Elaborazione dell'Informazione

Introduzione

• Argomento: Elaborazione dell'informazione

Definizioni di base

• Informatica (Informazione automatica): Scienza che si occupa della rappresentazione e dell'elaborazione automatica dell'informazione.
• Elaboratore: Mezzo strumentale (macchina) per la rappresentazione, memorizzazione e elaborazione delle informazioni (dati).

Elaborazione dell'informazione

• Processo in cui un esecutore esegue azioni specifiche su un insieme di informazioni, seguendo una procedura definita, per risolvere un problema.

Procedura di elaborazione (algoritmo)

• Sequenza finita di azioni per risolvere un problema in tempo finito.
• Descrizione della procedura deve contenere:
  • Specifica dei dati da elaborare.
  • Insieme delle azioni da compiere.
  • Specifica dei controlli per determinare l'ordine delle azioni.

Elaborazione automatica dell'informazione

• Programma: Descrizione della procedura di elaborazione in un linguaggio formale (linguaggio di programmazione). Più vicino al linguaggio della macchina.
• Sequenza finita di istruzioni: Eseguire un programma significa eseguire le istruzioni nella sequenza specificata.
• Istruzione: Comando con sintassi e semantica non ambigua, espresso in un linguaggio di programmazione.
• Elaboratore: Macchina che esegue le azioni (istruzioni) specificate dal programma. Macchina che esegue programmi memorizzati. Un sistema di elaborazione.

Definizione di sistema

• Pluralità di elementi collegati tra loro per realizzare un compito o eseguire un'operazione assegnata.
• L'insieme delle entità esterne con cui il sistema interagisce costituisce l'ambiente del sistema stesso.

Caratteristiche di un sistema

• Funzione: Ciò che il sistema deve fare.
• Comportamento: Ciò che il sistema fa per realizzare la sua funzione.
• Struttura: L'insieme delle entità che permettono al sistema di generare il suo comportamento.
• Servizio: Il comportamento del sistema come percepito dall'utente.

Sistemi gerarchici

• Sistema basato su un modello gerarchico, composto da sottosistemi, ciascuno a sua volta costituito da altri sottosistemi fino ad elementi base (building blocks).
• Ogni sottosistema è considerato elementare in dipendenza dal livello di interesse per un'analisi specifica.

Sistema di elaborazione

• Sistema costituito da diversi sottosistemi di elaborazione interconnessi tra loro e con l'ambiente esterno tramite sottosistemi di interconnessione.
• Macchina che esegue istruzioni, interagendo con l'ambiente esterno per ricevere dati in ingresso (input) e fornire dati in uscita (output).

Macrocomponenti dell'elaboratore

• Hardware: Struttura fisica dell'elaboratore, costituita da componenti elettronici ed elettromeccanici.
• Software: Insieme di programmi che consentono all'hardware di realizzare compiti specifici. Una stessa struttura fisica (HW) può realizzare compiti diversi utilizzando diversi programmi (SW).
• Firmware: Software codificato nell'hardware.
• Software di base: Programmi di gestione del sistema (es. sistema operativo).
• Software applicativo: Insieme di programmi per svolgere compiti specifici (es. elaborazione testi, fogli elettronici, ecc.).

Astrazione in livelli di un elaboratore

• Sistema di elaborazione organizzato a livelli per permettere a progettisti e utenti di avere diverse viste dei livelli di astrazione.
• Scopo: colmare il divario tra il modo in cui l'uomo esprime una soluzione a un problema e il modo in cui la macchina la realizza.

Livelli di un sistema di elaborazione

• Livello utente: Interfaccia con l'utente.
• Software applicativo: Applicazioni (es. elaborazione testi).
• Software per gestire risorse: Gestione delle risorse hardware.
• Risorse fisiche (HW): Hardware.

Astrazione in livelli di un elaboratore

• Stratificazione di linguaggi di programmazione: da linguaggi a basso livello (assembly, machine language) a linguaggi di alto livello (visual languages, FORTRAN, C, Pascal).

Rappresentazione digitale dell'informazione

• Informazione rappresentabile a diversi livelli, uno più vicino all'interpretazione umana (rappresentazione simbolica) e uno più vicino al meccanismo dell'elaboratore (rappresentazione numerica).

Livelli di un sistema di elaborazione

• Analogico: Ragiona utilizzando grandezze che variano con continuità (analogiche). Convertitori D/A per la conversione da digitale ad analogico.
• Digitale: Elabora informazioni espresse come sequenze di 1 e 0 (bit). Convertitori A/D per la conversione da analogico a digitale.

Analogico

• Grandezza fisica rappresentata in modo analogico (es. intensità di un suono, andamento temporale) utilizzando un indicatore che mostra un andamento continuo.

Digitale

• Grandezza fisica rappresentata in modo discreto (numerico), usando una serie di cifre. Insieme di dati rappresentato tramite stringhe di cifre. Un dispositivo che funziona in base a sequenze numeriche.

Rappresentazione digitale dell'informazione

• L'informazione è un'entità astratta che deve essere rappresentata tramite grandezze fisiche concrete (compatibili con l'elaboratore).
• L'elaboratore è un sistema digitale binario che discretizza i valori di alcune grandezze fisiche in due livelli (rappresentazione binaria).

Rappresentazione binaria

• Ogni segnale elettrico rappresenta uno di due valori possibili, basati sul livello di tensione (0 o 1 volt). 0 è tensione bassa, 1 è tensione alta.
• Semplicità: rappresentazione con due soli stati (0 e 1).
• Affidabilità: Disturbi (rumore) hanno minore probabilità di alterare un valore.

Perché la rappresentazione binaria?

• Semplicità nell'implementazione dei circuiti elettronici.
• Maggiore affidabilità nella trasmissione e nell'elaborazione dell'informazione, in presenza di disturbi.

Rappresentazione binaria

• BIT: Unità fondamentale di informazione (0 o 1).
• Informazioni rappresentate tramite stringhe di BIT (rappresentazione binaria).
• Possibilità di rappresentare 2^N informazioni diverse con una stringa di N bit.
• Per rappresentare K informazioni diverse, occorrono [log₂K] bit.

Rappresentazione binaria

• Calcolo del numero di bit necessari per rappresentare K informazioni. Es. per 5 informazioni diverse, occorrono 3 bit (2³=8>5).

Potenze di 2

• Valori delle potenze di 2, per un'applicazione dei prefissi standard. (es. 2¹⁰ = 1024 = 1K).

Altre potenze (prefissi)

• Tabella con i prefissi e le corrispondenti potenze di 10 e 2.

Strutture logiche di informazione

• Organizzazione delle informazioni in strutture logiche (Half-Byte, Byte, Word) in termini di bit. half-byte (4 bit), byte (8 bit), word. (16, 32, 64 bit). lunghezza variabile a seconda dell'architettura del sistema.

Multipli delle strutture logiche

• Conversione multipli delle unità di informazione. Kilobyte (KB), Megabyte (MB), Gigabyte (GB), Terabyte (TB), Petabyte (PB) e le loro relazioni. (1 KB = circa mille byte, 1 MB = circa un milione di byte, ecc).

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