CHE COS’È L’INFORMATICA

Prof. Enrico TerroneA. S. 2014/15

Definizione

L’informatica è la scienza che studia il computer sotto tutti i suoi aspetti.

In inglese si usa l’espressione “computer science”, mentre in italiano (e in francese) si preferisce la parola “informatica”, che nasce dalla contrazione di informazione e automatica, per indicare l’elaborazione automatica dell’informazione, che è appunto l’attività effettuata dal computer.

Definizione

L’informatica è una scienza che non si occupa di oggetti naturali (a differenza di fisica, chimica e biologia) o di oggetti astratti (a differenza della matematica), bensì di artefatti, cose costruite dagli uomini secondo un progetto e per degli scopi e quindi dotate di:

• genesi (attività di costruzione, risposta alla domanda:

da chi è stato fatto?) • struttura (progetto di costruzione, risposta alla domanda: in che modo è stato fatto? ) • funzioni (scopi della costruzione, risposta della

domanda: per quale fine è stato fatto?)

Definizione

In tal senso l’informatica risulta affine a discipline come il diritto e l’economia, o anche l’italiano e il disegno, pur essendo comunque una disciplina scientifica come matematica, fisica, chimica, biologia.

I concetti base dell’informatica

L’hardware è la componente materiale del computer e comprende tutto ciò che nel computer occupa una porzione di spazio e quindi, in linea di massima, si può vedere e toccare.

Il software è invece la componente astratta del computer, e comprende tutte le informazioni che il computer elabora e tutte le istruzioni con cui le elabora; l’insieme delle informazioni e delle istruzioni finalizzate a uno scopo ben preciso si chiamano programma.

I concetti base dell’informatica

Elaborare le informazioni, che è l’attività propria del computer, significa ricevere dei dati e produrre dei risultati. I dati ricevuti si chiamano input, i risultati prodotti si chiamano output.

Il programma a questo punto si può definire come una sequenza di istruzioni che trasformano l’input nell’output.

Il computer e l’essere umano

Si può paragonare il computer all’essere umano e quindi l’informatica (la scienza che studia il computer) alle scienze che studiano l’essere umano.

• L’hardware è il corrispettivo del corpo;

• il software è il corrispettivo della mente;

• l’input è il corrispettivo della percezione (i dati che riceviamo dal mondo);

• l’output è il corrispettivo dell’azione (i risultati che produciamo nel mondo).

Il computer e l’essere umano

Dunque lo studio dell’hardware (elettronica, sistemi) si può paragonare allo studio della fisica, della chimica e della biologia, che si occupano di oggetti naturali come atomi, molecole, cellule ecc..

Lo studio del software corrisponde a discipline come la grammatica e la matematica che si occupano di strutture astratte come il linguaggio, i numeri, le figure ecc..

Lo studio dell’input (periferiche di ingresso, conversione analogico/digitale) e dell’output (periferiche di uscita, conversione digitale/analogico) corrisponde invece alle aree della psicologia e delle neuroscienze che studiano gli effetti prodotti dal mondo sull’uomo (percezione) e gli effetti prodotti dall’uomo sul mondo (azione).

Il computer e l’essere umano

Il paragone fra computer e essere umano è utile per chiarire alcuni concetti, ma va trattato con l’opportuna cautela.

La differenza fondamentale è che nel computer il software è separabile dall’hardware (e riproducibile), mentre nell’essere umano – almeno allo stato attuale delle conoscenze scientifiche – la mente non è separabile dal corpo (né riproducibile).

Le origini dell’informatica

L’informatica è una scienza “giovane” perché il suo oggetto, il computer, è un’entità “giovane”: i primi calcolatori elettronici pienamente funzionanti furono costruiti negli Stati Uniti, negli anni ’40 del XX secolo.

Le origini dell’informatica

Le origini dell’informatica

I padri dell’informatica moderna sono l’inglese Alan Turing (1912-1954) che definì i principi generali del software e il modello astratto dell’hardware (macchina di Turing) e l’americano di origini ungheresi John Von Neumann (1903-1957), il cui progetto è alla base della costruzione di quello che viene considerato il primo vero computer, l’EDVAC (1944 progetto, 1949 costruzione).

Le origini dell’informatica

Benché alcuni storici dell’informatica attribuiscano la primogenitura allo Z1 costruito nel 1939 da Konrad Zuse, è l’EDVAC di Von Neumann che ha dato il via allo sviluppo dell’informatica imponendo la “architettura di Von Neumann” come riferimento imprescindibile per ogni successivo progetto di computer.

Il modello di Von Neumann

Input Output

Memoria centrale

CPU (CU + ALU)

Il modello di Von Neumann

La memoria centrale è lo spazio fisico in cui vengono immagazzinate le informazioni e le istruzioni che compongono i programmi.

La CPU (Central Processing Unit) è il “cervello” del computer ed è composta da un’Unità di Controllo (CU) che governa il funzionamento della macchina e gestisce le relazioni con memoria e CPU e da un’Unità di Calcolo (ALU) che esegue operazioni aritmetiche e logiche.

Il modello di Von Neumann

Si definiscono periferiche di comunicazione i dispositivi che permettono di svolgere le operazioni di input (tastiera, mouse) e di output (schermo, stampante). Il modem è una periferica di comunicazione che serve a comunicare con un altro computer anziché con l’utente

Si definiscono periferiche di memorizzazione (o memorie secondarie) i dispositivi (hard-disk, chiavette, CD, DVD) che permettono di sopperire alle dimensioni limitate e alla natura “volatile” della parte principale (RAM) della memoria centrale. La parte non volatile della memoria centrale si chiama ROM e serve nella fase di accensione del computer (bootstrap).

Il modello di Von Neumann

La differenza fondamentale fra il computer e i suoi antenati (primo fra tutti la calcolatrice) è che il computer è in grado di ricevere e memorizzare non soltanto semplici informazioni (numeri, testi, immagini, suoni) ma anche istruzioni (azioni da compiere sulle informazioni).

Ne consegue che il computer è una macchina programmabile, in grado di eseguire una quantità illimitata di elaborazioni diverse (anziché una quantità limitata come i tasti che corrispondono alle operazioni della calcolatrice).

Dunque nel computer le istruzioni sono una categoria speciale di informazioni.

Il modello di Von Neumann

L’utilizzatore che è in grado di introdurre nella macchina soltanto informazioni normali (affidandosi a elaborazioni predefinite) si chiama utente;

L’utilizzatore che è in grado di introdurre anche istruzioni (e quindi di dire al computer non solo che cosa fare, ma anche come farlo) si chiama programmatore.

Utente e programmatore sono due ruoli diversi è bisogna tenerne conto anche quando ad interpretarli è la stesa persona (come succederà nelle esercitazioni di laboratorio).

Lo schema di Tanenbaum

L’architettura di Von Neumann riguarda soltanto l’hardware. Per avere un modello che tenga conto anche del software, usiamo lo schema proposto dall’informatico olandese Andrew Tanenbaum.

Hardware

Linguaggio di alto livello

Assembly

Sistema operativo

Linguaggio macchina

Applicazioni

Lo schema di Tanenbaum

SISTEMA OPERATIVO - insieme di programmi che gestiscono l’hardware rendendolo agevole per gli altri programmi- nozione di file (unità di informazione per il SO)

LINGUAGGIO MACCHINA - livello software su istruzioni corrispondenti ai circuiti elettronici e sui simboli 0 e 1(ogni programma, per essere eseguito dall’hardware, deve essere tradotto in linguaggio macchina)

HARDWARE (modello di Von Neumann)- basato su circuiti elettronici e su stati elettrici alto/basso corrispondenti ai simboli 0 e 1

Lo schema di Tanenbaum

APPLICAZIONI- livello software basato su programmi eseguibili direttamente dall’utente

LINGUAGGI DI ALTO LIVELLO - livello software basato su simboli alfanumerici e su istruzioni più simili al ragionamento umano, cioè alla grammatica e alla matematica- il compilatore è il programma che traduce un programma di alto livello in linguaggio macchina

ASSEMBLY- livello software analogo al linguaggio macchina ma basato su simboli alfanumerici- l’assembler è il programma che traduce un programma assembly in linguaggio macchina

Domande possibili

• Definire l’informatica• Che cos’è una regola e in che senso l’informatica

è un sistema di regole• Definire e distinguere hardware e software• Definire e distinguere input e output • In che cosa il computer è simile all’essere umano

e in che cosa se ne distingue • Raccontare le origini storiche dell’informatica • Disegnare e descrivere il modello di Von Neumann• Spiegare la differenza fra utente e programmatore• Spiegare la differenza fra computer e calcolatrice • Spiegare la differenza fra periferiche di

comunicazione e di memorizzazione• Disegnare e descrivere il modello di Tanenbaum• Spiegare la relazione fra il modello di Von

Neumann e il modello di Tanenbaum