrata nei servizi un tipo di connessione telefonica L ISDN comporta l installazione di una doppia linea telefonica due numeri telefonici Con una linea telefonica la velocit massima ottenibile di 64Kbit sec mentre con ISDN si ottiene la velocit di 128Kbit sec grazie all utilizzo simultaneo delle due linee ISP Internet Service Provider Organizzazione o struttura commerciale che fornisce agli utenti la connessione ad Internet e l uso dei suoi servizi Java Linguaggio di programmazione orientato agli oggetti derivato dal C Javascript Linguaggio interpretato che viene utilizzato per la programmazione di eventi dinamici lato client sulle pagine web browser hanno incluso un interprete javascript ed attraverso le funzioni del linguaggio si pu accedere alle varie parti del documento web e del browser attraverso una struttura standard detta Document Object Model Non ha nulla a che fare con Java JPEG Joint Photographic Expert Group comitato che ha definito il principale standard per la compressione di immagini fotografiche o pittoriche file di immagini compresse JPEG sono identificati in genere dall estensione JPG Kb Kilobyte 1 Kb
86. ed un linguaggio cio una serie di comandi ed una serie di operazioni che non corrispondono realmente alle operazioni elementari che compie la macchina stessa ma che servono ad 40 Fondamenti di Informatica utilizzare le risorse del livello I comandi astratti che si hanno ad un determinato livello definiscono una macchina virtuale virtuale appunto perch non esiste fisicamente ed i suoi comandi sono implementati in termini di operazioni fatte dalla macchina virtuale di livello immediatamente inferiore Ma chi agisce ad un determinato livello non necessita di sapere nulla di cosa accade al livello inferiore Per rendere chiaro l esempio vediamo quali sono considerati i livelli degli attuali calcolatori e L6 Linguaggi altissimo livello applicazioni L5 Linguaggi alto livello C C Fortran L4 Linguaggio assembler L3 Sistema operativo L2 Linguaggio Macchina L1 Microprogrammazione LO Hardware logica digitale Questa divisione solo una schematizzazione comunque piuttosto artificiosa e che va presa con beneficio di inventario Quello che deve essere per chiaro sono il concetto di livello macchina virtuale e di astrazione delle risorse per cui chi utilizza un applicazione o scrive un programma non deve conoscere il processore su cui girer l applicazione non deve sapere come si ottiene la possibilit di scrivere in memoria non deve sapere quali sono le istruzioni della CPU ed ovviamente neppure come queste sono mi
87. ee collegate da apposite macchine quelle che avevamo definito Interface Message Processors che fanno da traduzione tra i messaggi ai vari livelli dell architettura bridge router gateway 6 1 Connettersi ad Internet L utente domestico non collegato direttamente alla rete ma accede attraverso i cosiddetti Internet Service Provider in genere tramite connessione telefonica via Modem oppure mediante connessione ADSL ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line una tecnologia che permette di trasformare la linea telefonica analogica il tradizionale doppino telefonico in rame in una linea digitale ad alta velocit per un accesso ad Internet ultra veloce 0 4kHz 25 875 kHz 138 kHz 1104 kHz PSTN Upstream Downstream Figura 37 La suddivisione delle frequenze nei canali voce e dati utilizzata in ADSL La tecnologia ADSL utilizza la banda delle frequenze superiori a quella normalmente utilizzata per la voce fonia nella linea telefonica tradizionale per trasportare in forma numerica dati audio e immagini Quando sulla linea telefonica abilitata ADSL la banda disponibile viene suddivisa in tre sotto bande di frequenza distinte una dedicata alla ricezione dei dati da Internet downstream una dedicata all invio dei dati verso Internet upstream ed un altra molto ristretta riservata al traffico voce Per utilizzare il servizio richiesta l installazione di un apposita coppia di filtri ADSL alle estremit della linea tele
88. ei computer aziendali e non Occorre quindi prevedere una protezione adeguata ad esempio installare sui gateway aziendali dei firewall cio un insieme di programmi che prevengono l accesso non controllato da parte di altri utenti 6 2 Servizi di Internet Internet viene principalmente utilizzata per fornire e fruire di servizi di vario tipo Un servizio di Internet un architettura software cio un insieme di programmi che collaborano tra loro per svolgere un determinato compito che utilizza per la gestione e l ordinamento dei pacchetti il protocollo IP In generale esistono due architetture di base per i servizi di rete client server e peer to peer 70 Fondamenti di Informatica Architettura client server Un processo servente server o nella terminologia pi moderna daemon offre un servizio ai processi clienti client o nella terminologia pi moderna agent che sono i soli abilitati ad iniziare la comunicazione Un processo servente e aspetta richieste da un processo cliente pu servire pi richieste allo stesso tempo applica una politica di priorit tra le richieste pu attivare altri processi di servizio pi robusto e affidabile dei clienti tiene traccia storica dei collegamenti logfile Un esempio pu aiutare a comprendere meglio Supponiamo che un utente tramite il suo Browser il client del web es Internet Explorer Safari Mozilla Firefox ecc voglia leggere il contenuto della pagina principale de
89. elativo alla trasmissione di file in una serie di connessione indipendenti con molti nodi invece che con un unico server permettono di sfruttare molto pi efficacemente la banda complessiva disponibile nella rete in pratica di scaricare molto pi velocemente i file Si noti che l uso degli applicativi di file sharing e dei protocolli di condivisione di file p2p non illegale ma potrebbe esserlo rendere disponibile materiale non libero Servizi sincroni ed asincroni Un servizio di Internet pu essere e Sincrono attivit simultanea tra i siti e Asincrono non richiede attivit simultanea e Esempi di servizi di Internet sono e Servizi di tracciamento verifica dell esistenza e connessione di un account o host su Internet e Servizi di comunicazione per scambio messaggi flussi di dati o programmi fra due o pi corrispondenti e Servizi di cooperazione condivisione e modifica di risorse dati programmi documenti fra pi corrispondenti e Servizi di coordinazione attivit concordata di persone servizi o programmi Servizi Asincroni Sincroni Tracciamento finger Ping Comunicazione E mail news forum Chat streaming audio video conferencing Cooperazione Ftp www Wiki File sharing Multi user Coordinazione e commerce games Tabella 3 Servizi di Internet sincroni ed asincroni Uniform Resource Locator Un aspetto particolare del funzionamento di molti dei servizi di Internet la tecni
90. elta ad esempio evitando di installarne uno che richieda troppe risorse se la macchina non le possiede Le sue competenze possono fargli capire a cosa eventualmente dovuto un malfunzionamento o un eventuale crash del programma ad esempio per problemi nella gestione della memoria associata processi da parte del sistema operativo Pu risolvere in maniera semplice problematiche relative a connessioni di periferiche driver utili di sistema Se un utente sa come funzionano i filesystem e come sono codificati i files non deve chiamare un tecnico solo perch magari vogliono salvare un file di testo in modo da renderlo leggibile per un altro programma E cos via Non c bisogno quindi di essere programmatori per trarre giovamento sia dal punto economico che della produttivit nel proprio lavoro dalla conoscenza delle informazioni basilari che qui cerchiamo di riassumere Un altra cosa che pu sicuramente giovare a tutti gli utenti dei calcolatori una minima conoscenza di come vengano prodotti i programmi applicativi con quali licenze d uso vengano distribuiti e cos via ed il caso quindi di spendere due parole a proposito Come abbiamo visto i computer non sarebbero utilizzabili dall utente senza software Le macchine vengono in genere vendute con un sistema operativo prodotto da una azienda che in genere non quella che fornisce l hardware Come tutti sanno la grande maggioranza dei computer utilizzati dal grande pubblico ha
91. ema Nei primi calcolatori l unico software era costituito dall algoritmo per risolvere il singolo problema ed i dati di partenza Con il tempo sono stati inseriti nei calcolatori dati e programmi di base atti a semplificare l utilizzo della macchina Sono stati inizialmente introdotti programmi per eseguire il caricamento dei dati e dei programmi poi per la scrittura dei programmi Poi sono stati introdotti sistemi per gestire al meglio le risorse evitando conflitti A poco a poco si sono sviluppati una serie di programmi che separano sempre pi l utente dalla macchina fisica che rendono possibile scrivere programmi in maniera facilitata farli eseguire in maniera rapida e interattiva senza doversi preoccupare di dover scrivere le procedure per allocare la memoria necessaria per accedere ai dispositivi di ingresso e uscita e cos via Questi programmi costituiscono il software di base del calcolatore detto anche sistema operativo sistemi operativi sono insiemi di programmi che permettono di utilizzare le risorse del calcolatore per scopi generali e senza doverne conoscere l architettura ed il funzionamento a basso livello cio vicino all hardware utilizzando il linguaggio macchina ad esempio programmi che lo compongono sono installati in genere dal fornitore alcuni di essi vengono caricati in memoria all accensione e si trovano normalmente in esecuzione altri sono richiamati all occorrenza Obiettivo primario di un
92. ene posto sul piano dove sotto un vetro il sensore scorre linearmente Ormai non esistono pi scanner a passate multiple come si usava una volta per migliorare la risoluzione La risoluzione ottica la reale densit di punti generati dal sensore la risoluzione interpolata aumenta artificialmente la densit dei punti con un algoritmo matematico Gli scanner vengono di solito associati a programmi per riconoscere i caratteri di testo OCR in modo da trasformare documenti cartacei in documenti elettronici Figura 12 Scanner piano Modem Il modem modulatore demodulatore collega il computer alle reti mediante conversione D A A D e collegamento a provider attraverso la rete telefonica La velocit tipica dei modem attuali di 56 Kbit s Per i collegamenti via ISDN e ADSL si utilizzano schede che Che cos un computer 21 sono spesso chiamate impropriamente modem in quanto non operano una modulazione del segnale ma trasmettono e ricevono segnali digitali Scheda audio Genera gli effetti sonori si occupa di convertire un flusso di dati digitali in un segnale analogico riproducibile da altoparlanti Contengono spesso anche sistemi di acquisizione per convertire l input analogico di un microfono in uno stream di bit Le architetture moderne contengono un sintetizzatore di suoni solitamente usato per generare suoni in tempo reale senza usare la CPU e chip sonori per migliorare la qualit del suono stesso Parametri caratte
93. err inviato a tutti gli utenti della lista In questo caso si dice che la comunicazione avviene tramite mailing list lista di utenti della posta Per come stato progettato questo servizio non esiste alcun sistema di controllo sull avvenuto ricevimento dei mail e non esiste la possibilit di garantire dei tempi di consegna Ci significa che NON possibile essere certi che un nostro mail sia stato inoltrato al destinatario e in che tempi Basta che un server della posta si blocchi e il mail non viene consegnato Il mittente non viene avvisato di questo evento e quindi non pu sapere se deve ritrasmettere il messaggio oppure no Per ovviare in parte a questo problema alcuni MUA consentono di attivare un opzione sul mail che sta per essere inviato che far aprire una finestra di dialogo al ricevente per chiedergli se voglia o meno confermare l avvenuto inoltro viene chiamata UTENTE 1 spesso ricevuta di consegna L utente finale pu anche decidere di non confermare una sua libera scelta vanificando cos la volont del mittente oppure per gli stessi problemi di affidabilit gi spiegati pu succedere che la conferma MTA gt MTA NON raggiunga mai il sendmail SMTP sendmail mittente In poche parole il sistema di posta TCP IP Porta elettronica inaffidabile Figura 38 Trasferimento di un messaggio di posta elettronica UTENTE 2 MUA Outlook MUA Netscape 74 Fondamenti di Informatica Per la lettura
94. erse possibilit la pi intuitiva utilizzare modulo e segno Il bit pi significativo non conta per il numero ma solo per il segno positivo 0 e negativo 1 Ad esempio con 5 bit 10011 3 00011 3 Questo metodo ha un problema evidente esistono due rappresentazioni per lo 0 ad esempio con 5 bit 10000 e 00000 Inoltre la realizzazione delle operazioni non banale addizionando bit a bit 3 e 3 si otterrebbe 10110 che interpretato come 6 Conviene usare il complemento a 2 se il numero di bit a disposizione n col complemento a 2 si rappresentano i numeri tra 2 e 2 21 Come numeri positivi nel range di interesse cio inferiori a 2 1 si rappresentano normalmente invece si sostituisce B con 2 B La cosa interessante che cos la differenza tra due numeri positivi A e B si esegue sommando con le regole del calcolo binario A 2 B La sottrazione si esegue mediante una somma Nel caso precedente per 3 e 3 avremmo 00011 e 11101 sommano bit a bit otteniamo 00000 come volevamo La codifica dei numeri diventa ovviamente problematica quando si tratta di rappresentare nel calcolatore i numeri reali E evidente che non si possono rappresentare numeri che variano nel continuo con stringhe binarie per cui quello che normalmente si rappresenta sono in realt numeri frazionari che approssimano con un errore noto il numero reale interessato L idea pi semplice sarebbe di usare un bit per
95. essariamente le caratteristiche di interfaccia Nel momento in cui l utente attiva un collegamento agendo su un link o specificando esplicitamente l indirizzo di un documento il client invia una richiesta request ad un determinato server con l indicazione del file che deve ricevere Il server Web o pi precisamente server HTTP per contro si occupa della gestione del reperimento e del recapito dei singoli documenti richiesti dai client Naturalmente esso in grado di servire pi richieste contemporaneamente Ma un server pu svolgere anche altre funzioni Una tipica mansione dei server HTTP l interazione con altri programmi interazione che permette di modificare documenti in modo dinamico ad esempio la pagina web di un giornale aggiornata da uno speciale programma che inserisce gli articoli mano a mano durante la giornata arrivano le notizie in redazione Servizi moderni VOIP IPTV ecc Che il web non coincida con Internet sta diventando sempre pi chiaro dato che sopra i protocolli di Internet si stanno oggi lanciando molti nuovi servizi che sfruttano la banda larga disponibile grazie alle connessioni ADSL e UMTS per riuscire ad ottenere utilizzando quindi le stesse modalit di distribuzione dei pacchetti di informazione agli indirizzi degli host visti finora servizi interattivi audio video come la televisione on demand IPTV la telefonia VOIP Voice over IP o varie forme di informazione intrattenimento giochi mult
96. etutamente operazioni programmate su dati digitali sfruttando l elettronica dei transistor In tutti i tipi di calcolatore elettronico abbiamo sempre una od eventualmente pi di una unit di calcolo CPU Central Processing Unit una memoria centrale che possiamo pensare come un enorme casellario che contiene i numeri binari da elaborare dove la CPU preleva e scrive dati e dispositivi che permettano all utente di inserire dati e leggere risultati Lo schema logico Figura 1 prende il nome di architettura di Von Neumann dal nome dello scienziato ungherese che introdusse appunto nei calcolatori del dopoguerra l idea del computer a programma memorizzato Vedremo tra poco un piccolo riepilogo dell evoluzione storica dei calcolatori elettronici Memoria centrale Figura 1 Architettura di Von Neumann La peculiarit di questo schema sta come accennato nell utilizzo di una sola memoria per contenere sia i dati da elaborare sia i programmi per elaborarli cio la lista di operazioni che cogliamo fare eseguire alla CPU in successione Questo schema venne applicato per 8 Fondamenti di Informatica la prima volta nel computer EDVAC del 1950 e successivamente universalmente adottato Ed sostanzialmente lo stesso utilizzato nei moderni calcolatori salvo il fatto che in genere la comunicazione tra le parti CPU memoria periferiche di I O avviene attraverso dei canali condivisi che prendono il nome di bus di comunicazione Fig
97. eve i dati trasmessi li memorizza e li passa poi alla stazione successiva fino a che non raggiungono il 62 Fondamenti di Informatica destinatario Vantaggi e La rete facilmente espandibile e Non necessaria una stazione centrale vengono meno i problemi relativi al malfunzionamento della stazione centrale e tempi di attesa per il proprio turno di trasmissione possono essere facilmente calcolati e previsti Svantaggi e A meno che non vengano raddoppiati i Figura 33 Topologia di rete ad collegamenti tra le stazioni si rischia il collasso anello dell intera rete in caso di avaria di un solo collegamento e tempi di trasmissione aumentano all aumentare del numero di stazioni presenti nella rete e Difficile adattamento alla logistica tipica di un azienda Topologia a bus La struttura a bus del tipo broadcast i dati trasmessi da una stazione arrivano senza memorizzazioni intermedie direttamente alla stazione destinazione Questo comporta velocit di trasferimento maggiori rispetto alle reti ad anello e stella Le reti con struttura a bus sono quelle pi diffuse Vantaggi e Il collegamento principale bus passivo Figura 34 Topologia di rete a bus un semplice cavo che non compie alcuna operazione e non soggetto a malfunzionamenti e costi per l espansione della rete sono molto contenuti e l operazione semplicissima e facilmente realizzabile il broadcasting trasmissione diretta dei dat
98. ferici Monitor Per la visualizzazione di ci che il computer elabora si utilizzano apparecchi detti monitor Fino a poco tempo fa si trattava principalmente di monitor a tubo catodico CRT mentre oggi non solo i computer portatili ma anche i desktop utilizzano monitor a cristalli liquidi LCD Questi hanno eliminato alcune problematiche sanitarie legate all uso dei monitor CRT e riguardanti le rilevanti emissioni di radiazione di questi ultimi In passato si utilizzavano anche monitor alfanumerici cio in grado di visualizzare solo caratteri in bianco e nero o monocromatici La qualit del monitor in genere espressa dalla Figura 9 Monitor CRT in via di sua ampiezza diagonale in pollici e dal suo estinzione dot pitch distanza diagonale tra i fosfori che determinano la risoluzione numero di pixel rappresentati dalla frequenza di refresh numero di volte in cui l immagine viene sostituita al secondo e da altri parametri Per i monitor a cristalli liquidi la corrente tecnologia detta TFT thin film transistor a matrice attiva consente di ottenere immagini stabili l attivo si riferisce a una memoria che mantiene la tensione e non fa sfumare le immagini tra un ciclo e l altro e di buona qualit Siccome uno dei problemi della tecnologia LCD era la lentezza nella risposta dei cristalli un altro parametri rilevanti per determinarne la qualit visiva su sequenze in movimento la velocit di rispost
99. file prodotti da un altro utente ma non modificarli oppure abilitare o meno un gruppo di utenti all esecuzione di programmi Nei sistemi operativi si distinguono spesso relativamente a un file le seguenti categorie di utenti e il proprietario e il gruppo di lavoro del proprietario e glialtri utenti 48 Fondamenti di Informatica e diverse tipologie di permessi e di esecuzione e dilettura e discrittura Nei sistemi Unix e derivati a ciascun file sono assegnati un proprietario ed un gruppo e ciascun file pu essere eseguibile o meno da parte del proprietario del suo gruppo e da tutti gli utenti 4 7 Gestione delle periferiche Un ulteriore compito del sistema operativo quello di mettere a disposizione dei processi le periferiche di input output e di rendere l attivit dell utente indipendente dal tipo e dalla marca dei vari componenti esterni Deve quindi esistere un modulo apposito del sistema operativo adibito alla gestione dei sistemi di input e output e da questo modulo dipende la maniera in cui i periferici vengono riconosciuti vengono sfruttati Esistono vari modi con cui i sistemi mettono a disposizione le funzione delle periferiche agli utenti ad esempio in Unix esistono tipi di file che corrispondono logicamente ai vari dispositivi e su cui si pu leggere e scrivere Per poterlo fare tuttavia devono esistere per ciascun dispositivo programmi appositi di controllo che facciano corrispondere le interfacce sta
100. fonica presso la centrale telefonica e l abitazione Ci sono due possibili tipi di connessione che garantiscono entrambi l utilizzo della linea sia in fonia che dati Nel primo caso il pi comune nel caso di utenze domestiche si installa su ogni presa Internet 69 telefonica un dispositivo che prende il nome di microfiltro che permette di utilizzare in ogni diramazione sia il servizio ADSL che il comune telefono o fax Il microfiltro separa il segnale telefonico standard dai diversi segnali che viaggiano sullo stesso cavo le linee dati di ADSL il telefono o il fax sono quelli usuali poich a monte del filtro il protocollo di trasmissione quello usuale cio il segnale solo uno quello telefonico Nel secondo caso viene installato un dispositivo simile al microfiltro detto splitter che si preoccupa di effettuare questo taglio di frequenze all ingresso della linea ADSL nell edificio In questo secondo caso la versatilit risulta essere ridotta dato che la linea ADSL non arriver necessariamente fino a tutti gli ambienti dove invece presente la linea telefonica Il lato positivo dato dal fatto che non necessario disseminare tutte le prese telefoniche con i microfiltri Nella centrale di commutazione come avvenuto nella sede del cliente un filtro separa le frequenze della linea telefonica da quelle della linea dati In questo modo le frequenze telefoniche prendono la strada della PSTN Public Switched Telephone Ne
101. gurato per accedere al server della posta del provider possibile richiedere un indirizzo ad un fornitore di servizi web es hotmail com In questo caso si accede alla propria casella di posta direttamente tramite il programma di web browser Netscape Explorer etc Quando il sistema di posta gestito tramite un sito web si parla di servizio di webmail Un schema semplificato del servizio di e mail quello di Errore sorgente del riferimento non trovata Sono diversi i sottosistemi che intervengono per inoltrare un mail e il Mail User Agent MUA un applicazione cliente che interagisce con l utente nella composizione del messaggio riempie alcuni campi in modo automatico indirizzo del mittente data Reply to riservatezza priorit durata ecc MUA pi noti sono i programmi Outlook Mozilla Netscape Composer Eudora etc e il Message Transfer Agent MTA provvede al trasporto del messaggio dialogando via rete con un MTA remoto pi MTA possono essere coinvolti nel routing L MTA un daemon cio un programma servente normalmente denominato sendmail in Internet 73 esecuzione su una macchina che viene chiamata server della posta una macchina il cui indirizzo fornito dall Internet Provider al momento della sottoscrizione dell abbonamento Il daemon MTA legge il campo indirizzo del destinatario e consegna subito il msg se il destinatario locale Altrimenti coinvolge il sistema DNS per convertire l indirizz
102. haring in cui nonostante ci sia un solo microprocessore che opera sequenzialmente abbiamo l impressione che diverse attivit avvengano in parallelo possiamo ad esempio programmare ascoltando musica ecc e con le quali possiamo interagire Innanzitutto abbiamo detto che si possono avere diversi processi in competizione per accedere alle risorse in primo luogo alla CPU Ciascun processo sar caratterizzato dal suo stato e dovr poter essere interrotto per consentire lo svolgimento degli altri processi simulando l esecuzione in parallelo e per consentire l interazione con l utente Ad ogni processo sar quindi associato un identificativo ed una serie di informazioni sul suo stato memorizzate in un apposita tabella PCB Process Control Block Essa dovr contenere le informazioni utili al proseguimento della sua esecuzione quindi ai valori di e Stato di esecuzione contatore di programma registri della CPU informazioni sullo scheduling informazioni sulla gestione della memoria conteggio delle risorse e stato dell I O Quando si crea distrugge un processo si crea distrugge il relativo controllore Ciascun processo avr quindi il suo ciclo di vita verr generato dall utente verr caricato in memoria e posto in stato di ready pronto ad essere eseguito In questo stato il processo potenzialmente in grado di avanzare Dispone di tutte le risorse all infuori del processore Il nucleo mantiene una lista dei descrittor
103. he appartenenti ad un alfabeto di dimensioni per ben maggiori di 2 il caso dei simboli binari rappresenta semplicemente il caso minimale cio il numero minimo di simboli sufficiente per rappresentare informazione La codifica dei dati in binario consister quindi nel creare una corrispondenza biunivoca tra l alfabeto da codificare e stringhe di bit 0 e 1 poich con N bit si possono creare 2 stringhe differenti vorr dire che per codificare con stringhe binarie un insieme di simboli alfabeto di C elementi C prende il nome di cardinalit dell alfabeto dovremo utilizzare un numero di bit tali che 2 sia maggiore o uguale a C Se 2 C la codifica si dice non ridondante altrimenti la si dice ridondante La ridondanza cio l uso di un numero di bit maggiore dello stretto necessario non necessariamente uno spreco ma pu servire per rilevare o correggere errori In effetti sia nelle memorie che nelle trasmissioni in rete di dati digitali pu accadere che il segnale di tensione che codifica lo 0 o l 1 possa essere errato a causa di qualche difetto Se si usano bit di controllo o si duplicano dati il rischio che questi errori possano causare problemi ridotto Un metodo di rilevazione di errori molto usato ad esempio nelle memorie il controllo di parit Ai bit necessari cio non ridondanti per codificare si aggiunge un ulteriore cifra binaria tale che il numero di 1 sia pari parit pari o dispari parit dispar
104. he possono derivarne per l utente facciamo una breve panoramica su di esso per chiarire brevemente le idee e fugare le diffidenze spesso ingiustificate che spesso sono ancora diffuse 4 12 Il software libero Il cosiddetto software libero software che pur essendo dotato di una licenza d uso si distingue dal normale software proprietario in quanto lascia in genere piena libert di modifica e di uso dei programmi garantendo soltanto la tutela del copyright degli autori La definizione di software libero data dal suo pioniere Richard Stallmann e dalla sua Free Software Foundation dice che il software per poter essere definito libero deve garantire le cosiddette quattro libert fondamentali Libert di eseguire il programma per qualsiasi scopo libert 0 Libert di studiare il programma e modificarlo libert 1 Libert di copiare il programma in modo da aiutare il prossimo libert 2 Libert di migliorare il programma e di distribuirne pubblicamente i miglioramenti in modo tale che tutta la comunit ne tragga beneficio libert 3 Dato che si considera anche la disponibilit del codice sorgente nella definizione di software libero spesso si usa anche la definizione software open source che per non del tutto coincidente infatti con Open Source ci si riferisce a requisiti dichiarati dall Open Source Initiative che non garantito rimangano costanti Si notino alcune cose la comunit di sv
105. i Un eventuale cambiamento di valore di un bit dovuto a malfunzionamento della memoria potrebbe essere quindi rilevato Facciamo un esempio il valore in memoria 1101101 7 bit Aggiungo il bit di controllo deve essere 1 se voglio che il numero di uno sia pari lo aggiungo in fondo e il mio dato diventa 11011011 Se ora un bit cambiasse valore per esempio il quarto per cui il mio numero diventa 11001011 quando faccio una verifica noto che il numero di 1 dispari c quindi stato un errore Ovviamente il controllo di parit definito cos rileva ma non Codifica dell informazione 31 permette di correggere gli errori Accorgersi per del problema pu essere sufficiente per evitare danni 3 1 Codifica dei caratteri alfabetici Un esempio di codifica consistente nella semplice corrispondenza simbolo stringa binaria quello dei caratteri dell alfabeto I2 Sd de 3 I 1380 39 l amp 40 41 42 43 44 45 46 47 AE 48 49 50 51 52 53 54 55 0 1 2 3 4 5 6 7 56 57 58 59 60 61 62 63 8 9 lt gt 64 65 66 67 68 69 70 71 A B C D E F G 72713 74 715 16 717 718 79 H I J K L M N 0 Tabella 1 Codice ASCII Nei calcolatori essi vengono spesso rappresentati mediante sequenze di 7 bit utilizzando il codice ASCII American Standard Code for Information Interchange riportato in Errore sorgente del riferimento non trovata 7 bit corrispondono a 128 simboli diversi che spesso no
106. i a TUTTE le stazioni della rete o il multicasting trasmissione a gruppi di calcolatori e Larete non risente delle avarie delle stazioni collegate Svantaggi e La linea di collegamento pu essere occupata solo da una stazione trasmittente non possibile la trasmissione da pi stazioni contemporaneamente se ci avviene si hanno delle collisioni di pacchetti e occorre un sistema per evitare e o risolvere questa evenienza e La struttura a bus non facilmente realizzabile con condutture in fibra ottica che offrono prestazioni molto pi elevate dei normali cavi coassiali solitamente impiegati 5 4 Protocolli di comunicazione La comunicazione tra due macchine avviene solo se tra i due sistemi esiste un insieme comune di regole per il passaggio delle informazioni proprio come tra gli umani per avere una comunicazione due persone devono avere regole comuni cio un linguaggio Le reti di calcolatori 63 Un protocollo uno speciale insieme di regole che stazioni connesse usano quando comunicano protocolli esistono a diversi livelli che vanno da livelli fisici hardware fino a livelli logici software pi vicini all utente Cerchiamo ora di capire meglio quali informazioni sono contenute in un protocollo di collegamento Abbiamo innanzitutto un indicazione che riguarda l apparecchio con il quale ci si vuole collegare in pratica un indirizzo del destinatario dei dati che si stanno per spedire Vi poi indicata la
107. i dei processi in questo stato detta ready list Quando il job scheduler gli assegner la CPU si dir allora che il processo in esecuzione running A seguito di una richiesta accolta di interruzione il processo potr tornate nello stato di ready Oppure potr avere bisogno di dati o risorse al momento assenti od occupate e passare quindi nello stato di waiting in cui si pone in coda in attesa di un determinato evento che metta a disposizione i dati o la liberazione di un dispositivo di I O Quando l evento sar segnalato o la coda del dispositivo libera il processo torner nello stato ready Per la gestione di processi in multiprogrammazione si fa ricorso a delle code e a dei meccanismi di scheduling cio di programmazione dell attivit ed a meccanismi per gestire le interruzioni interrupt Si parla di scheduling a lungo termine per il caricamento in memoria dei processi e la loro messa in attesa delle risorse di scheduling Sistemi operativi e applicazioni software 43 a breve termine job scheduling per la gestione del tempo di CPU tra i processi chiaro che per potere simulare il parallelismo tra processi ed avere l interattivit gli interventi del modulo di job scheduling che vengono chiamati cambiamento di contesto o context switch devono essere frequenti ogni 10 ms e durare il meno possibile il tempo ad essi dedicato ovviamente tempo perso nell esecuzione delle applicazioni Tr
108. ibile in linguaggio macchina eseguibile solo su un calcolatore con una determinata CPU e consiste quindi in una sequenza di codici operativi numeri binari che corrispondono a una determinata operazione della CPU e di operandi dati codificati in codice binario Poich una simile sequenza non molto comprensibile la si indica con un linguaggio simbolico in cui stringhe di caratteri indicano le operazioni e le locazioni di memoria es ADD R1 R3 significa addizione dei contenuti di due registri Programmare un applicazione moderna lavorando a questo livello avrebbe comunque sempre una complessit proibitiva Fortunatamente i programmatori al giorno d oggi non hanno bisogno di conoscere neppure questo linguaggio in quanto esistono linguaggi evoluti attraverso i quali si possono scrivere gli algoritmi che poi vengono trasformati in linguaggio macchina dai compilatori oppure controllati e interpretati linea dopo linea da programmi che vengono detti interpreti Questi linguaggi di programmazione vengono detti di alto livello Pascal Basic C C ecc e ricordano pi il linguaggio naturale umano che il linguaggio macchina Utilizzando questi linguaggi i programmatori lavorano a livelli alti del sistema operativo vedi capitolo 4 e danno istruzioni a macchine virtuali in cui l hardware utilizzato indirettamente attraverso le funzioni del software di sistema Il compito dei programmatori di oggi facilitato anch
109. ie pi distanti La cache del PC ricopia parte del contenuto della memoria principale Si parla di cache anche per una applicazione di rete es web browser in tal caso ricopia sul PC locale informazioni che stanno sul server per recuperarle senza collegarsi in caso di nuova richiesta CAD Computer Aided Design tipo di software usato in architettura od in ingegneria per disegnare e creare progetti Card Sinonimo di scheda CD R Compact Disk dispositivi di memorizzazione ottica sui quali possibile scrivere con un apposito masterizzatore La registrazione di dati pu essere effettuata in una singola sessione o in pi riprese multisessione Cd Rom Compact Disk read only memory CD che si pu solo leggere non scrivere CD RW CD ROM sui quali possibile scrivere con un apposito masterizzatore La registrazione di dati pu essere effettuata in pi riprese multisessione ed i dati registrati sono modificabili riscrivibili circa 1000 volte CGA Colour Graphics Adapter tipo di scheda grafica non pi utilizzata Consentiva la visualizzazione di 320 per 200 pixel in 4 colori oppure di 640 per 200 pixel a 2 colori Chiave USB Memoria di massa portatile di dimensioni contenute collegabile al computer mediante la porta USB E ormai il principale strumento per il salvataggio su strumento rimuovibile di file avendo soppiantato i floppy disk Chip Circuito integrato componente elettronico realizzato su un substrato di ma
110. il software del calcolatore Nell ottica di utilizzare un calcolatore per risolvere un problema introduciamo nel calcolatore i dati scriviamo l algoritmo risolutivo e lo traduciamo nel linguaggio compreso dall esecutore Un calcolatore di per s comprende soltanto serie di istruzioni per il microprocessore scritte in quello che viene detto linguaggio macchina cio una serie di codici di operazioni una sequenza di byte e di operandi dati scritti anche essi in binario Abbiamo visto che in un calcolatore elettronico la CPU ha un set di istruzioni a ciascuna delle quali corrisponde un codice questo vuol dire che un programma eseguibile lo soltanto per quella determinata CPU o per una CPU con le stesse operazioni e gli stessi codici Un programma eseguibile in linguaggio macchina eseguibile solo su un calcolatore con una determinata CPU e consiste quindi in una sequenza di codici operativi numeri binari che corrispondono a una determinata operazione della CPU e di operandi dati codificati in codice binario Poich una simile sequenza non molto comprensibile la si indica con un linguaggio simbolico in cui stringhe di caratteri indicano le operazioni e le locazioni di memoria es ADD R1 R3 significa addizione dei contenuti di due registri Tuttavia i programmatori al giorno d oggi non hanno bisogno di conoscere neppure questo linguaggio in quanto esistono linguaggi evoluti attraverso i quali si possono scrivere gli a
111. il cosiddetto spooling operazioni simultanee su pi periferiche monitor di sistema vennero introdotti per verificare l esecuzione del programma durante la sua stessa esecuzione Nei sistemi pi recenti si pass all organizzazione in memoria di pi processi alternati in memoria multiprogrammazione Quando la velocit dei calcolatori ha permesso di interrompere con frequenza elevata il programma in esecuzione si ottenuta l interattivit 42 Fondamenti di Informatica In gergo tecnico si usa classificare i sistemi operativi in base alla possibilit di gestire i processi in memoria come Mono tasking capaci di gestire un solo processo in tali sistemi non possibile sospendere l esecuzione di un programma per assegnare la CPU a un altro erano ovviamente mono tasking i primi sistemi operativi es MS DOS lo sono ancora sistemi real time Multi tasking capaci di eseguire pi processi mediante interruzioni e salvataggi in memoria Time sharing sistemi multitasking in cui l alternanza dei processi non causata solo da interruzioni esterne ma viene programmata dividendo il tempo in quanti e facendo un cambio di processo context switch al termine di ogni quanto Se il quanto piccolo l evoluzione dei processi appare parallela La gestione contemporanea di molti processi implica un grosso sforzo di progettazione del sistema operativo Vediamo quindi come avviene l evoluzione dei processi in un calcolatore moderno time s
112. il segno un numero fisso N per il numeratore ed un numero D di bit per il denominatore Questa soluzione presenterebbe il problema di limitare molto o il massimo numero rappresentabile o il numero di cifre significative del numero espresso in forma decimale a seconda che si utilizzino pi bit per il denominatore o per il numeratore La soluzione al problema stata trovata con l utilizzo della rappresentazione in virgola mobile floating point In questa rappresentazione i numeri espressi nella forma A M B dove M viene detta mantissa B base ed E esponente Sono necessari un segno sia per la mantissa che uno per l esponente esponenti negativi numeri frazionari si sceglie arbitrariamente una forma normalizzata ove 0 lt M lt 1 l esponente espresso in complemento a 2 in binario la mantissa espressa in modulo e segno Effettuare le operazioni aritmetiche su questi numeri abbastanza semplice per moltiplicazione si moltiplicano o si dividono le mantisse in modo consueto si sommano o si sottraggono gli esponenti e si normalizza Per somma e sottrazione si uguagliano gli esponenti si sommano le mantisse Si noti che la precisione del numero data dal numero di cifre della mantissa e si utilizzano in genere due tipi di floating point a singola precisione e doppia precisione cio con doppia lunghezza della mantissa range invariato precisione raddoppiata Lo standard di rappresentazione dei reali sui calcolatori si chiama
113. iluppo del software libero sempre pi ampia e non necessariamente composta da soli volontari ma per alcuni progetti gode di forti sostegno economico Il fatto di avere un ampia base di sviluppo e la disponibilit dei codici rende specialmente per sistemi operativi i programmi pi robusti impedisce l inserimento di programmi di controllo degli utenti da parte delle case e presenta molti altri vantaggi Per questo il software open source sta riscuotendo molto successo non solo per la sua gratuit per l utente ma anche per la sua alta qualit Il software libero non coincide con il software gratuito il software distribuito gratuitamente freeware pu benissimo essere chiuso e non libero mentre possibile vendere il software libero le libert sopra citate non lo impediscono Questo di fatto accade tra l altro ad opera di grandi aziende che forniscono insieme ai programmi liberi assistenza e manutenzione che per l uso professionale sono sicuramente utili Aziende produttrici di software possono anche avere interesse a sponsorizzare la comunit di sviluppo del software libero in quanto poi possono utilizzare liberamente i suoi prodotti per le proprie attivit commerciali Oltre al ben noto sistema operativo Linux esistono moltissime applicazioni per l utente che sono software libero disponibili anche per i sistemi operativi commerciali Sistemi operativi e applicazioni software 55 Esempi famosi sono il server web
114. irect Memory Access metodo di comunicazione dei dati fra disco o scheda che vede i dati arrivare direttamente alla memoria di sistema senza passare attraverso la CPU Il chip DMA entra in azione quando una grossa quantit di dati deve transitare dal disco rigido alla memoria del computer in modo tale da evitare il passaggio attraverso la CPU che rallenterebbe l operazione DirectX Collezione di per la computer grafica 2D e 3D sviluppato da Microsoft costituisce una delle due interfacce standard per la programmazione degli effetti grafici utilizzando le caratteristiche dell hardware della scheda grafica cio per inviare alla scheda i comandi per la generazione delle immagini Disco RAM Parte della RAM che viene utilizzata e considerata dal computer come se fosse un disco rigido Disco rigido Unit di memoria di massa che costituisce in genere il principale archivio non volatile del computer contenente il sistema operativo il software ed i dati degli utenti DivX Tecnologia per la distribuzione di contenuti viedo compressi basata su un codec che implementa le specifiche Mpeg 4 Permette di ridurre le dimensioni di un film in DVD in modo da salvarlo su comuni CD mantenendo una buona qualit video Ha riscosso molto successo per la disponibilit di programmi freeware per la codifica decodifica anche se si tratta di software non libero Esistono soluzioni alternative come 3ivx OpenDivx Xvid DNS Domain Name System Servizio utilizz
115. it senza perdere dati o bloccare programmi in esecuzione Si tratta di compiti piuttosto complessi gestiti nei calcolatori a livello di sistema operativo L utilizzo continuo della CPU per gestire il trasferimento dei dati rallenta in molti casi le prestazioni del calcolatore Per evitare di coinvolgerla continuamente pu essere utile introdurre un secondo sistema di gestione detto controller DMA Direct Memory Access che fa in modo che le periferiche possano direttamente scrivere in memoria mentre la CPU pu continuare ad operare senza ovviamente mettere dati in conflitto sul bus La CPU viene interrotta solo per dare il via al trasferimento dopodich lascia il bus al DMA che lo libera a trasferimento finito Vedremo comunque meglio meccanismi di gestione delle memorie quando ci occuperemo del software di base del PC cio dei sistemi operativi capitolo 1 5 Dal modello al PC fisico Dove troviamo la struttura che abbiamo visto nei nostri PC Quello che vediamo in genere una scatola di metallo il case con un alimentatore e varie porte di uscita che lo collegano a tastiera mouse e eccetera slot per dischi pulsanti Dove si trova l architettura di Von Neumann vista in teoria Dove sono il bus le memorie la CPU Per trovarli occorre aprire il case Figura 8 Si vede subito che il cuore del PC una grossa scheda che monta un gran numero di circuiti integrali detta scheda madre Essa contiene uno od anche
116. it del calcolatore spesso si usa la tecnica del pre fetch il nuovo comando viene gi letto prima che finisca l esecuzione del precedente Il sicnronismo delle attivit di lettura scrittura ed interpretazione dei segnali deve essere garantito da un orologio che determini la cadenza temporale delle operazioni elementari Il clock della CPU quello che svolge questo compito ed caratterizzato da una frequenza cio l inverso della durata di ciascuna operazione elementare Tanto pi alta sar la frequenza tanto maggiori saranno le capacit del calcolatore di svolgere compiti velocemente per cui nell evoluzione dei microprocessori le frequenze sono cresciute rapidamente da pochi KHertz KiloHertz ai moderni valori dell ordine dei GHz GigaHertz Che cos un computer 11 cio del miliardo di operazioni elementari per secondo L aumento continuo del numero di transistor e della frequenza del ciclo per migliorare le prestazioni delle macchine ha chiaramente limiti fisici dovuti anche al consumo di energia ed al calore dissipato per cui nelle ultime generazioni di microprocessori si passati invece allo sfruttamento del parallelismo con le cosiddette CPU multi core Risolvendo problemi di sincronizzazione non indifferenti infatti si pu suddividere il calcolo richiesto al microprocessore a pi unit core integrati sullo stesso chip e che accedono alle stesse memorie Questa svolta verso il parallelismo che migliora l
117. iutente sistemi informativi geografici mappe online ecc Skype un client per la telefonia via Internet ormai largamente diffuso e tutti i principali fornitori di servizi ADSL offrono tra i loro servizi anche il broadcasting televisivo Si presuppone ormai una prossima convergenza su Internet di tutti i canali di Internet 79 comunicazione informazione ed intrattenimento cosa che secondo alcuni critici potrebbe causare seri problemi alla funzionalit della rete Evoluzioni tendenze il web2 0 Per quanto riguarda il web anch esso comunque sta evolvendo Le pagine web sono diventate pi dinamiche ed interattive mediante tecnologie standard quali l HTML dinamico che include programmi eseguiti sul client e sono stati aggiunti ai contenuti dei siti web maggiori contenuti multimediali mediante protocolli spesso purtroppo proprietari per distribuire contenuti audio e video streaming animazioni 2D e 3D ecc Da un punto di vista sociale sono emerse nuovi servizi e tendenze dominanti sul web legati in particolar modo a siti che permettono a utenti non specialisti di inserire contenuti multimediali personalizzati Web log o blog per il testo You Tube per il video o creare comunit online social network Alcuni siti si avvalgono sistemi di creazione di contenuto collaborativi per permettere a comunit di utenti di creare progetti comuni emblematico il caso di Wikipedia un enciclopedia online creata
118. izione dell algoritmo alla scrittura e traduzione del programma viene spesso chiamato implementazione Facciamo un esempio supponiamo di voler scrivere un programma che calcola la media dei voti riportati da uno studente Dovremo oltre a fare in modo di codificare in bit i numeri reali e i caratteri che compongono il nome saper risolvere il problema di calcolare la media banale somma diviso numero di esami e scrivere le operazioni che portano ad essa in modo da farle eseguire al calcolatore Tutto qui anche se ovviamente se dovessimo realizzare tutto noi avendo a disposizione soltanto l hardware della macchina sarebbe complicatissimo Problema ra Analisi Esecutore si B T n Traduzione algoritmo Figura 17 Dal problema allo sviluppo di programmi Un calcolatore elettronico di per s comprende soltanto serie di istruzioni per il microprocessore scritte in quello che viene detto linguaggio macchina cio una serie di codici di operazioni una sequenza di byte e di operandi dati scritti anche essi in binario Ed in grado di lavorare su dati numerici di tipo e dimensione limitati Abbiamo visto che in un calcolatore elettronico la CPU ha un set di istruzioni a ciascuna delle quali corrisponde un codice questo vuol dire che un programma eseguibile lo soltanto per quella determinata CPU o per una CPU con le stesse operazioni e gli stessi codici Un Calcolo automatico algoritmi programmi 29 programma esegu
119. l sito http elvira univr itfindex html Sula macchina che corrisponde al dominio elvira univr it che ha indirizzo IP 157 27 10 55 attivo un programma servente che si chiama HTTPD HTTP Daemon Il cliente Explorer in questo caso invia la richiesta GET http elvira univr it index html e il server HTTPD cercher il documento file corrispondente e lo invier al cliente Notare che il server non fa nulla finch non arriva una richiesta del client Il server HTTPD sempre in ascolto e pu servire pi client contemporaneamente cio pi utenti possono fare richieste contemporanee Se richiesto da opportune istruzioni contenute nel documento file al quale si vuole accedere HTTPD pu attivare altri processi es il programma che conta il numero di accessi Infine HTTPD registra ogni richiesta il nome della macchina chiamante NON l identificativo dell utente in un opportuno file logfile che serve a fini statistici o per controllare il verificarsi di errori che impediscano agli utenti una corretta lettura dei documenti Architettura peer to peer Si dice peer to peer una rete in cui i nodi sono tutti equivalenti In tale rete due applicazioni su due computer diversi possono indifferentemente iniziare una comunicazione Questo avviene per esempio nei ben noti applicativi di file sharing anche se in genere i servizi sono spesso in realt ibridi e usano magari un server per la ricerca dei nodi contenenti i file Esempio un uten
120. la capacit in numero di byte ovviamente una grande capacit incrementa le potenzialit della macchina e il tempo di accesso tipicamente dell ordine delle decine di nanosecondi che cruciale per il calcolo ad alta velocit e la volatilit cio dopo quanto si cancella il segnale Tipicamente le memorie RAM sono tutte di tipo volatile cio non mantengono il segnale se non alimentate da corrente mentre ROM Flash dischi magnetici mantengono il dato anche a calcolatore spento Le RAM devono essere sempre alimentate per mantenere il segnale quelle dinamiche anche riscritte a intervalli regolari e ll costo per bit che un parametro cruciale per rendere un tipo di memoria preferibile per i produttori Ogni dispositivo di memoria ha le sue caratteristiche peculiari che vengono sfruttate al meglio dai progettisti dei sistemi La memoria principale quella indirizzata dalla CPU e che nei moderni PC ha dimensioni di centinaia di KiloBytes realizzata con RAM dinamiche perch sebbene pi lente sono pi piccole ed economiche delle RAM statiche La RAM statica per realizzare un sistema per velocizzare l accesso ai dati ossia la memoria cache Essa consiste in una duplicazione su supporti ad accesso pi veloce di parte del contenuto della memoria principale Se come si cerca di fare questa parte di memoria contiene le locazioni pi spesso utilizzate le prestazioni del computer risultano in media molto superiori Essendo il su
121. le per i personal computer Che cos un computer 25 Nel 1981 venne annunciato il primo laptop computer l Epson HX 20 della Epson di peso inferiore a un chilo e mezzo dotato di un piccolo display a cristalli liquidi Da allora la potenza dei calcolatori e la complessit dei sistemi operativi non ha smesso di crescere anche se non ci sono state in realt rivoluzioni clamorose nelle architetture di calcolo Vi stata una netta convergenza nell evoluzione di workstation scientifiche e professionali e computer domestici che ormai sono sostanzialmente indistinguibili Dal punto di vista dell utilizzo del calcolatore la pi grande rivoluzione la si e avuta con l avvento dell era di internet in cui calcolatori sono collegati in una rete mondiale di comunicazione e possono scambiarsi dati e programmi Nonostante ci l annunciato avvento del network computing con calcolatori privi di memoria a lungo termine che utilizzano solo programmi scaricati dalla rete non si verificato Le tendenze pi recenti riguardano l evoluzione dei PC portatili ormai paragonabili alle macchine desktop ed all evoluzione delle tecnologie wireless che sta portando ad una convergenza tra i sistemi di elaborazione e quelli di telefonia Inoltre sta assumendo importanza sempre pi rilevante il paradigma del cosiddetto Grid Computing consistente nel consentire l utilizzo di dati e risorse di calcolo distribuite in luoghi dive
122. lgoritmi che poi vengono trasformati in linguaggio macchina dai compilatori oppure controllati e interpretati linea dopo linea da programmi che vengono detti interpreti Questi linguaggi di programmazione vengono detti di alto livello Pascal Basic C C ecc e ricordano pi il linguaggio naturale umano che il linguaggio macchina Il compito dei programmatori di oggi facilitato anche dallavere a disposizione ulteriori strumenti come ambienti di sviluppo sistemi di debugging per trovare facilmente gli errori editor per scrivere il codice in maniera assistita eccetera linguaggi di alto livello hanno avuto un evoluzione caratterizzata dal susseguirsi di diverse filosofie di programmazione Da quella iniziale basata sul semplice approccio sequenziale si passati all approccio Sistemi operativi e applicazioni software 39 procedurale in cui il programma scomposto in una serie di moduli richiamati anche pi volte dalla routine principale al moderno approccio ad oggetti dove l accento messo sulla struttura e sull organizzazione dei dati elaborate e sulle interazioni tra le strutture stesse Anche in questo caso rimandiamo chi volesse approfondire l argomento a leggere testi specifici ma soprattutto a cimentarsi con la programmazione direttamente sul calcolatore visto che nulla pi istruttivo della pratica e dell apprendimento per tentativi ed errori 4 1 Il software di sist
123. ll arrivo a destinazione da un demultiplexer L unione pu essere fatta alternando i segnali nel tempo multiplexing di tempo o modulandoli su bande di frequenza diverse multiplexing di frequenza Circuiti commutati e dedicati Esistono diversi metodi per collegare due stazioni tra di loro che dipendono dall architettura dei circuiti Il primo tipo di circuito detto a commutazione ed quello che ugualmente viene usato nella normale rete telefonica Questo sistema prevede che l utente stabilisca la comunicazione componendo il numero del destinatario dopodich la centrale di commutazione provvede a collegare i due apparecchi In questo modo qualsiasi apparecchio della rete pu collegarsi con un altro Il secondo tipo di circuito chiamato circuito dedicato Questo prevede un collegamento fisico diretto tra le due stazioni che vogliono comunicare Non occorre alcuna fase per stabilire la comunicazione e non occorre alcuna centrale di commutazione Errore sorgente del riferimento non trovataLa figura 31 mostra un esempio di rete commutata Gli host per esempio A B C sono le postazioni di lavoro di utenti remoti o di reti locali remote e possono essere collegate seguendo vari percorsi e seguendo diverse politiche per quanto riguarda l allocazione delle risorse di rete Circuiti a commutazione di pacchetto circuiti commutati si dividono in due tipi a commutazione di circuito e a commutazione di pacchetto Il caso della
124. ma la difesa principale consiste nell evitare di copiare software di dubbia provenienza scaricare file da siti non sicuri senza usare opportuni accorgimenti e soprattutto aprire messaggi di posta elettronica con allegati di cui non si conosce la provenienza 56 Fondamenti di Informatica 5 Lereti di calcolatori Lo sviluppo della tecnologia delle telecomunicazioni ha permesso la nascita delle reti informatiche usate sia all interno delle singole organizzazioni che in modo pi vasto tra organizzazioni differenti aziende citt nazioni ecc Una rete di calcolatori un insieme di sistemi autonomi e interconnessi Autonomo significa che ogni sistema in grado di funzionare in modo indipendente e completo non ha bisogno del supporto di altri calcolatori interconnesso significa che deve essere in grado di scambiare informazioni file messaggi comandi ecc con altri calcolatori computer collegati in rete possono essere i pi vari di marche diverse tra loro e con diverse capacit di elaborazione dal PC al mainframe ciascuna macchina ha delle proprie risorse dischi fissi stampanti periferiche di I O ecc che possono essere condivise anche da altri sistemi Stampante c S Elaboratore D centrale Na B Figura 29 Rete locale di calcolatori per un ufficio Esistono varie tipologie di reti e varie scale di realizzazione i meccanismi costitutivi e le problematiche di base restano comunque simili Un
125. mazioni Ad esempio se un utente vuole avere una precisazione su una legge pu scrivere a it diritto Chi legge quel messaggio affisso in bacheca pu decidere di rispondere e fornire delle delucidazioni Oppure pu aprirsi un confronto dibattito tra pi utenti su un argomento es sulle ultime elezioni sulle modalit di preparazione di una ricetta etc Per accedere al servizio non occorre iscriversi Alcuni newsgroup possono essere moderati cio i messaggi prima di essere inseriti nella bacheca passano il vaglio di un censore che controlla che siano attinenti all argomento del newsgroup e che non siano ingiuriosi o illegali Ci sono newsgroup per tutti i generi e gusti e altalien visitors it hobby umorismo comp os ms windows it comp hardware cd it discussioni sentimenti it tlc cellulari solo per fare pochi esempi La gerarchia it gestita da www news nic it Per accedere ad un newsgroup basta usare il programma MUA della posta occorre configurare il programma indicando il news server a cui collegarsi tale informazione normalmente fornita dal provider presso il quale si sottoscritto un abbonamento ad Internet Esistono anche siti Web che tengono attivi dei link ai newsgroup e che consentono la lettura e scrittura di messaggi sui newsgroup Oggi i newsgroup tendono ad essere rimpiazzati da servizi web come social network specializzati vedi in seguito ma mantengono un pubblico affezionato tra gli esperti dei vari settori
126. mediante un Content Management System ed interagire in modo standard con i lettori Blu ray Disc Supporto di memorizzazione ottico di recentissima generazione sviluppato da Sony e che grazie all utilizzo di un laser a luce blu riesce a contenere fino a 54 GB di dati Sar il supporto standard per il video ad alta definizione del futuro dato che il progetto rivale HD DVD stato abbandonato all inizio del 2008 Bluetooth Specifica industriale per reti personali senza fili sviluppata da Ericsson e utilizzata per connessioni a corto raggio Es pc palmari telefoni fotocamere giochi Boot bootstrap Insieme deii processi che vengono eseguiti dal computer durante la fase di avvio dall accensione fino al completato caricamento del sistema operativo Bridge Apparecchiatura per l interconnessione tra segmenti di rete che agisce a livello dati data link riconoscendo l indirizzo del destinatario e consentendo l instradamento dello stesso al corretto segmento Broadcasting Trasmissione di un messaggio da un sistema trasmittente ad numero di riceventi non definito a priori Browser web Programma che consente agli utenti di visualizzare e interagire con testi immagini e altre informazioni contenute in una pagina web di un sito Buffer Memoria RAM dedicata ad immagazzinare dati per il successivo utilizzo Viene utilizzata quando bisogna aspettare l esecuzione di una periferica pi lenta es stampante per immagazzinare i risultati di
127. mero di pagine uguale al numero di pagine contenute in memoria Si possono avere molte pi pagine tenendo quelle meno usate salvate in un apposita area del disco rigido Si parla in questo caso di memoria virtuale Ovviamente questo fa s che in alcuni casi il Memory Management Unit non trovi un indirizzo di memoria fisico corrispondente all indirizzo virtuale Si parla in tal caso di page fault Per leggere i dati richiamati bisogna caricare la pagina dal disco rigido L operazione di 46 Fondamenti di Informatica Figura 25 Allocazione dinamica nella memoria di processi multipli Il processo 2 termina e lascia uno spazio libero che difficilmente pu essere sfruttato Si parla di frammentazione della memoria trasferimento di pagine dal disco rigido alla memoria o viceversa prende il nome di swapping Ovviamente l accesso al disco rigido estremamente lento 10 ms contro i 20 ns della memoria per cui in caso di page fault le prestazioni del sistema sono drammaticamente compromesse ma almeno i processi possono continuare senza essere interrotti Ovviamente non tutto cos semplice ovviamente occorre gestire la collocazione delle tabelle la programmazione del caricamento in memoria dei processi atto a minimizzare i page fault e ottimizzare l esecuzione long term scheduling o job scheduling tuttavia i meccanismi fondamentali di gestione sono questi Si pu ancora notare che i sistemi operativi possono disti
128. mi di avvio non possono risiedere nel disco rigido Il cosiddetto BIOS Basic Input Output System consiste di una serie di routine che esaminano l hardware avviano il sistema operativo sovrintendono al controllo delle periferiche di lettura scrittura e alle operazioni di lettura scrittura della RAM Esso risiede in una memoria ROM montata sulla scheda madre e pu esser caricato istantaneamente all accensione Il BIOS e le componenti software similari non sono in genere assimilati al sistema operativo anche se sono effettivamente parte del software di sistema essi prendono spesso il nome di firmware ad indicare che fornito dall assemblatore del PC a differenza del sistema operativo 4 11 Programmi applicativi L uso del computer ormai diffuso a tutta la popolazione e le applicazioni che se ne fanno sono le pi svariate La maggior parte degli utilizzatori non si pone pi problemi da risolvere mediante la programmazione ma si limita ad utilizzare programmi gi scritti per svariate applicazioni Esistono programmi per l utilizzo domestico aziendale e scientifico Essi sono realizzati dai programmatori sfruttando le caratteristiche dell hardware e del sistema operativo per cui in generale sono specifici a una determinata architettura e a un determinato sistema operativo Gli applicativi da ufficio pi usati sono Word Processor Fogli elettronici database programmi per generare presentazioni e disegni ma anche client di servi
129. microprocessori Intel AMD con associati sistemi operativi prodotti da Microsoft che detiene una posizione dominante sul mercato Le alternative principali sono costituite dai sistemi operativi Apple che per vengono venduti soltanto associati a macchine dello stesso produttore e dalle varie versioni distribuzioni del sistema operativo libero GNU Linux Per quanto riguarda i programmi applicativi esistono molte pi opzioni anche se spesso gli utenti non ne sono sufficientemente consapevoli Sistemi operativi ed applicativi vengono venduti distribuiti con una licenza d uso che in pratica il contratto stipulato tra chi detiene diritti intellettuali sullo stesso copyright e l utente Il software comunemente commercializzato dalle aziende con vincoli stringenti e costi associati alle licenze viene in genere detto software proprietario Esistono vari tipi di licenze commerciali che vincolano e limitano l uso dei programmi sulla base della tipologia di acquisto o di politiche commerciali anche se ovviamente difficile il controllo sulla diffusione dei programmi Copiare e utilizzare i programmi ove non consentito dalla licenza ovviamente illegale e le case produttrici cercano di utilizzare sistemi per evitare l uso non autorizzato dei programmi codici di blocco server di licenze ecc anche se esistono sempre gruppi di cracker che cercano di trovare i codici per sbloccare illegalmente le licenze si parla spesso di software
130. mo descritto 50 Fondamenti di Informatica A seconda della possibilit di distinguere tra pi utenti mediante aree disco separate autenticazione con username e password diritti di accesso dei file ecc i sistemi operativi si dicono e Monoutente e Multiutente primi personal computer di successo furono quelli derivati dai primi PC IBM con sistemi operativi prodotti dalla compagnia Microsoft Questi si sono imposti per ragioni commerciali e di larga diffusione non tanto per l ottimalit del sistema Il primo sistema operativo MS DOS Microsoft Disk Operating System aveva infatti le seguenti non ideali caratteristiche e monotask monoutente file system gerarchico memoria limitata 1 MB 640 KB nessuna protezione L evoluzione del sistema che cercava di imitare le caratteristiche di successo della piattaforma Macintosh port al sistema operativo Windows esso aveva inizialmente le seguenti caratteristiche e multitask imperfetto monoutente stesso file system del MS DOS interfaccia grafica a finestre e men sistema a 16 bit Microsoft nel frattempo svilupp anche un sistema operativo professionale con caratteristiche migliori Windows NT Esso aveva le seguenti caratteristiche e multitask monoutente NTFS NT File System microkernel thread sistema a 32 bit Le workstation professionali e scientifiche invece gi dagli anni 70 avevano sistemi operativi per molti versi pi robusti appartenenti alla famiglia
131. n bastano a rappresentare tutti i simboli ci sono caratteri particolari dipendenti dal paese ecc per cui esiste un ASCII esteso 8bit ove peraltro l ottavo bit pu essere usato anche per il controllo di parit Per gestire vocabolari pi ampi s passati ad una codifica a 16 bit che consente di rappresentare molti caratteri speciali e per esempio alfabeti con migliaia di caratteri come il cinese Questo sistema di codifica detto UNICODE pu creare qualche problema di compatibilit all indietro dato che magari utilizzando editor differenti o programmi diversi a volte capita di vedere che i caratteri speciali non sono rappresentati correttamente 3 2 Sistemi numerici Per quanto riguarda la rappresentazione dei numeri per l elaborazione al calcolatore se ci potessimo limitare ai numeri naturali basterebbe convertire decimale in binario e potremmo lavorare Decimale e binario sono lo ricordiamo notazioni posizionale in base 10 e 2 notazione posizionale in base r significa che il numero espresso da stringhe di un alfabeto di r cifre che formano un insieme d 0 1 r 1 nelle quali la posizione delle cifre determinante scrivere cio N xyz significa che N x r yr z 32 Fondamenti di Informatica dove x y z corrispondono a cifre dell insieme d 0 1 r 1 importante notare che qualsiasi sistema posizionale a base fissa irridondante in quanto ad ogni combinazione di cifre
132. n effetti di altro L informatica pi che una semplice disciplina un insieme di discipline che hanno a che fare con L informazione e la sua elaborazione Il linguaggio e le sue propriet L architettura e il funzionamento delle macchine calcolatrici Le tecniche per elaborare l informazione con tali macchine sistemi operativi che rendono utilizzabili le macchine Le applicazioni pratiche dei calcolatori sistemi che collegano tra loro pi calcolatori Il concetto di informazione qui inteso in senso molto generico l informatica si occupa di elaborazione di dati eterogenei come testi dati numerici immagini suoni Anche i concetti di rappresentazione ed elaborazione sono altrettanto ampi l informatica si occupa di rappresentazione grafica meccanica sonora trasformazione tra diversi formati trasmissione di dati a distanza eccetera L unico punto fisso che tutte le forme di informazione per essere elaborate dal calcolatore devono essere codificate in segnali binari sequenze di 0 e 1 o valori alti e bassi di tensione su cui il microprocessore l unit di calcolo della nostra macchina in grado di operare Utilizzando i sistemi a semiconduttore per l elaborazione di dati binari sono state costruite macchine capaci non solo di fare operazioni aritmetiche ripetitive il solo compito dei primi calcolatori elettronici ma anche in grado di affiancarci in numerosissime attivit lavorative o ricreative d
133. ndard del sistema operativo con le effettive azioni del dispositivo stesso Questi programmi si chiamano device drivers e devono essere forniti dal produttore della periferica stessa Essi rendono la periferica virtuale al processo cio il processo comunica con esso attraverso comandi standard indipendenti da esse e sono i driver a convertire gli ordini nelle reali azioni sui dispositivi driver quindi gestiscono anche le comunicazioni i segnali in transito verso i dispositivi e devono gestire le eventuali conflittualit che nascono quando pi processi vogliono comunicare con una periferica 4 8 Interfacce utente L interfaccia utente ci che ci permette di interagire con la macchina Mentre una volta l interfaccia di un calcolatore poteva essere solo un lettore di schede perforate nei moderni personal computer si interagisce principalmente mediante lo y umero yi re WINFO schermo una tastiera ed il mouse Nel iti IDGEN calcolatore esistono programmi che Men vengono eseguiti e che ricevono gli input RR da tastiera e mouse e visualizzano in corrispondenza delle varie azioni degli effetti primi personal computer esattamente come le workstation professionali avevano un interfaccia testuale In tali interfacce l utente pu Figura 27 Shell di MS DOS scrivere del testo con la tastiera vedendolo comparire direttamente sullo schermo Un programma funge da interprete comandi e richiama le funzioni del sistema
134. ne dei singoli programmi ed anche dei file salati sul disco rigido Questo fa in modo che sui calcolatori possano girare anche molti programmi indesiderati ed essere salvati file non noti all utente e non previsti dal sistema Questi possono installarsi sui PC all insaputa dell utente utilizzando punti deboli nei sistemi di connessione di rete o di lettura dei file da dispositivi esterni e possono in genere creare vari pericoli dal semplice controllo dell attivit dell utente al danneggiamento di file al blocco del sistema Si usa in genere il termine virus per indicare un software che contagia dei files replicandosi e non agisce come programma a s stante tipologia di programma malevolo non pi molto diffusa Il termine worm in genere si usa per un programma indesiderato che si avvia all accensione del computer trojan cavalli di troia sono i software indesiderati che si celano all interno di programmi apparentemente utili programmi detti spyware vengono utilizzati per il controllo dell attivit dell utente la diffusione di posta elettronica indesiderata spam o la redirezione a siti pubblicitari su internet In definitiva comunque nonostante il pericolo di danni sia spesso sopravvalutato occorre prendere qualche precauzione utilizzando il PC per la connessione alla rete e scambiandosi programmi via supporti esterni L uso di software di difesa e controllo sicuramente consigliato ne esistono anche di gratuiti
135. ne funzioni quali quelle trigonometriche il logaritmo decimale e l esponenziale Solo nel 1946 fu realizzato il primo calcolatore elettronico presso l Universit di Pennsylvania chiamato ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator si basava su valvole termoioniche per la memoria dati ed era mille volte pi veloce dei suoi predecessori Sull ENIAC i programmi erano costituiti da un insieme di connessioni tra fili era quindi molto difficile programmare compiti piuttosto complessi Da notare che ENIAC pesava 30 tonnellate e occupava una superficie di oltre 100 metri quadri nonostante ci la memoria era di 20 numeri di 10 cifre Nel 1950 Fu realizzato il primo calcolatore a programma memorizzato l EDVAC Electronic Discrete Variable Automatic computer ove furono applicate l idea di John Von Neumann matematico ungherese secondo cui il programma poteva essere posto nella memoria dati del calcolatore computer che seguono questa architettura cio tutti calcolatori moderni vengono anche chiamati macchine di Von Neumann e il ciclo di esecuzione delle istruzioni viene chiamato ciclo di Von Neumann Il primo calcolatore prodotto su scala industriale fu PUNIVAC1 1951 Nel 1955 l IBM presenta il modello IBM 704 con 32000 byte di memoria e la possibilit di programmare anche in un linguaggio di alto livello Fortran La cosiddetta seconda generazione dei calcolatori risale alla fine degli anni 50 caratterizzata
136. nguere settori di memoria relativi al codice da quelle dei dati allo stack dei dati della cpu salvati dai processi e garantire anche l accesso concorrente di pi processi ad alcune aree di memoria es il settore del codice 4 6 Gestione dei file Abbiamo gi visto che i file sono le unit di informazione organizzata salvate sulla memoria di massa l hard disk Quando utilizziamo un sistema operativo siamo abituati ad avere a che fare con oggetti dotati di nome e svariate propriet eseguibilit leggibilit identit del creatore data di creazione eccetera Li richiamiamo con interfacce testuali oppure li vediamo in interfacce desktop come icone eccetera Chi gestisce la corrispondenza tra queste unit logiche e i reali bit scritti sui settori del disco il sistema operativo Il modulo che si occupa di questo prende il nome di file system Esso lo strumento che permette all utilizzatore della macchina e la registrazione di dati su supporti di memorizzazione esterni al modello di Von Neumann e la ricerca di dati su supporti esterni L entit base di dato memorizzato come abbiamo detto prende il nome di file ed in sostanza una raccolta di dati registrati su memoria di massa caratterizzata da un tipo un nome una dimensione una data di creazione e ovviamente una serie di dati memorizzati sulle tracce del disco rigido o su un altro dispositivo di memorizzazione permanente Come avvenga questa mappatura un problema di pr
137. nibile Le tecnologie xDSL AGP Accelerated Graphics Port Connessione dedicata per l inserimento di schede grafiche consente di connettere la scheda direttamente alla memoria fisica pi volte migliorata stata per recentemente sostituito dal PCI express AJAX Asynchronous JavaScript XML Tecnologia Web utile alla realizzazione di applicazioni interattive utilizzando pagine che possono essere modificate parzialmente sulla base di connessioni al server senza essere completamente ricaricate Alfanumerico Si dice di un dato che contenga sia caratteri alfabetici A Z che numerici 0 9 Algoritmo Sequenza ordinata di operazioni da far eseguire e che portano alla soluzione desiderata da un insieme di dati di partenza ALU Arithmetic and Logic Unit Unit aritmetico logica parte della CPU del calcolatore integrata nel microprocessore che si occupa dei calcoli matematici e delle operazioni logiche sui numeri binari Analogico Dato misurato dalla variazione continua di una quantit fisica Si contrappone a digitale vedi API Interfaccia di Programmazione di Applicazione Insieme di procedure disponibili al programmatore di solito raggruppate a formare un set di strumenti specifici per un determinato compito ASCII Standard di codifica binaria dei caratteri sui computer Si pronuncia aschi Il codice Ascii originale utilizza gruppi di 7 bit per codificare caratteri alfanumerici punteggiatura simboli grafici 32 c
138. nicazioni inviate a stazioni differenti e nodi intermedi cercano automaticamente la via pi efficiente sulla quale instradare i pacchetti risolvendo anche problemi nel caso di guasti su alcune tratte di collegamento Gli svantaggi sono invece e La linea condivisa e quindi diminuisce la velocit di trasmissione rispetto ad una linea dedicata la velocit media di trasmissione pi bassa e Ad ogni pacchetto vengono aggiunte informazioni di controllo e indirizzi che ne aumentano la dimensione e diminuisce quindi l effettiva velocit di trasmissione Si osservi che nel collegamento a commutazione di pacchetto non esiste una linea fisica permanentemente collegata tra due stazioni La connessione fisica cambia continuamente in base al traffico della rete e ad un livello di astrazione pi alto si dice semplicemente che tra le due macchine esiste una connessione logica cio si sa solo che la macchina A comunica con la macchina B ma non possibile definire in un dato istante un percorso fisico di collegamento vantaggi della commutazione di pacchetto sono tali che anche la comunicazione voce ormai viene effettuata in modo pi efficiente utilizzando i protocolli di rete dei calcoalatori Internet Protocol basati sui pacchetti e si pu oggi telefonare a basso costo utilizzando la cosiddetta telefonia over IP cio realizzata con la rete ed i protocolli di Internet 5 3 Classificazioni delle reti Le reti si distinguono
139. o contenuto una copia della memoria principale la cache non aumenta il numero di indirizzi a disposizione della CPU Le parti della memoria principale che vengono copiate nella cache vengono scelte Che cos un computer 13 sfruttando il cosiddetto principio di localit per cui estremamente probabile che in tempi vicini il processore acceda a regioni di memoria contigui localit spaziale e visitate di recente localit temporale Mantenendo nella memoria cache regioni contigue di memoria utilizzate di recente dai programmi le operazioni successive utilizzeranno dati che con grande probabilit verranno letti nella memoria veloce senza dover aspettare il tempo di accesso alla memoria principale Nei casi in cui il dato non sia presente nella cache si ha il cosiddetto cache miss e si deve accedere comunque alla memoria principale Saranno quindi necessari opportuni algoritmi che provvedano alla gestione di questi casi e provvedano anche a mantenere coerente il contenuto della cache con il contenuto della memoria principale e ad aggiornare via via il contenuto della cache Il meccanismo della cache pu essere realizzato anche su pi livelli con lo stesso concetto nei PC si nrincipale viene ricopiato in una memoria di distinguono in genere cache di primo pi veloce accesso secondo livello la prima L1 in genere integrata nel microprocessore la seconda L2 esterna Figura 6 Il meccanismo della memoria c
140. o di email del destinatario nell indirizzo IP del server della posta del destinatario SMTP Simple Mail Transfer Protocol il protocollo di Internet per la posta elettronica Per l invio della posta viene seguita questa procedura la posta elettronica viene spedita quando la macchina mittente server della posta del mittente ha stabilito una connessione TCP con la macchina destinataria server della posta del destinatario Su questa macchina c in ascolto il daemon MTA che parla il protocollo SMTP accetta le connessioni in arrivo e copia i messaggi nelle caselle postali destinatarie Se non possibile spedire un messaggio al mittente viene restituita una notifica di errore contenente la prima parte del msg non spedito Dopo aver stabilito la connessione il mittente opera come un cliente e attende la risposta del server destinatario Il server inizia spedendo una linea di testo che lo identifica e dice se pronto o no a ricevere la posta Se non lo il cliente rilascia la connessione e riprover pi tardi Se il server pu accettare la posta il cliente annuncia mittente e destinatario del msg Se il destinatario noto il server dice al cliente di proseguire nell invio Il cliente quindi invia il messaggio e il server ne d conferma Esiste la possibilit di raggruppare sotto un unico indirizzo un insieme lista di indirizzi corrispondenti ad altrettanti utenti Quando una persona invier un messaggio a tale indirizzo esso v
141. o di formazione del collegamento i dati di un computer vengono trasformati in codice comprensibile anche al computer remoto Si pensi ad esempio a due computer funzionanti uno con codice ASCII e l altro con codice EBCDIC un altro codice per la codifica dei caratteri alfanumerici Il livello di applicazione elabora i dati in accordo alle richieste dell utente il livello pi vicino all utente e serve come interfaccia per comprendere i comandi che l utente vuole impartire AI livello di applicazione appartengono tutti i programmi e protocolli che servono a comunicare in rete e a cui l utente ha diretto accesso ftp http telnet etc 68 Fondamenti di Informatica 6 Internet L utilizzo principale delle reti di calcolatori fatto dalla maggioranza degli utenti consiste nel collegamento dei PC domestici o di lavoro ad Internet Ma cos Internet Sostanzialmente Internet con la maiuscola la prima ed unica rete di computer mondiale ad accesso pubblico Essa una rete di reti che connette sottoreti di macchine di calcolo in tutto il mondo mediante un unico spazio di indirizzi e protocolli standard TCP IP rispettivamente protocollo di trasporto internetwork e protocollo di network Quindi una rete commutata come quelle che abbiamo visto prima che utilizza l efficiente tecnologia della commutazione di pacchetto per trasferire i messaggi tra gli host La rete costituita da una serie di nodi host e di sottoreti eterogen
142. o effetto non pu essere ignorato da chiunque lavori nel mondo della comunicazione dell educazione e di ogni disciplina legata al trattamento dell informazione Eppure nonostante l ormai ampia diffusione dei mezzi e la notevole eco che hanno sulla stampa gli argomenti legati al mondo digitale la cultura di base relativamente all informatica di base ed al funzionamento e le potenzialit delle tecnologie decisamente scarsa Facciamo un semplice esempio chi non ha mai sentito parlare di bit e byte multimedialit tecnologie client server Quasi nessuno E molti se venisse loro chiesto se sanno o non sanno di cosa si stia parlando risponderebbero certamente di s Solo che posta la domanda ad un campione di studenti universitari e registrate le risposte si scopre che la stragrande maggioranza di essi ha idee errate su cosa questi termini di uso comune significhino Le ragioni di questo analfabetismo e della diffusione di informazioni approssimative ed errate possono essere cercate da una parte in una purtroppo dilagante cultura antiscientifica con la pretesa esistenza di una barriera tra cultura umanistica e scienza e tecnlogia dall altra al modo decisamente approssimativo e sensazionalistico con cui si parla sui media pi diffusi di ci che riguarda le tecnologie privilegiando il fenomeno di costume la moda il blog Second Life o le paure virus pedofilia all informazione competente ed obiettiva Ma una parte della responsa
143. odi della rete ipertestuale sono distribuiti sui vari host collegati tra loro tramite la rete Internet Attivando un singolo link si pu dunque passare da un documento ad un altro documento che si trova archiviato fisicamente su un altro computer della rete Il funzionamento di World Wide Web non differisce molto da quello delle altre applicazioni Internet Anche in questo caso il sistema si basa su una interazione tra un client ed un server Il protocollo di comunicazione che i due moduli utilizzano per interagire si chiama HyperText Transfer Protocol HTTP L unica ma importante differenza specifica la presenza di un formato speciale in cui debbono essere memorizzati i documenti inseriti su Web denominato HyperText Markup Language HTML client Web sono gli strumenti di interfaccia tra l utente ed il sistema le funzioni principali che svolgono sono e ricevere i comandi dell utente e richiedere ai server i documenti e interpretare il formato e presentarlo all utente Nel gergo telematico questi programmi vengono chiamati anche browser dall inglese to browse sfogliare poich essi permettono appunto di scorrere i documenti In occasione del rilascio delle specifiche ufficiali dell HTML 4 0 il W3C World Wide Web Consortium http www w8c org ha promosso il termine pi generico user agent al posto di browser per indicare per qualunque programma in grado di connettersi al web e scaricare contenuto via HTTP senza avere nec
144. odici vengono utilizzati per controllo periferiche Esistono versioni estese Atom Formato di interscambio di contenuti basato su XML pu essere utilizzato per la sottoscrizione a servizi web blog giornali Avatar Rappresentazione digitale tridimensionale dell utente in ambienti di realt virtuale Backup Copia di sicurezza di un disco rigido di una parte del disco o di un insieme di file Banner Glossario 81 Spazio pubblicitario su una pagina Web Beta E il termine che si usa per indicare lo stadio di prova di un software Le persone incaricate del collaudo dei programmi si chiamano beta tester BIOS Basic Input Outout System l insieme dei programmi di sistema che presiedono a tutte le funzionalit di base di un computer come la comunicazione tra la CPU e il disco rigido o lettore floppy e la scheda grafica Viene richiamato dal microprocessore per inizializzare il pc all accensione e caricare il sistema operativo E memorizzato in una EPROM Bit Abbreviazione di binary digit ossia cifra binaria l unit di misura del sistema di numerazione binario Bitmap Letteralmente mappa dei bit cio ricostruzione per punti di un immagine sullo schermo o da una stampante strettamente legata alla risoluzione del monitor o della stampante Lo sono i disegni realizzati con un software di grafica per punti Blog Abbreviazione di web log indica una sorta di diario online in cui i creatori possono inserire testi e immagini
145. ofo cinese che riceve le informazioni dal filosofo italiano le ottiene cos come sono state pensate in origine senza distorsioni o aggiunte In questo modo a entrambi i filosofi sembra di essere collegati direttamente senza intermediari In realt ogni collegamento a eccezione dell ultimo stadio avviene in modo verticale il filosofo italiano passe le informazioni al traduttore che un gradino pi in basso e 64 Fondamenti di Informatica quest ultimo le passa a sua volta al fattorino che effettua la spedizione protocolli di comunicazione sono pressoch indipendenti fra loro ci significa che i due filosofi possono riflettere su qualsiasi argomento a loro piacere usando un linguaggio proprio dei filosofi Le loro frasi saranno contenute in un determinato protocollo traduttori a loro volta possono usare una lingua a loro piacimento che pu essere l inglese il francese il tedesco o un altra indicandola nel protocollo specifico Infine i tecnici del livello reale possono usare il mezzo di comunicazione pi idoneo la posta il telefono il telegrafo o altro Tutto ci senza che le persone precedenti o successive risentano di questi cambiamenti nei protocolli dello stadio precedente o successivo La comunicazione del tutto trasparente In nessuno degli stadi pi bassi traduttori e tecnici vengono interpretate le informazioni provenienti dallo stadio precedente ci significa che i traduttori si limitano a
146. ogetto del sistema operativo non ci addentreremo qui a descrivere i metodi ma citiamo quelli usati da Unix Inodes elementi memorizzati con possibili collegamenti a catena la File Allocation Table FAT di DOS e Windows NTFS di Windows NT Il file system si occupa in genere anche di rendere Sistemi operativi e applicazioni software 47 indistinguibili i dati memorizzati su supporti diversi o anche in realt residenti in macchine remote Come file troviamo memorizzati documenti testuali programmi eseguibili in linguaggio macchina immagini eccetera A parte informazioni di tipi diversi i moderni sistemi operativi distinguono anche casi molto particolari di file come la directory cartella che permette di strutturare l archivio dei files ad albero ed il link collegamento che permette di accedere agli stessi dati da differenti posizioni nell albero senza dover duplicare l informazione stessa La directory semplicemente un particolare tipo di file in cui sono memorizzati tutti i nomi di una collezione di file e informazioni ausiliarie quali data e ora di creazione ultima modifica proprietario e diritti di accesso dimensioni in byte La directory quindi anzich puntare ad informazione punta una lista di altri files cosicch a partire dall origine del disco rigido o meglio di una sua partizione indicato in Microsoft ci Windows SER Programmi i Bcc exe Utenti Macromedia y Borland Pino Readme txt _ Gino Bcoc exe
147. olatore elettronico una macchina per eseguire sequenze di operazioni elementari che risolvono problemi ben formulati algoritmi Esso si basa su circuito a semiconduttori ed all ingresso accetta dati digitali cio sequenze o insiemi di stati di alta bassa tensione in pratica numeri binari L unit fondamentale di informazione cio un singolo valore 0 o 1 prende il nome di BIT BInary digiT Sui questi dati tutte le operazioni eseguite vengono realizzate a partire da operazioni booleane AND OR NOT implementati mediante circuiti a transistor Tutte le informazioni introdotte nei calcolatori devono quindi essere trasformati in sequenze binarie prima delle elaborazioni In generale non lo sono All interno dell elaboratore rimangono sempre memorizzate in forma binaria valore alto basso di tensione interruttore aperto chiuso zona magnetizzata non magnetizzata riflettente non riflettente ecc Le memorie dei calcolatori immagazzinano sequenze binarie sotto queste forme Per dare gli ordini di grandezza della quantit di informazione si utilizzano i vari multipli del bit ad esempio nell ordine e Byte 8 bit e Kbyte Kilo 210byte 1024 byte Mbyte Mega 1024 Kbyte Gbyte Giga 1024 Mbyte e Tbyte Tera 1024 Gbyte Numeri lettere immagini e tutte le informazioni che vogliamo elaborare automaticamente vengono anch esse comunemente rappresentate mediante sequenze di simboli che in termini tecnici prendono il nome di string
148. on una risoluzione di 640 per 480 punti Virus informatico Codice malware che modifica un file eseguibile causando un effetto indesiderato ed in grado di autoreplicarsi VLSI Very Large Scale Integration tipologia di chip che contengono fra 100 000 e 1 000 000 transistor VPN Virtual Private Network un sistema per la comunicazione sicura e cifrata tra due o pi siti collegati a Internet che permette di realizzare una rete privata protetta sull infrastruttura pubblica WAN Wide Area Network Una WAN letteralmente Rete di Area Estesa spesso indicata col termine di area geografica la VVAN una rete che connette degli elaboratori su grandi distanza dell ordine dei chilometri Le prestazioni sono generalmente inferiori di qualche ordine di grandezza rispetto alle LAN dalle decine di Kbit s a qualche unit di Mbit s Watt Unit di misura di potenza che indica il consumo di un apparecchiatura elettrica Wi Fi Wireless Fidelity Termine che indica dispositivi che possono collegarsi a reti locali senza fili WLAN basate sulle specifiche IEEE 802 11 Glossario 95 Wiki Sito web che viene generato collaborativamente dagli utenti mediante l uso di opportuni sistemi di gestione dei contenuti content management systems Il termine Wiki viene spesso usato anche per indicare i particolari CMS usati per gestire questi siti Il pi noto esempio l enciclopedia online Wikipedia WiMAX Worldwide Interoperability for Microwav
149. onnettore con 4 o 6 pin usato per la maggior parte delle connessioni destinate all uso vocale RJ 45 un connettore a 8 pin usato per la trasmissione dei dati su un cavo a doppino intrecciato telefonico ROM Read Only Memory memoria di sola lettura Contiene le istruzioni fondamentali per il funzionamento del computer chip ROM mantengono le istruzioni ed i dati anche a computer spento Router Apparecchiatura per l interconnessione tra segmenti di rete che agisce a livello di rete del modello ISO OSI RSS Really Simple Syndication Formato per la distribuzione di contenuti Web basato su XML Notifica gli aggiornamenti di un sito in formato standard in modo che un lettore RSS possa presentare in maniera omogenea notizie provenienti dalle fonti pi diverse Scheda Circuito stampato che si inserisce in uno slot della scheda madre o in connettori specifici e che adibito a funzioni specializzate es collegamento in rete La scheda pu contenere processori e dispositivi di memoria ROM RAM ecc Scheda madre La parte principale del computer ovverosia la scheda a circuiti stampati che comprende la CPU la ROM i coprocessori e la RAM oppure gli slot per inserire schede coprocessori o moduli di memoria Script Tipologia di programma per computer caratterizzato dalla semplicit e dall uso di linguaggi interpretati SCSI Small Computer System Interface standard per il collegamento di periferiche dischi rigidi lettori CD ROM
150. per dimensione topologia e tecnica di trasferimento dei dati Il collegamento tra computer avviene a diversi livelli dando vita a reti di dimensioni diverse che collegano gli elaboratori a distanze differenti in aree geografiche pi o meno vaste Classificazione per dimensione LAN Local Area Network rete in area locale Si tratta in pratica di reti che collegano computer collocati a breve distanza fra loro Le reti di calcolatori 61 Un area locale pu essere rappresentata da un area aziendale con diversi uffici i quali hanno computer collegati tra loro MAN Metropolitan Area Network rete in area metropolitana In questo caso sono collegati computer che si trovano all interno di una determinata area urbana esempio gli uffici dell anagrafe comunale sono sparsi nei vari quartieri ma i loro computer sono collegati tutti alla sede centrale WAN Wide Area Network rete in area vasta Questa rete copre un area pi ampia che comprende di regola il territorio nazionale fino ad arrivare a collegare calcolatori collocati in diversi stati limitrofi GAN Global Area Network rete globale l ultimo livello e consiste nella rete che collega i computer collocati in tutto il mondo anche via satellite Classificazione topologica Topologia a stella computer sono collegati a una stazione centrale la quale provvede a collegare due computer tra loro quando vengono trasmessi dati Tutti i dati trasmessi da una stazione all alt
151. quindi su un organizzazione reticolare dell informazione ed costituito da un insieme di unit informative i nodi e da un insieme di collegamenti detti nel gergo tecnico link che da un nodo permettono di passare ad uno a pi nodi Se le informazioni che sono collegate tra loro nella rete non sono solo documenti testuali ma in generale informazioni veicolate da media differenti testi immagini suoni video l ipertesto diventa multimediale e viene definito ipermedia Una idea intuitiva di cosa sia un ipertesto multimediale pu essere ricavata dalla figura seguente Figura 39 Schema logico di ipertesto multimediale documenti l immagine e il filmato sono i nodi dell ipertesto mentre le linee rappresentano i collegamenti ink tra i vari nodi il documento in alto ad esempio contiene tre link da dove possibile saltare ad altri documenti o alla sequenza video Il lettore dunque non vincolato dalla sequenza lineare dei contenuti di un certo documento ma pu muoversi da una unit testuale ad un altra o ad un blocco di informazioni veicolato da un altro medium costruendosi ogni volta un proprio percorso di lettura Naturalmente i vari collegamenti devono essere collocati in punti in cui il riferimento ad altre informazioni sia semanticamente rilevante per un approfondimento per riferimento tematico per contiguit analogica In caso contrario si rischia di rendere inconsistente l intera base informativa o di
152. ra transitano nella stazione centrale Vantaggi Per ogni stazione esistono le stesse condizioni di trasferimento in quanto vi solo la stazione centrale interposta tra le stazioni Questo significa tempi di trasmissione uguali per tutti in caso di avaria di una delle stazioni esclusa la stazione centrale le altre non ne risentono minimamente e possono tranquillamente continuare il lavoro e le comunicazioni tra di loro Svantaggi La rete diventa inutilizzabile in caso di avaria della stazione centrale La stazione centrale raggiunge costi molto elevati nel caso di reti complesse con molti terminali Una stazione centrale sottodimensionata rappresenta un collo di bottiglia che rallenta il lavoro dell intera rete Non facile adattare questo tipo di rete alle caratteristiche logistiche di un azienda con uffici dislocati disordinatamente Se gli uffici da collegare sono distanziati tra loro il collegamento tra stazione centrale e periferiche presenta delle difficolt di carattere fisico i cavi hanno dei limiti in lunghezza ci sono problemi di attenuazione del segnale e problemi riguardanti i disturbi sulla linea Figura 32 Topologia di rete a stella Topologia ad anello In questa configurazione non necessaria una stazione centrale qui le stazioni sono collegate in cerchio Questo elimina alcuni svantaggi visti precedentemente ma ne importa di nuovi Nella struttura ad anello ogni stazione che ric
153. re codifica Nel capitolo 4 passeremo quindi ad analizzare il software di sistema il sistema operativo dei computer e l utilizzo moderno delle macchine di calcolo Nel capitolo 5 si parler delle reti di calcolatori Il capitolo 6 infine dedicato al mondo di Internet e dei suoi servizi Che cos un computer 7 1 Che cos un computer Pu essere difficile da comprendere per chi al giorno d oggi usa un PC per scrivere giocare o guardare un film a chi aggiorna l agenda sul cellulare viaggia col navigatore satellitare o usa l iPod ma in realt tutte queste macchine elettroniche discendono direttamente da quei cervelli elettronici grossi come armadi che cominciarono a comparire nel dopoguerra e che elaboravano dati numerici introdotti in genere su schede perforate facendo una serie di calcoli preordinati Ma svolgere in sequenza una serie di calcoli aritmetici o logici su dati digitali cio codificati come numeri binari e fisicamente consistenti in livelli alti o bassi di tensione sostanzialmente la stessa cosa che fanno senza che ce ne rendiamo conto tutte le apparecchiature basate su microprocessori che utilizziamo quotidianamente per le pi disparate attivit E l architettura dei moderni computer non si discosta sostanzialmente da quella di quegli armadi che vediamo nei vecchi telefilm di fantascienza 1 1 Architettura del calcolatore I calcolatori elettronici sono macchine che eseguono rip
154. re i prodotti utili ideare o progettare nuove applicazioni nel proprio campo Computer Information Fluency Per fare un semplice parallelo se vogliamo sfruttare al meglio quello che l automobile pu offrirci non necessario che studiamo nel dettaglio la fisica del motore a scoppio l informatica teorica per il calcolatore ma non neppure necessario ed anzi controproducente che impariamo nel dettaglio il manuale di istruzioni della Fiat Punto l equivalente di un particolare programma per il calcolatore per esempio Microsoft Word Dovremo invece avere una sufficiente infarinatura tecnica sul funzionamento dell automobile e conoscerne le varie tipologie l evoluzione del mercato degli accessori e tutte quelle nozioni che ci servono a scegliere il modello adeguato ai nostri bisogni ed ad utilizzarlo nel modo pi efficiente E invece frustrante vedere che addirittura a livello universitario si confonda ancora lo studio dell informatica con l uso di alcune applicazioni per il personal computer e si pensi che un corso di informatica tenuto da informatici dovrebbe insegnare ad usare dei programmi Nulla di pi lontano dalla realt L uso di un determinato programma non richiede competenze informatiche e pu benissimo essere lasciato alla lettura del manuale od a tutorial tenuti da utenti dello stesso genere insegnanti scrittori contabili grafici a seconda del programma di cui si parla L informatica e gli informatici si occupano i
155. ristici delle schede audio sono il numero di canali segnali distinti che sono in grado di gestire es 1 mono 2 0 stereo 2 1 stereo subwoofer dolby 5 1 ecc Memorie a supporto magnetico Quasi tutti i sistemi di memorizzazione precedenti al CD si basavano sulle Aa Te x propriet di un materiale Na ferromagnetico come l ossido di ferro i i depositato su un supporto inerte Una corrente positiva o negativa orienta il materiale che costituisce le areole La lettura della polarizzazione si ottiene facendo transitare le areole sotto una spira Si arriva a centinaia di bit per mm La memorizzazione rimane in assenza di alimentazione Si differenziano attraverso la forma del _ y supporto dischi flessibili dischi rigidi Figura 13 Disco rigido nastri Il floppy disk ha supporto flessibile il disco rigido ha supporto metallico Entrambi hanno tracce concentriche e ogni traccia suddivisa in settori mediante la formattazione Si pu accedere in lettura o scrittura solo ad un intero settore pertanto il trasferimento avviene a blocchi Floppy hanno dimensioni tipiche 5 1 4 o 3 1 2 e contengono fino a 1 44 Mb hanno un elevato tempo di accesso capacit limitata Gli hard disk sono immersi in gas pressurizzato hanno alta velocit ed alto tranfser rate in un PC possono esserci anche pi dischi in parallelo collegati al bus di sistema dischi rigidi hanno particolare importanza perch vengono in genere u
156. rodurre altri oggetti risultati L esecuzione di azioni viene richiesta all elaboratore attraverso opportune direttive dette istruzioni Il calcolatore che abbiamo descritto detto elettronico in quanto gli oggetti che riceve in ingresso elabora e fornisce in uscita sono segnali elettrici livelli di tensione e la loro elaborazione avviene mediante circuiti elettronici a semiconduttore Si parla anche di elaboratori digitali il significato che viene dato a questi livelli di tensione non legato infatti al loro valore assoluto ma al loro essere superiori od inferiori a una determinata soglia nel qual caso al livello di tensione si attribuisce il valore 1 o O dati in ingresso ed in uscita nei calcolatori elettronici sono quindi sequenze di valori 0 o 1 bit da Binary digiT AI di l della complessit raggiunta da problemi e soluzioni che stanno alla base del software che utilizziamo oggi anche le macchine che usiamo quotidianamente lavorano facendo sequenze di operazioni su dati binari Uno degli scopi dell informatica consiste quindi nel cercare di capire quali siano i problemi affrontabili dalle macchine e lo studio di come si possa impostare la loro soluzione suddividendola in passi fondamentali eseguibili dalla macchina Si parla in questo caso di studio degli algoritmi ne riassumiamo nel seguito gli aspetti principali Supponiamo di avere un determinato problema e di volerlo fare risolvere automaticamente alla macchina
157. rsi a ciascun utente che resta ignaro di dove queste si trovino ma potendo cos avere a disposizione risorse enormi per il calcolo Figura 16 Apple il primo Personal Computer 26 Fondamenti di Informatica 2 Calcolo automatico algoritmi programmi Pur avendo visto come fatta la macchina almeno per quanto riguarda l hardware l insieme dellle componenti fisiche siamo ancora ben lontani dal capire come sia possibile che essa consenta tutte quelle incredibili applicazioni che abbiamo oggi a disposizione Per il momento infatti come era per i primi calcolatori l utilizzo di questa architettura si limiti all esecuzione di una serie di operazioni elementari aritmetiche e logiche sui dati memorizzati che avvengono secondo un programma prestabilito Tutto molto distante dai problemi che risolviamo con i nostri computer Per trasformare il nostro sistema in qualcosa che ci serva nella vita reale abbiamo da compiere alcuni fondamentali passi codificare i dati che ci interessa elaborare in numeri binari ed implementare le operazioni che dobbiamo fare su di essi a partire da quelle fondamentali del mircroprocessore E ovviamente sapere come quali siano le metodologie ed i limiti dell elaborazione automatica dell informazione cosa che viene studiata dalla teoria degli algoritmi 2 1 Algoritmi e programmi Per quanto abbiamo visto il calcolatore un elaboratore automatico d informazione che esegue operazioni su oggetti dati per p
158. ruiti circa 1 500 esemplari La prima applicazione pratica del calcolo automatico risale invece al 1890 per il censimento di New York e Baltimora quando lo statistico americano H Hollerith utilizz schede perforate per registrare i dati le schede venivano lette da dispositivi ed elaborate meccanicamente L uso di questa macchina ridusse il tempo di elaborazione delle schede dai sette anni del censimento precedente a due anni e mezzo nonostante l aumento dei dati La scheda perforata era stata introdotta da Jacquard per i comandare i telai di tessitura Figura 15 Il calcolatore ENIAC Hollerith fond anche una societ per la produzione dei lettori di schede perforate la societ prese il nome di IBM International Business Machine Un altro grosso passo avanti nella storia delle macchine di calcolo lo si deve all ingegnere tedesco Konrad Zuse che che realizz nel 1938 calcolatrice meccanica in cui introdusse luso del sistema binario ed il primo calcolatore elettromeccanico lo Z3 1941 ottenuto sostituendo i dispositivi meccanici con relais Lo Z3 era in grado di eseguire le quattro operazioni elementari e di estrarre la radice SPREREERBEREREREFRRIAA LANA 24 Fondamenti di Informatica quadrata con tempi di esecuzione delle operazioni dell ordine del secondo Nel 1944 venne realizzato all Universit di Harvard il Mark1 calcolatore elettromeccanico capace di eseguire un addizione in 300 millisecondi e di calcolare alcu
159. server Web che si trova sul computer denominato www liberliber it dal quale vogliamo che ci venga inviato il file in formato HTML il cui nome index html Mutando le sigle possibile fare riferimento anche ad altri tipi di servizi di rete Internet e ftp peri server FTP e gopher per i server gopher e telnet per i server telnet Occorre notare che questa sintassi pu essere utilizzata sia nelle istruzioni ipertestuali dei file HTML sia con i comandi che i singoli client ciascuno a suo modo mettono a disposizione per raggiungere un particolare server o documento bene pertanto che anche il normale utente della rete Internet impari a servirsene correttamente Esempi di servizi la posta elettronica Il servizio di posta elettronica e mail service permette la comunicazione asincrona uno a uno cio un utente con un utente o uno a molti cio un utente con molti utenti Quando un utente desidera inviare una lettera e mail deve conoscere l indirizzo e mail address del destinatario Un indirizzo di posta elettronica di Internet ha la forma nome indirizzo dominio di intenet per esempio ciccio vyahoo it Ci sono due modi per avere indirizzi Il fornitore della connettivit TCP IP cio l Internet Service Provider pu attribuire anche un indirizzo di e mail Per accedere e gestire la propria casella di posta occorre un programma specifico Netscape Messenger Microsoft Outlook Eudora etc opportunamente confi
160. sistema operativo eseguire i programmi utente e agevolare la soluzione dei problemi dell utente Quando i sistemi operativi non esistevano per risolvere i problemi l utente doveva interagire direttamente con l hardware Con l avvento del software di sistema reso anche maggiormente necessario da un hardware sempre pi complesso ed eterogeneo la distanza tra utente e macchina si drasticamente ridotta i comandi che vengono dati e le interfacce con cui la si utilizza reagiscono con linguaggi che somigliano pi a quello umano che alle istruzioni del microprocessore Anche il tipo di problemi per la soluzione dei quali ci si affida al calcolatore sono cambiati e sono diventati vari e numerosi dalla sola esecuzione di calcoli o algoritmi si passati alla scrittura di testi alla generazione di grafica alla scrittura esecuzione di musica alla comunicazione remota e cos via 4 2 Stratificazione dei linguaggi Abbiamo accennato a diversi linguaggi di programmazione dei calcolatori vicini al modo di operare dell uomo oppure pi vicini al modo di operare della macchina Nei moderni calcolatori ne esistono diversi e si usa schematizzare la loro stratificazione con il concetto di macchine virtuali o di schemi a livelli Cosa significa Significa che quando si opera ad un determinato livello ad esempio di programma utente o di programmazione in C o di programmazione in linguaggio macchina si hanno a disposizione delle risorse
161. so i cosiddetti driver componenti software che sono in genere forniti direttamente dal produttore che si integra col sistema operativo e permettono quindi allo steso di gestire correttamente l unit utilizzando i suoi meccanismi standard dunque un driver specifico per un dato sistema operativo 1 7 Buseschedediespansione La scheda madre nelle illustrazioni viste sopra mostra connettori o slot di espansione che permettono di inserire schede per estendere le potenzialit del calcolatore o collegare periferiche tramite di esse Tali slot sono collegati ai bus Nei PC possono esistere pi bus collegati in modo opportuno tra loro l evoluzione ha portato al succedersi di vari standard per i bus di sistema e locali IDE EIDE i primi a soli 8 16 bit e basse frequenze poi PCI AGP sempre pi veloci e potenti per poter smistare la grande quantit di informazione elaborata dai processori e dalle schede grafiche Schede video audio dischi rigidi dispositivi di rete ecc sono inserite negli appositi connettori e si interfacciano poi direttamente con le unit esterne Le schede devono contenere l apposita logica di controllo che faccia dialogare la periferica con il PC nei modi prescritti dal protocolli del bus scelto Quando si inserisce una nuova periferica occorre normalmente spegnere il computer collegarla e installare il software che la gestisca Tuttavia nei moderni sistemi operativi si parla di tecnologia plug and pl
162. software 45 Utente Figura 23 Allocazione statica all utente viene data una regione fissa di memoria dopo quella affidata al sistema operativo 512K BASE gt i logico gt Utente 512K Figura 24 Allocazione dinamica la memoria utilizzata dal programma utente indirizzata da un indirizzo logico quello fisico viene calcolato poi dalla CPU sommando tale indirizzo all indirizzo base stabilito dalla CPU Il limite superiore impedisce che la regione allocata vada a occupare regioni attribuite ad altri processi La paginazione consiste nel suddividere la memoria in settori di dimensione fissa detti appunto pagine La memoria logica di ciascun processo viene fatta corrispondere alla memoria fisica pagina per pagina cio l indirizzo viene suddiviso in due parti la prima parte indica il numero di pagina il secondo l indirizzo all interno della pagina Il numero di pagina viene tradotto in una locazione fisica dal meccanismo di gestione che un sistema hardware detto Memory Management Unit In questo modo si risolve il problema della frammentazione al massimo gli spazi non allocabili diventano di dimensione inferiore alla pagina Esempio supponiamo di avere indirizzi di 8 bit 256 caselle Ma la paginazione permette di fare di pi cio di ottenere utilizzando il disco rigido uno spazio di memoria potenzialmente molto maggiore della memoria fisica Infatti non c nessun bisogno di avere un nu
163. ssaggio da memorie piccole e veloci a sinistra in Figura 7 vicine alla CPU a memorie sempre pi grandi ma lente a destra in Figura 7 1 4 Gestione dell Input output dispositivi di Input output sono nella schematizzazione di Figura 2 collegati al bus di sistema Ma come dialogano periferica memoria e CPU attraverso il bus Innanzi tutto nei sistemi di controllo dei dispositivi periferici o di I O devono esserci dei registri per contenere i dati da mandare o ricevere dal bus definire lo stato lettura scrittura ecc Devono esserci poi unit di controllo ed un sistema di sincronizzazione Deve esserci insomma un sistema intelligente di gestione dell input output che parli un linguaggio concordato protocollo con la CPU Questa a sua volta gestisce le procedure di lettura e scrittura sui dispositivi secondo le necessit dei programmi che sta eseguendo Due sono le strategie tipiche con le quali pu essere gestito l 1 O dalla CPU e il polling cio la CPU a cadenze prefissate va a vedere se le periferiche sono attive e devono inserire o prelevare dati e l interrupt con la quale sono gli stessi dispositivi periferici a segnalare alla CPU la loro richiesta di inserire o prelevare dati In questo caso la CPU dovr possedere un sistema di gestione delle richieste di interruzione al fine di poter mantenere il suo funzionamento soddisfare alla richiesta del periferico e riprendere la sua attiv
164. sta alla diffusa esigenza di interconnettere tra loro sistemi incompatibili La difficolt di fondo consiste nel far comunicare tra loro due o pi processi che usano internamente regole e tecniche diverse Ci si preoccupati quindi di definire le strutture dei dati trasmessi le regole e i comandi per la gestione dello scambio dati tra applicazione o tra utenti i meccanismi di controllo che assicurano uno scambio senza errori Il comitato ISO ha stabilito le regole e le opzioni per tali interazioni definendo un modello di riferimento Un modello di riferimento cosa diversa da un architettura di rete un modello di riferimento definisce il numero le relazioni e le caratteristiche funzionali dei livelli ma non definisce i protocolli effettivi una architettura di rete definisce livello per livello i protocolli effettivi Un modello di riferimento quindi non include di per s la definizione di protocolli specifici che invece vengono definiti successivamente in documenti separati come appunto accaduto dopo l introduzione del modello ISO OSI 66 Fondamenti di Informatica REA Application layer protocol Applicazione pp YAR Applicaziong Presentation layer protocol Session layer protocol Transport layer protocol Data Link Data link layer protocol Data Link Dink Physical layer protocol Fisico Mezzo fisico di collegamento Figura 36 I sette livelli del protocollo ISO OSI Tale modello suddivide le ne
165. stribuito con licenza GNU GPL o con altre licenze libere Malware Software indesiderato installato malignamente sul PC attraverso la rete o scambi di files e che agisce contro l interesse dell utente MAN Metropolitan Area Network Rete di trasmissione dati che serve un area che approssimativamente corrisponde a quella di una grande citt Le reti di questo tipo sono realizzate con tecniche innovative come per esempio il posizionamento di cavi a fibre ottiche Masterizzatore Dispositivo in grado di creare o duplicare dischi ottici CD DVD contenente dati o audio video Mbps Milioni Bit per Secondo Una misura della velocit di trasmissione dati Mbyte Unit di misura della capacit di memorizzazione dei dati 1024x1024 bytes Memoria di massa Dispositivo di memoria non volatile che pu essere interna al computer od anche essere costituita da dispositivi rimovibili MHz Mega Hertz Abbreviato MHz Un milione di cicli al secondo La velocit di clock di un processore spesso espressa in megahertz Microprocessore Implementazione fisica della CPU in un singolo circuito integrato MIPS Millions of Instructions Per Second unit di misurazione della velocit di un computer in milioni di operazioni al secondo Viene utilizzata nelle prove benchmark per confrontare le prestazioni dei diversi modelli Mouse Dispositivo di puntamento basato sulla riproduzione su un cursore dello schermo del movimento piano eseguito s
166. t di determinate 28 Fondamenti di Informatica espressioni e quindi sulla risolubilit di problemi Fu per esempio l analisi di un famoso problema sulla macchina di Turing a mettere in evidenza che nella logica matematica esistono classi problemi non decidibili per i quali non si pu trovare soluzione Una congettura comunemente accettata che la classe di problemi matematici risolubili con una macchina astratta sia comune per tutte le macchine di questo tipo Non ci addentreremo nello studio di queste problematiche per le quali rimandiamo a testi specifici e andiamo invece ad analizzare come si possa passare da un problema risolubile alla sua esecuzione automatica cio analizziamo un attimo quello che gli analisti e programmatori fanno nella pratica del loro lavoro 2 2 Analisi ed implementazione degli algoritmi L analisi del problema deve mettere in evidenza quali siano i dati quale la soluzione da ottenere e con quali vincoli Si definiscono cio le precondizioni rispettate dai dati e le postcondizioni che devono rispettare le soluzioni A questo punto si passa alla sintesi dell algoritmo che pu essere libera o eseguita secondo ben codificati metodi progettuali Una volta nota la soluzione la si dovr descrivere in maniera chiara e comprensibile all uomo per permettere ad altri di analizzarla e modificarla per poi in un secondo tempo tradurla in un linguaggio comprensibile al calcolatore Il passaggio dalla descr
167. t output programmi applicativi sistema operativo hardware Figura 22 Il sistema operativo nasconde l hardware agli utenti e crea l ambiente di esecuzione per i programmi applicativi 4 4 Gestione dei processi Un processo un programma in corso di esecuzione Mentre un programma una pura descrizione di un algoritmo il processo un azione che sta evolvendo nel tempo cio un entit attiva e dinamica Nei primi computer non c era nessuna interazione dopo il caricamento di programmi e dati in genere mediante scheda perforata veniva lanciata l esecuzione e se ne attendeva il termine Questa modalit prende il nome di esecuzione batch In questa modalit il sistema operativo si occupava solo del caricamento dei dati dell allocazione della memoria e della scrittura dell output e non c era quindi bisogno di gestione dei processi un solo processo poteva risiedere in memoria e questo non poteva essere interrotto dall utente ad esempio per cambiare dei dati Inoltre tutte le volte che il programma richiamava una periferica per esempio una stampante la CPU rimaneva inattiva fino al termine dell operazione con perdita di grosse potenzialit di calcolo La prima miglioria fu quindi realizzata mediante il cosiddetto buffering la scrittura di dati in ingresso o in uscita su apposite aree di memoria quando la periferica non era pronta senza interrompere l attivit della CPU In questo modo si realizz anche
168. te vuole scaricare dalla rete delle canzoni Dopo essersi registrato on line in un sito opportuno pagando l eventuale abbonamento scelto ha l accesso a dei cataloghi di canzoni mediante un programma fornitogli con l abbonamento Seleziona il nome del cantante e le canzoni che gli interessano dal menu interattivo A questo punto il processo iniziato dall utente termina e viene avviata una procedure per la quale in qualunque momento un nodo che contiene dati pu iniziare autonomamente la trasmissione alla macchina dell utente Questa una comunicazione peer to peer poich la comunicazione stata iniziata una volta da una macchina quella dell utente e una volta da un altra Un processo peer to peer e richiede una procedura di registrazione dell utente che vuole accedere al servizio e pu chiedere informazioni a server specifici es fornire dei cataloghi di prodotti e mette a disposizione sulla rete dei file dichiarati pubblici cio leggibili e scaricabili Internet 71 e pu servire pi richieste allo stesso tempo e non particolarmente robusto e affidabile e di solito NON tiene traccia storica dei collegamenti Si noti che anche altri servizi classici di Internet come ad esempio il servizio di distribuzione delle news protocollo NNTP vedi dopo sono organizzati in modo peer to peer servizi e relativi protocolli per lo scambio di file es bitTorrent hanno avuto grosso successo in quanto la distribuzione del carico r
169. teri con all indicazione del numero di successive ripetizioni dello stesso 0002222 amp 30 amp 42 dove il simbolo amp stato introdotto come separatore Si pu notare che in questo caso la dimensione viene ridotta mentre nel caso non vi fossero ripetizioni la dimensione della stringa raddoppierebbe Questi metodi cenno sono evidentemente lossless e si possono applicare in modo piuttosto generico metodi lossy che eliminano informazione inutile come nel caso visto dei suoni sono in genere specifici al tipo di dato Nel caso delle immagini si utilizzano ad esempio metodi che tagliano alle alte frequenze codificando l immagine con le sue componenti di una trasformata discreta es coseno e eliminando le alte frequenze Jpeg Altro modo di comprimere le immagini pu consistere nella riduzione del numero dei colori mappando con misure di somiglianza i colori originali in una tabella colormap opportunamente ridotta pi noti formati di immagini che usano sui PC es gif jpg bmp png implementano tutti metodi di compressione ottenuti combinando in modo vario quelli dei tipi sommariamente descritti 38 Fondamenti di Informatica 4 Sistemi operativi e applicazioni software HARDWARE Cmo vero Primi computer Computer futuri Figura 21 L evoluzione del software di sistema assente nei primi computer dominante in quelli attuali Abbiamo gi detto che istruzioni e dati memorizzati nella macchina di calcolo costituiscono
170. teriali semiconduttori e contenente da pochi a decine di milioni di parti elementari come transistor diodi condensatori e resistori Chipset Insieme di circuiti integrati della scheda madre che gestiscono lo scambio di dati fra CPU e memoria e con il bus Ogni chipset specificamente progettato per una famiglia di processori e un tipo di memoria Glossario 83 Client Componente hardware o software che accede ai servizi o alle risorse di un altro detto server Se la componente software es programma di posta elettronica browser web si parla di client software Clock Segnale periodico generato da un oscillatore ed utilizzato per sincronizzare l attivit di un dispositivo elettronico digitale CMOS Complementary MOS tecnologia di costruzione di chip utilizzando transistor CODEC Programma o un dispositivo che si occupa di codificare e o decodificare digitalmente un segnale tipicamente audio o video perch possa essere salvato su un supporto di memorizzazione o richiamato per la sua lettura Codice sorgente Un programma prima di essere stato compilato Il codice sorgente pu essere letto e interpretato nonch corretto o modificato mentre il programma compilato pressoch incomprensibile infatti il codice sorgente pu contenere dei commenti che non verranno compilati e immodificabile CompactFlash Tipologia di scheda di memoria flash con capacit variabile da 16 Mb a 64 Gb Compilazione Traduzione di un codi
171. ti in parallelo come avviene sui moderni PC Inoltre la gestione veloce dei dispositivi di I O congiunta con i processi multipli pu efficacemente dare l impressione di totale interattivit con il sistema Le interruzioni per le operazioni di I O complicano ovviamente la gestione del sistema creando la necessit di variare il programma di esecuzione dei processi da parte della CPU Il dispatcher deve gestire le code di attesa per i vari dispositivi che possono 44 Fondamenti di Informatica essere richiamati dai processi ad esempio la stampante o il disco rigido e pertanto deve essere accuratamente progettato per evitare situazioni di stallo deadlocks che si possono verificare se per esempio un processo bloccato in attesa di una risorsa ma occupa delle risorse di cui il processo servito dalla CPU ha bisogno oppure situazioni di starvation in cui un processo non viene mai servito dalla CPU Ovviamente il fatto che vi siano pi processi contemporaneamente in memoria implica che possano dover comunicare cio scambiarsi dei dati Questo implica anche la gestione di aree di memoria condivisa e sistemi di sincronizzazione che impediscano l accesso concorrente a tali aree Ultima considerazione il fatto che l esecuzione di ciascun processo sia dipendente dal dispatcher implica che nel sistema operativo non possa eseguire un processo in un tempo certo Sistemi di calcolo in cui occorre avere vincoli temporali stretti Hard real time
172. tilizzati per la memorizzazione off line di tutti i dati e programmi dei PC memoria di massa La loro capacit di memorizzazione cresciuta notevolmente negli anni fino agli attuali centinaia di Gigabytes Per accedere ai dati devono prima posizionare il braccio nella posizione corretta tempo di ricerca e poi girare per portare la testina sul settore esatto questo implica un tempo di latenza Il dato da valutare complessivamente il tempo medio di accesso dipendente dai parametri precedenti indice del tempo necessario per ciascun accesso a settore contenente dati ogni apertura di file ne implica molte Negli hard disk Ide Ata i tempi di accesso sono attorno agli 8 millisecondi ms mentre le unit di tipo SCSI raggiungono anche i 5 ms Il transfer rate descrive poi la velocit di trasferimento dati in MB s che proporzionale alla velocit di rotazione tipicamente 7200 rpm Abbiamo detto che l unit di memoria trasferibile coincide con la dimensione del settore 22 Fondamenti di Informatica Se la quantit di dati dell unit logica di informazione che pu essere un testo un programma un immagine ecc da trasferire supera la capacit del settore i programmi di gestione del sistema operativo devono spezzettare i dati e concatenarli Una catena si dice file In Windows esiste un indice del disco FAT che contiene le informazione sui settori allocati e liberi Per i sistemi server poich i dischi rigidi sono delic
173. tione per i fornitori di informazione Dal punto di vista dell utente finale Web si presenta come un illimitato universo di documenti multimediali integrati ed interconnessi tramite una rete di collegamenti dinamici Uno spazio informativo in cui possibile muoversi facilmente alla ricerca di informazioni testi immagini dati curiosit prodotti Dal punto di vista dei fornitori di informazione il Web uno strumento per la diffusione telematica di documenti elettronici multimediali decisamente semplice da utilizzare poco costoso e dotato del canale di distribuzione pi vasto e ramificato del mondo Tra i diversi aspetti innovativi di World Wide Web come si accennava i pi notevoli sono decisamente l organizzazione ipertestuale e la possibilit di trasmettere informazioni integralmente multimediali Ipertesti e multimedialit Da diversi anni queste due parole uscite dal ristretto ambiente specialistico degli informatici ricorrono sempre pi spesso negli ambiti pi disparati dalla pubblicistica specializzata fino alle pagine culturali dei quotidiani Purtroppo questo non basta ad evitare la generale diffusa confusione che sussiste sul loro significato In primo luogo bene distinguere il concetto di multimedialit da quello di ipertesto Mentre il primo si riferisce ai mezzi diversi con cui pu avvenire una comunicazione il secondo riguarda la sfera pi complessa della organizzazione dell informazione Un documento si dic
174. tore di un algoritmo pu benissimo essere una persona una sistema meccanico o di qualunque altro tipo Se per esempio istruisco un mio conoscente ad andare a pagare una bolletta al mio posto spiegandogli dettagliatamente dove deve andare cosa deve scrivere eccetera sto facendo null altro che istruire un esecutore a eseguire una serie di operazioni elementari che lui sa eseguire cio gli sto fornendo un algoritmo L importante ai fini dell ottenimento dello scopo nell esempio avere la bolletta pagata che la mia descrizione dell algoritmo possieda alcune propriet fondamentali cio ad esempio e Non ambiguit le istruzioni devono essere univocamente interpretabili dall esecutore e Esequibilit esecutore deve essere in grado di operare ciascun passo in tempo finito e Finitezza l esecuzione deve terminare per ogni configurazione dei dati in ingresso Queste propriet sono necessarie sia nel caso della bolletta sia per la programmazione del computer Se le propriet sono rispettate cosa peraltro non facilmente dimostrabile nei problemi reali posso mandare tranquillamente il mio compito in esecuzione Nello studio teorico si considerano per semplicit delle macchine astratte che in qualche modo modellano le macchine calcolatrici reali le pi note sono Macchina di Turing e la Macchina RAM con memoria ad accesso casuale Dall analisi di tali modelli di esecutore si possono ricavare teoremi riguardanti la calcolabili
175. tradurre senza aggiungere togliere o commentare nulla tecnici a loro volta si limitano a trasferire le informazioni dall uno all altro senza modificarle In entrambi gli stadi ci si limita ad aggiungere solo le informazioni che fungono da chiave di lettura per i rispettivi stadi riceventi in modo che questi possano ritrasformare le informazioni portandole allo stadio iniziale Le persone riceventi si preoccupano di ritrasformare le informazioni togliendo a ogni stadio i dati contenuti nel protocollo specifico del proprio livello In questo modo quando le informazioni raggiungono il vertice il filosofo saranno ripulite da dati superflui in modo che risultino tali e quali a quelle inviate in origine dall altro filosofo trasmittente Tutti i protocolli tranne quello dei tecnici sono virtuali ci significa che non servono realmente al collegamento effettivo fisico tra trasmittente e ricevente L unico protocollo che effettivamente conta per il trasferimento vero e proprio appunto quello dei tecnici Come si pu notare da quanto spiegato in precedenza i collegamenti tra computer non sono semplici da costruire in quanto occorre tenere conto di molti fattori Di queste difficolt comunque l utente finale non deve preoccuparsi proprio perch il collegamento avviene in modo che si percepisca effettivamente soltanto ci che interessa mentre tutto il resto viene fatto negli stadi sottostanti L utente finale quindi non si dovr
176. trovano sui livelli inferiori Se si realizza una linea una curva od una figura geometrica con un programma di disegno ad oggetti questa non sostituisce la parte di disegno gi esistente bens vi si sovrappone Inoltre trovandosi su un livello a se stante pu essere sempre individuata spostata modificata annullata o portata in un livello sottostante al disegno preesistente Il disegno ad oggetti trova applicazioni in campi molto disparati disegno pittorico o illustrativo disegno geometrico disegno tecnico chiaro che mentre per un immagine raster la rappresentazione sul display o sar direttamente dipendente dalla matrice dei pixels per quanto riguarda un grafico vettoriale a oggetti ci che appare all utente dipender da un apposito software utilizzato per la rappresentazione rendering Tornando invece alle immagini aster la codifica delle immagini a colori pu essere fatta con modalit differenti La codifica true color prevede l uso di 24 bit di cui 8 bit per il rosso 256 livelli 8 per il verde 8 per il blu A volte si introducono altri otto bit per la correzione da effettuare per compensare le caratteristiche del monitor o per definire la trasparenza canale alpha Una codifica alternativa quella con colormap per ogni pixel sono usati solo 8 bit i cui valori per non corrispondono a componenti di colore ma sono indici che puntano ad una tabella colormap dove si trova la terna RGB da rappresentare vedi Errore
177. twork Rete Telefonica Pubblica a Commutazione la rete telefonica normale invece quelle dati ADSL vengono convogliate verso un dispositivo che prende il nome di DSLAM DSL Multiplatore di Accesso che fa da interfaccia di collegamento con la rete Internet Le velocit attualmente disponibili per le connessioni ADSL sono dell ordine dei 4 Mbps in ricezione e 640 in trasmissione ma stanno diventando disponibili le offerte ADSL 2 a 12 20 e 24 megabit Si tenga per conto che le velocit reali sono in genere pi basse perch la banda frazionata fra molti utenti principali vantaggi offerti da ADSL sono e Linea telefonica indipendente dalla linea dati possibile usare il telefono e contemporaneamente usare Internet e Velocit di navigazione e trasferimento file teoricamente molto pi alte di quelle di una linea digitale ISDN e Costi contenuti non richiede nell abitazione l installazione di linee telefoniche supplementari o speciali e Il collegamento sempre attivo consente la ricezione immediata degli e mail e di essere subito avvisati appena arriva un messaggio e L utente permanentemente connesso a Internet senza la necessit di attivare ogni volta la connessione via modem Proprio il fatto di essere sempre collegati a Internet rappresenta un fattore di rischio per gli utenti Infatti una connessione continua li espone all attacco di hacker persone che cercano di accedere senza autorizzazione alle risorse d
178. ul dispositivo stesso MP3 MPEG 4 Audio Layer III tecnologia per la compressione decompressione di file audio che consente di mantenere un ottima fedelt e qualit anche riducendo il file audio di un fattore 10 MPEG Motion Picture Experts Group comitato formato nel 1988 da membri ISO e IEC che stabilisce gli standard digitali per audio e video MPEG 1 ISO 11172 definisce lo standard usato per audio e video su CD MPEG 2 definisce lo standard usato ad esempio per televisione digitale terrestre e via satellite e DVD Il successivo MPEG 4 definisce nuovi standard utilizzati per la codifica audio video utilizzati in molti formati per file e streaming audio video su internet Glossario 89 Multi core CPU composta da due o pi core ovvero da pi cuori di processori fisici montati sullo stesso package in modo da aumentare le prestazioni complessive sfruttando il parallelismo Oggi le architetture dual core o quad core sono disponibili anche su PC di fascia bassa MultiMediaCard MMC Uno dei primi standard di memory card basati su memoria Flash Multimedialit Presenza di diversi mezzi di comunicazione in uno stesso supporto o contesto informativo Multiplexer Nella trasmissione dati un dispositivo che ad un capo della connessione invia i segnali provenienti da diversi canali di trasmissione in un solo canale ad alta capacit di trasmissione All altro capo della connessione un altro multiplexer provvede ad invertire questo
179. ura 2 L attivit del computer consiste quindi una volta caricato in memoria un programma nel Bus di sistema I CPU Mem Mem roO roO Figura 2 Architettura a bus di comunicazione trasferimento alla CPU dei suoi singoli passi nella loro decodifica ed esecuzione e nel passaggio all istruzione successiva Tutto qui L enorme quantit di cose che possiamo fare oggi con i calcolatori elettronici dipende sostanzialmente dal fatto che e Si possano codificare con stringhe binarie quindi elaborabili dal calcolatore dati di ogni tipo vedi capitolo 3 e L evoluzione delle CPU abbia portato alla possibilit di effettuare quantit enormi di calcoli al secondo anche su macchine dai costi irrisori e L evoluzione dei programmi di base e dei sistemi operativi capitolo 4 ha reso possibile facilitare enormemente lo sviluppo di applicazioni nuove per i calcolatori e L evoluzione delle periferiche di Input output ingresso uscita e delle interfacce utente abbia reso possibile una facile interazione con le macchine anche da parte di utenti non esperti Vediamo qualche dettaglio su questa architettura di base dei calcolatori andando ad analizzare per prima cosa il suo cuore cio la CPU 1 2 La CPU La CPU Central Processing Unit appunto il cuore del nostro sistema Essa contiene gli elementi circuitali necessari al funzionamento dell elaboratore quei circuiti integrati che oper
180. uzioni e Decodifica dell istruzione DECODE viene identificata l istruzione tra quelle dell insieme a disposizione Esecuzione EXECUTE vengono eseguite le operazioni previste dall istruzione Vediamo in dettaglio l esecuzione di queste fasi all inizio del ciclo l unit di controllo fornisce alla memoria l indirizzo della cella contenente la prima istruzione da eseguire la richiesta di ricerca dell istruzione viene realizzata mediante la scrittura dell indirizzo nel registro MAR e l attivazione di un segnale di controllo sul bus che determina l azione di lettura La memoria seleziona la cella contenente l istruzione corrispondente all indirizzo inviato sul rispettivo bus e pone il contenuto sul bus dati cosicch pu venire copiato sul registro MDR Il comando viene copiato sul registro IR A questo punto completata la fase di fetch e l unit di controllo aggiorna il registro PC al valore corrispondente al comando successivo L unit di controllo esamina il contenuto del registro istruzioni e determina il codice operativo cio le operazioni da svolgere decode Infine vengono eseguite le varie fasi dell istruzione mediante i segnali di controllo fasi che possono prevedere la lettura di altri dati dalla memoria operandi e il trasferimento di risultati dai registri alla memoria centrale Finita l esecuzione si torna alla fase di fetch Il tempo di ciascun ciclo dipende ovviamente dal tipo di istruzione per velocizzare l attiv
181. ve a fornire una alimentazione elettrica continua e costante filtrando sbalzi cali sovratensioni brevi interruzioni ed intervenendo in caso di mancanza di energia elettrica ad alimentare il computer per il tempo necessario a d arrestare in modo sicuro il sistema URL Uniform Resource Locator Sequenza di caratteri che identifica univocamente l indirizzo di una risorsa in Internet Usabilit L efficacia l efficienza e la soddisfazione con le quali determinati utenti raggiungono determinati obiettivi in determinati contesti definizione standard ISO progettisti di programmi e sistemi interattivi dovrebbero tener conto delle norme a supporto dell usabilit per lo sviluppo dei loro sistemi USB Universal Serial Bus interfaccia per periferiche di tipo digitale come telecamere tastiere mouse scanner Consente la trasmissione dei dati a velocit elevata UTP Unshielded Twisted Pair Il doppino cio un cavo formato da due soli fili senza schermatura utilizzato nelle connessioni telefoniche o di rete UUENCODE UUDECODE Procedimento per trasformare un file binario in ASCII e viceversa Sono necessari per trasferire file non ASCII tramite posta elettronica Vettore Gruppo di numeri che rappresentano i dati di posizione dei vertici colore ed altri parametri per i triangoli che rappresentano le immagini di oggetti in 3D VGA Virtual Graphics Array standard grafico per i monitor che consente la visualizzazione di 256 colori c
182. vede a eliminare ulteriori errori nella trasmissione dei dati conferendo in questo modo una buona affidabilit ai trasferimenti indipendentemente dalla sottorete della quale si avvale l utente Tra i compiti del livello di trasporto vi sono il recapito nella sequenza corretta dei pacchetti e l eventuale riordino Il livello di trasporto si limita soltanto alla trasmissione dei dati mentre dell elaborazione e della modifica si occupa l ultimo livello applicativo Con questo livello termina la descrizione dei livelli di comunicazione il prossimo livello fa parte del secondo gruppo dei livelli di elaborazione Il livello di sessione ha come compito principale quello di sincronizzare e organizzare i dati da trasferire provenienti dai livelli superiori Ogni connessione di sessione pu attivare pi connessioni di trasporto Un ultimo compito molto importante svolto dal livello di sessione il ripristino del collegamento dopo possibili cadute Si tratta della cosiddetta risincronizzazione che permette di riprendere il trasferimento dei dati dal punto in cui era stato interrotto In questo modo si elimina il problema delle ritrasmissioni di dati contribuendo a contenere i costi di trasmissione Il livello di presentazione invece ha il compito di rendere possibile il trasferimento di dati tra computer con architetture differenti che altrimenti non si comprenderebbero Tramite appositi protocolli di conversione stabiliti in fase di contrattazione
183. viva soltanto come buffer dell immagine da visualizzare ed interfaccia con lo schermo al giorno d oggi stato trasferito sulle schede tutto il peso computazionale della generazione ed elaborazione grafica specialmente per quanto riguarda la rappresentazione di scene virtuali in tre dimensioni a partire da modelli Le schede video moderne in pratica contengono Coprocessori Grafici che calcolano la bitmap dei colori a partire da descrizioni della scena togliendo questo compito dalla CPU In pratica una scena 3D viene descritta alla scheda mediante i poligoni che la compongono la posizione delle luci ecc La descrizione delle scene ed i comandi all hardware della scheda grafica vengono in genere realizzati dai programmatori utilizzando opportune librerie o interfacce di programmazione specificatamente create le due interfacce standard si chiamano OpenGL e DirectX La potenza e la quantit di memoria gestita dalle recenti schede video e l architettura parallela delle stesse che permette di realizzare contemporaneamente calcoli su un intera matrice di dati fa s che tali schede vengano ormai utilizzate non solo per la grafica ma anche per compiti di calcolo generico La scheda grafica in genere collegata al monitor per via analogica con un connettore parallelo che trasporta le componenti video ed audio VGA moderni monitor e schede grafiche tuttavia supportano spesso la connessione digitale DVI che permette di
184. x Corporation Ethernet utilizza un algoritmo di accesso multiplo alla rete detto CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection FDD Floppy Disk Drive il lettore di dischetti floppy Fibre ottiche Filamenti cavi di materiale vetroso utilizzati come guide luminose che consentono di trasferire dati a grandissima velocit Vengono utilizzate nelle telecomunicazioni e per la fornitura di accesso alla rete con velocit al Tbit s File Un file un insieme definito di informazioni e dati conservati e trattati come una sola unit logica File Allocation Table tipo file system utilizzato nelle prime versiondi di Microsoft DOS e Windows File system La parte del sistema operativo che si occupa della gestione dei file formattando opportunamente le unit di memoria di massa registrando e leggendo i file Flash ROM Tipo di ROM permanente riscrivibile EEPROM organizzata a blocchi ovvero un circuito a semiconduttori sul quale possibile immagazzinare dati binari mantenendoli anche in assenza di alimentazione Forum Sito internet che realizza una bacheca per l inserimento di messaggi degli utenti Free Software Foundation FSF Fondazione creata da Richard Stallman che si occupa di eliminare le restrizioni sulla copia sulla redistribuzione sulla comprensione e sulla modifica dei programmi per computer Freeware 86 Fondamenti di Informatica Software distribuito gratuitamente Non confondere con il software
185. xpress Evoluzione del bus di espansione PCI che sta anche prendendo il posto della vecchia interfaccia per schede grafiche l AGP PCM Pulse Coded Modulation Un metodo usato per convertire un segnale analogico in dati digitali privi di rumore che possono essere salvati o elaborati da un computer PCM usa una frequenza di 4 kHa 8 bit che permette di trasmettere 16 K di dati al secondo PCM spesso usato nelle applicazioni multimediali PCMCIA Standard adottato da molti produttori di computer portatili per un connettore universale al 90 Fondamenti di Informatica quale si possono accoppiare di ogni sorta dischi rigidi memorie e modem PDA Personal Digital Assistant sono computer moderni di tipo palmare destinati ad usi specifici Pen drive vedi Chiave USB Pentium Processore Intel a 32 bit introdotto negli anni novanta Il nome pentium ancora in uso per alcuni modelli di processore recenti seppure molto differenti PHP Linguaggio di scripting open source molto utilizzato per realizzare sistemi di creazione lato server di pagine web dinamiche Pixel Il singolo puntino che compone un immagine sul monitor Il numero dei pixel determina la risoluziione dello schermo pi il numero alto e pi l immagine sar ben definita e realistica Pipeline Metodo che consente l elaborazione di nuovi dati senza necessit di attendere che i dati precedentemente inviati termino la loro elaborazione Con questo metodo i processori
186. yte Terabyte 1 Tb uguale a 1 024 Gb TIFF Tagged Image File Format formato grafico per le immagini in genere fotografiche a colori Utilizza la compressione LZW file sono identificati dall estensione TIF Transistor Il transistor un interruttore che viene comandato mediante un segnale elettrico invece della pi familiare azione meccanica In pratica ai due terminali di uscita del transistor viene applicato il segnale che si vuole trasmettere Ad un terzo terminale gate si applica un segnale che abilita i poli di uscita del transistor Il segnale in trasmissione disponibile solo quando il segnale al gate abilita la porta d uscita Touchpad Dispositivo che sostituisce il mouse nei computer portatile e notebook Consente di spostare il puntatore tramite lo spostamento e la pressione del dito su una superficie rettangolare sensibile Twisted pair Tipo di cavi per reti Ethernet 10Base T TWAIN Technology Without An Important Name tipo di driver che consente per gli scanner compatibili l esecuzione di riprese senza utilizzo di software specializzato ma all interno delle applicazioni grafiche U SCSI W SCSI 94 Fondamenti di Informatica UltraSCSI WideSCSI standard per il collegamento di periferiche al computer per un veloce scambio di dati evoluzioni dello SCSI ULSI Ultra Large Scale Integration tipologia di chip con oltre 1 000 000 di transistor UPS Uninterruptible Power Supply gruppo di continuit Ser
187. zi di rete come posta elettronica Web ecc Un Word processor un programma che permette di scrivere correggere archiviare stampare documenti Il loro utilizzo costituisce un grande vantaggio rispetto all usuale modo di scrivere consentendo di fare correzioni modificare files in tempi successivi trasmettere documenti senza stamparli tagliare parti di testo ed incollarle in altra posizione cambiare caratteri spaziature colori impaginare eccetera word processor pi diffusi sono del tipo WYSIWYG What You See Is What You Get basati su un interfaccia che rappresenta sullo schermo l immagine della pagina come verr stampata Inoltre integrano le caratteristiche tipiche che una volta erano riservate a programmi di desktop publishing programmi professionali per l impaginazione come incolonnamenti caselle di testo grafici figure eccetera Prodotti di questo tipo sono ad esempio Microsoft Word OpenOffice org Writer Un foglio elettronico spreadsheet un programma che consente di elaborare dati ed organizzarli Esso si basa su tabelle in ciascuna delle quali possibile inserire dati in vari formati o funzioni che li elaborano Le funzioni integrate nei programmi sono sia matematiche che statistiche ed economiche rendendo il loro utilizzo molto versatile Inoltre essi danno la possibilit di scrivere le proprie funzioni e di inserire grafici basati sui dati nelle tabelle Esempi tipici sono Lotus 1 2 3 Microsoft Excel e

Dispensa programma B (pdf, it, 1044 KB, 1/26/11)

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