Fondamenti Di Informatica I - DISI, University Of Trento

m1Fondamenti di Informatica IMonica BianchiniDipartimento di Ingegneria dell’InformazioneENIAC (1946 ca.)E-mail: monica@dii.unisi.itFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-081

Diapositiva 1m1monica; 22/01/2006

SommarioIntroduzioneil calcolo automatico dalla preistoria ai giorninostriL’algebra di Booleda Analisi Matematica della Logica (1847) alprogetto degli elaboratori digitaliSistemi di numerazioneda additivo a posizionale, da decimale a binario,a esadecimale: l’alfabeto dell’elaboratoreUNIVAC (1951)La rappresentazione dei dati el’aritmetica degli elaboratoridai bit ai numeri, ai testi, alle immagini, allamusica, ai video in digitaleFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-082

IntroduzioneFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-083

Cenni storici 1Anche se la presenza “invasiva” dell’informatica nella vita ditutti i giorni è un fenomeno relativamente recente, nonrecente è la necessità di avere a disposizione strumenti emetodi per contare rapidamente, elaborare dati, “calcolare”Le prime testimonianze di strumenti per contare risalgono a30.000 anni faI primi esempi di algoritmi procedure di calcolo “automatico” sono stati ritrovati in Mesopotamia su tavolette babilonesirisalenti al 1800 1600 a.C.Il sogno di costruire macchine capaci di effettuare calcoliautomatici affonda le radici nel pensiero filosofico del ‘600:Pascal e Leibniz non solo affrontarono il problema, già studiatoda Cartesio, di automatizzare il ragionamento logico matematico, ma si cimentarono nella realizzazione di semplicimacchine per calcolare (capaci di effettuare somme esottrazioni)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-084

Cenni storici 2La macchina alle differenze,differenze concepita da Babbage nel 1833,rappresenta il primo esempio di macchina programmabile diutilità generaleLa prima programmatrice nella storia dell’informatica è AdaAugusta Byron, contessa di LovelaceIn seguito, lo stesso Babbage progetta la macchina analitica(mai realizzata, troppo complessa e critica la sua costruzioneper le tecnologie meccaniche dell’epoca)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-085

Cenni storici 3Fu Herman Hollerith, nel 1890, a sviluppare la macchina aschede perforate,perforate per compiere le statistiche del censimentodecennale degli Stati UnitiI dati venivano immessi su schede di cartone opportunamenteperforate, le stesse schede che sono state usate fino a duedecenni or sonoLe schede venivano successivamente “contate” da una sorta dipantografo che permetteva diversi tipi di elaborazioni (totali,medie, statistiche, etc.)Si impiegarono due anni e mezzo ad analizzare i dati (contro isette anni del censimento del 1880), nonostante l’incremento dipopolazione da 50 a 63 milioniFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-086

Cenni storici 4Successivamente la macchina a schede perforate venneutilizzata con successo per i censimenti in Austria, Norvegiae Russia, tanto che Hollerith decise di fondare una società:la Computing Tabulating Recording Company che, nel 1923,divenne l’International Business Machine, o IBMNel 1932, il tedesco Konrad Zuse realizza una macchinaelettromeccanica in grado di eseguire calcoli con controlloprogrammato, ed introduce il sistema di numerazione binario(la cui algebra era stata definita da Leibniz e da Boole)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-087

Cenni storici 5Durante la seconda guerra mondiale, fioriscono i progetti dielaboratori da utilizzarsi per scopi belliciEnigma,Enigma realizzata dai tedeschi percodificare le comunicazioni militariRed Purple,Purple di costruzione giapponeseComputer Colossus,Colossus costruito dagli inglesiper la decifrazione dei messaggi tedeschi,alla cui progettazione e realizzazionecollaborò Alan Turing,Turing permise la vittoriaanglo americana sull’AtlanticoFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-08La macchina Enigma8

Cenni storici 6Con l’invenzione del tubo a vuoto (1904), del transistor(1947) e, infine, dei circuiti integrati (1969), l’evoluzione deicomputer divenne inarrestabileAttualmente la potenza di calcolo degli elaboratori decuplicaogni 5 6 anni ( ma non può durare, almeno con letecnologie in uso)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-089

Cenni storici 7La costruzione dei primi calcolatori risale all’inizio degli anni‘40, grazie alla tecnologia elettronica; i primi esemplarivenivano programmati mediante connessioni elettriche ecommutatori (ENIAC,ENIAC Mark I)IIl nome di Von Neumann è legato invece ai primi calcolatori aprogramma memorizzato realizzati alla fine degli anni ‘40(EDSAC,EDSAC Whirlwind,Whirlwind IAS,IAS UNIVAC)UNIVACPer la prima volta, vige il principio di unitarietà dirappresentazione di dati e istruzioni, che vengono codificati,all’interno dell’elaboratore, in maniera indistinguibileLa diffusione dei calcolatori a livello mondiale è avvenuta neidecenni ‘60 e ‘70Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0810

Cenni storici 8ENIAC (1946)Whirlwind (1949)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-08Mark I (1948)IAS (1952)EDSAC (1949)UNIVAC (1952)11

Cenni storici 9Tuttavia, l’esplosione dell’informatica come fenomeno dimassa è datata 1981, anno in cui l’IBM introdusse un tipoparticolare di elaboratore: il Personal Computer (PC)La particolarità dei PC consisteva nell’essere “assemblati” concomponenti facilmente reperibili sul mercato (e quindi abasso costo)Possibilità per qualsiasi casa produttrice di costruire “cloni”Attualmente i PC, o meglio il loro componente fondamentale il microprocessore è utilizzato in tutti i settoriapplicativi (non solo per elaborare dati):Telefoni cellulariRicevitori satellitari digitaliBancomat e carte di creditoLavatrici e forni a microonde.Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0812

Cenni storici 10L’esigenza di realizzare sistemi di elaborazione dotati di piùprocessori operanti in parallelo è stata sentita fin dalla preistoriadell’informaticaIn una relazione dello scienziato, generale e uomo politico italianoMenabrea, datata 1842, sulla macchina analitica di Babbage, si fariferimento alla possibilità di usare più macchine dello stesso tipo inparallelo, per accelerare calcoli lunghi e ripetitiviSolo la riduzione dei costi dell’hardware ha consentito, verso la finedegli anni ‘60, l’effettiva costruzione dei primi supercalcolatori,come le macchine CDC6600 e Illiac e, successivamente, il Cray e lemacchine vettorialiA partire dagli anni ‘90, gli ulteriori sviluppi della microelettronicahanno permesso la realizzazione di calcolatori a parallelismomassiccio e a “grana fine”, caratterizzati dall’interconnessione didecine di migliaia di unità di elaborazione estremamenteelementari: le reti neurali,neurali capaci di “simulare” il comportamentodel cervello umano, sulla base degli studi di McCulloch e Pitts(1943)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0813

Cenni storici 11Cray 1 (1976)Illiac (1955)Cray X1 (2002)CDC 6600 (1963)PC IBM (1981)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-08Portatile e Palmare (oggi)14

Frasi celebri ed altro “Penso che ci sia mercato nel mondo per non più di cinquecomputer.” (Thomas Watson, Presidente di IBM, 1943)“Ho girato avanti e indietro questa nazione (USA) e ho parlatocon la gente. Vi assicuro che questa moda dell’elaborazioneautomatica non vedrà l’anno prossimo.” (Editor di libriscientifici di Prentice Hall, 1947)“Nel futuro i computer verranno a pesare non più di unatonnellata e mezzo.” (Popular Mechanichs, 1949)Nel 1976, il New York Times pubblicò un libro dal titolo Lascienza nel ventesimo secolo,secolo nel quale il calcolatore venivamenzionato una sola volta e indirettamente, in relazione alcalcolo delle orbite dei pianeti“Non c’è ragione perché qualcuno possa volere un computer acasa sua.” (Ken Olson, fondatore di Digital, 1977)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0815

Che cos’è l’informatica 1Informatica fusione delle parole informazione eautomatica l’insieme delle discipline che studiano glistrumenti per l’elaborazione automatica dell’informazione e imetodi per un loro uso corretto ed efficaceL’informatica è la scienza delladell’elaborazione dell’informazionerappresentazioneeL’accento sull’ “informazione” fornisce una spiegazione delperché l’informatica sia ormai parte integrante di molte attivitàumane: laddove deve essere gestita dell’informazione,l’informatica è un valido strumento di supportoIl termine “scienza” sottolinea il fatto che, nell’informatica,l’elaborazione dell’informazione avviene in maniera sistematicae rigorosa, e pertanto può essere automatizzataFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0816

Che cos’è l’informatica 2L’informatica non è, quindi, la scienza e la tecnologia deicalcolatori elettronici: il calcolatore è lo strumento che larende “operativa”L’elaboratore (computer, calcolatore) è un’apparecchiaturadigitale,digitale elettronica ed automatica capace di effettuaretrasformazioni sui dati:Digitale:Digitale i dati sono rappresentati mediante un alfabeto finito,costituito da cifre (digit),digit che ne permette il trattamentomediante regole matematicheElettronica:Elettronica realizzazione tramite tecnologie di tipo elettronicoAutomatica:Automatica capacità di eseguire una successione di operazionisenza interventi esterni“La disumanità del computer sta nel fatto che, una voltaprogrammato e messo in funzione, si comporta in manieraperfettamente onesta.” (Isaac Asimov)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0817

L’architettura di Von NeumannLa capacità dell’elaboratore di eseguire successioni dioperazioni in modo automatico è determinata dalla presenzadi un dispositivo di memoriaNella memoria sono registrati i dati e.la descrizione delle operazioni da eseguire su di essi(nell’ordine secondo cui devono essere eseguite): ilprogramma,programma la “ricetta” usata dall’elaboratore per svolgere ilsuo compitoIl programma viene interpretato dall’unità di controllo Modello di Von NeumannFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0818

La macchina universaleProgramma:Programma sequenza di operazioni atte a predisporrel’elaboratore alla soluzione di una determinata classe diproblemiIl programma è la descrizione di un algoritmo in una formacomprensibile all’elaboratoreAlgoritmo:Algoritmo sequenza finita di istruzioni attraverso le quali unoperatore umano è capace di risolvere ogni problema di unadata classe; non è direttamente eseguibile dall’elaboratoreL’elaboratore è una macchina universale:universale cambiando ilprogramma residente in memoria, è in grado di risolvereproblemi di natura diversa (una classe di problemi per ogniprogramma)Fondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0819

Ancora sull’informatica.L’informatica è lo studio sistematico degli algoritmi chedescrivono e trasformano l’informazione: la loro teoria,analisi, progetto, efficienza, realizzazione (ACM Association for Computing Machinery)Nota:Nota È possibile svolgere un’attività concettualmente di tipoinformatico senza l’ausilio del calcolatore, per esempio nelprogettare ed applicare regole precise per svolgereoperazioni aritmetiche con carta e penna; l’elaboratore,tuttavia, è uno strumento di calcolo potente, che permette lagestione di quantità di informazioni altrimenti intrattabiliFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0820

L’algebra di BooleFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0821

ati;leparentesiesiste una relazione di precedenza fra gli operatori NOT, AND e OR, nell’ordine in cui sono stati elencati; le odomodoconsueto.consueto.Algebra BooleanaContempla due costanti 0 e 1 (falso e vero)veroCorrispondono a due stati che si escludono a vicendaPossono descrivere lo stato di apertura o chiusura di ungenerico contatto o di un circuito a più contatti01Si definiscono delle operazioni fra i valori booleani:AND,AND OR,OR NOT sono gli operatori fondamentaliFondamenti di Informatica I a.a. 20072007-0822