Informatica - Manuale di teoria ed esercizi

Ulrico Hoepli

• Publisher: Hoepli
• Year: 2018
• ISBN:
  9788820384852
• Topic: Studienhilfen
• Subtopic: Studienführer

Un volume strutturato per grandi aree tematiche e che rappresenta un efficace strumento per conoscere tutto ciò che ruota intorno alla scienza dell'informazione, dagli sviluppi dei primi calcolatori elettronici alle reti, internet e ai moderni strumenti di comunicazione. Ogni area trattata è corredata di numerosi esempi pratici. In fondo a ciascuna area è presente una batteria di esercizi, sempre completi di soluzione commentata, per un rapido apprendimento. Chiude il volume un glossario dei termini per memorizzare i principali concetti che devono far parte del bagaglio informatico di ciascuno. Il volume è adatto per chi deve affrontare: un concorso pubblico o privato; un test di ammissione all'università.

Introduzione all'informatica

Che cos'è l'informatica

La scienza dell'informazione, o informatica, è la scienza che si occupa del trattamento dell'informazione con l'ausilio di procedure automatizzabili. Il termine deriva dal francese informatique coniato da Philippe Dreifuss nel 1962, a sua volta preso dal termine tedesco Informatik introdotto per la prima volta nel 1957 da Karl Steinbuch, un ingegnere elettrotecnico e ricercatore tedesco che si occupava di comunicazioni e reti neurali artificiali.

Anche se è ormai diventato di uso comune, il termine copre un'ampia gamma di ambiti disciplinari, spesso non ben delineati, rendendolo suscettibile di varie interpretazioni. Per esempio, una prima definizione vede la scienza informatica come un insieme di varie discipline correlate al calcolo teorico e pratico: fondamenti teorici dell'informazione e del calcolo, teoria dei linguaggi, analisi e sviluppo degli algoritmi, implementazione di sistemi di calcolo, grafica computerizzata, banche dati, comunicazione di dati, intelligenza artificiale, ingegneria del software ecc.

Il National Coordination Office for Networking and Information Technology Research and Development (NITRD) definisce più in generale l'informatica come “lo studio sistematico dei sistemi di elaborazione e di calcolo automatico”. L'insieme di conoscenze che deriva da questa disciplina contiene le teorie per comprendere sistemi e metodi di calcolo, metodologia di progettazione, algoritmi e strumenti, metodi per la sperimentazione dei concetti, metodi di analisi e verifica, nonché la rappresentazione e l'implementazione di tutte queste conoscenze.

Un'altra definizione più ampia descrive l'informatica come lo studio dei computer e dei processi algoritmici, compresi i loro principi, la loro progettazione in forma hardware e software, le relative applicazioni e l'impatto che ne consegue sulla società. Non a caso nel mondo anglosassone si è usato a lungo il termine computer science, oggi sostituito dal più generale information technology (IT). L'ampiezza disciplinare di questi ambiti ha portato allo sviluppo di due grandi filoni: da una parte l'informatica teorica, che è l'area focalizzata sugli aspetti più astratti e matematici – come la teoria della computazione, la semantica della programmazione e la teoria della complessità computazionale –, dall'altra l'informatica pratica, che riguarda l'implementazione di sistemi informatici a livello hardware e software. La diffusione del calcolatore, le modificazioni metodologiche e sociali indotte dal suo uso – nell'industria, nella ricerca, nello sviluppo tecnologico e in genere in tutte le discipline scientifiche, umane ed economiche – e il continuo sviluppo delle prestazioni degli strumenti hanno allargato a molti aspetti della vita quotidiana il campo di applicazione dell'informatica, diventata nel secondo millennio un supporto cognitivo indispensabile nella maggior parte delle attività umane.

Breve storia dei calcolatori elettronici

Sebbene l'informatica sia un campo relativamente giovane che iniziò a svilupparsi seriamente solo a partire dagli anni '40 del secolo scorso, l'interesse per il calcolo e i dispositivi di calcolo risale all'antichità. L'abaco, un semplice strumento di conteggio che fece la sua comparsa in Mesopotamia e in Cina parecchi secoli fa, veniva utilizzato come ausilio per effettuare semplici operazioni matematiche e può essere considerato come la prima calcolatrice.

I primi sviluppi si ebbero agli inizi del XVII secolo. Nel 1623, Wilhelm Schickard, uno scienziato che insegnava all'università di Tubinga, progettò una prima calcolatrice meccanica che anticipò le invenzioni successive, anche se non ebbe molta fortuna perché il progetto andò perduto in un incendio. John Napier, più noto come Nepero, matematico, astronomo e fisico scozzese, celebre per l'invenzione dei logaritmi, escogitò un dispositivo di calcolo, che divenne noto come bastoncini di Nepero, costituito da una serie di asticelle che facilitavano lo svolgimento delle operazioni di moltiplicazione e divisione.

Nel 1642, il matematico e filosofo francese Blaise Pascal inventò la Pascalina, uno strumento di calcolo meccanico precursore della moderna calcolatrice, che consentiva di sommare e sottrarre numeri composti da un massimo di dodici cifre operando automaticamente i riporti. Il progetto nacque dall'esigenza di aiutare il padre nel suo lavoro di esattore delle imposte. Il dispositivo di Pascal poteva solamente sommare e sottrarre, anche se era possibile eseguire operazioni di moltiplicazione e divisione utilizzando una serie di somme o sottrazioni.

Nel 1672 Gottfried von Liebniz, matematico, filosofo e giurista tedesco, considerato il precursore del calcolo automatico, inventò una calcolatrice meccanica (Stepped Reckoner) che era in grado di eseguire tutte e quattro le operazioni aritmetiche.

All'inizio del 1800, la rivoluzione industriale dette nuovo impulso all'innovazione. Nel 1820, l'inventore e imprenditore francese Charles de Colmar ottenne un brevetto per la realizzazione e la commercializzazione del suo aritmometro, una calcolatrice meccanica sufficientemente affidabile che, nell'arco di alcuni decenni, venne prodotta in numerosi esemplari utilizzati in ambito aziendale, scientifico, militare e pubblico. Sempre in quegli anni, Charles Babbage, matematico e inventore, stanco di calcolare manualmente le tavole astronomiche, costruì un dispositivo meccanico in grado di eseguire automaticamente i calcoli e nel 1822 iniziò a lavorare su un dispositivo di calcolo chiamato macchina differenziale; durante il suo lavoro a questo progetto, concepì una macchina più sofisticata che chiamò macchina analitica, primo prototipo di un computer meccanico sviluppato per eseguire compiti generici. Anche se Babbage non costruì mai un modello funzionante di questa macchina, il suo lavoro è diventato la base su cui sono stati sviluppati molti computer moderni. Probabilmente il concetto chiave che ha distinto la macchina analitica dai suoi predecessori è stato quello di supportare l'esecuzione condizionale dei programmi: ciò consenteivaalla macchina di determinare come procedere in base a una condizione o a una situazione rilevata nel momento in cui il programma era in esecuzione.

Un contributo più teorico venne da una collaboratrice di Babbage, Augusta Ada Byron, contessa di Lovelace. A differenza di Babbage, che era interessato a costruire un dispositivo informatico, Ada Lovelace cercò di comprendere e spiegare i metodi per il calcolo. Studiò questi metodi, le loro implementazioni e le relative proprietà. Sviluppò anche un programma che avrebbe potuto calcolare i numeri di Bernoulli (che costituiscono una successione di numeri razionali che svolge un ruolo importante in vari problemi matematici e nella teoria dei numeri). Nell'analisi della macchina analitica che pubblicò, delineò i fondamenti della programmazione informatica, tra cui il loop (ciclo ricorsivo) e l'indirizzamento della memoria. Grazie a questo lavoro, molti considerano Lovelace la prima programmatrice della storia. Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti denominò nel 1980 il linguaggio informatico ADA in suo onore.

Il censimento degli Stati Uniti del 1890 segnò un'altra tappa fondamentale nella storia dell'informatica. In quell'occasione, per accelerare la raccolta dei dati, vennero impiegate per la prima volta schede perforate con un'apparecchiatura di ordinamento e classificazione inventata da un brillante ingegnere, Herman Hollerith. Grazie al ...