I PRIMI SISTEMI INFORMATICI

Disciplina che si occupa della progettazione, della programmazione e dell'utilizzo di computer per l'elaborazione di dati e informazioni; abbraccia campi di studio che vanno dall'intelligenza artificiale, alla robotica. L'informatica è fondata su aspetti teorici e pratici dell'ingegneria elettronica, della teoria delle informazioni e del linguaggio, della matematica e della logica.

Le origini della disciplina possono esser fatte risalire alla progettazione delle prime macchine in grado di effettuare operazioni matematiche (il calcolatore di Pascal del XVII secolo, la macchina differenziale di Babbage del XIX secolo), ma è solo a partire dal 1930 circa che si può parlare di informatica come parte a sé stante del sapere scientifico. Le macchine utilizzate nella seconda metà degli anni Quaranta erano molto ingombranti (occupavano intere stanze) e utilizzavano migliaia di valvole.

Fu però solo con l'introduzione dei transistor, nella seconda metà degli anni Cinquanta, che i computer divennero sistemi abbastanza affidabili da entrare nel mercato. Si trattava comunque di macchine costose che solo agenzie governative, grossi centri di ricerca e università potevano permettersi.

Un ulteriore passo in avanti si ebbe nella seconda metà degli anni Sessanta, quando vennero introdotti i circuiti integrati. Questi permisero consistenti vantaggi in termini di prezzo, di prestazioni, di dimensioni e di manutenzione. La comparsa di computer più potenti fornì un notevole impulso all'informatica in quanto, allargandosi l'utenza e l'utilizzo, si presentavano via via nuovi problemi che richiedevano ricerche preliminari.

Con l'introduzione dei microprocessori (da 8, 16 e 32 bit), a partire dalla seconda metà degli anni Settanta i computer divennero accessibili alla grande utenza. Microprocessori via via più potenti) furono un'ulteriore spinta all'espansione del mercato. Come per l'introduzione dei circuiti integrati, i progettisti di sistemi informatici dovettero fornire nuove soluzioni alle esigenze di un mercato che richiedeva computer sia più potenti sia di più semplice utilizzo. Nei laboratori di Palo Alto della Xerox si cominciarono a studiare interfacce utente maggiormente intuitive; nacque la metafora della finestra (utilizzata poi nei sistemi come Lisa e Macintosh Apple, Microsoft Windows, OSF-Motif, X-Window), sistemi di puntamento innovativi (mouse, touch screen e penne ottiche).

Gli sviluppi dell'informatica degli anni Novanta sono principalmente dovuti al progressivo affermarsi della rete mondiale Internet e alla richiesta di sempre maggiori servizi attraverso essa: si diffusero così linguaggi pensati espressamente per la rete,  e vari programmi per la navigazione (Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer). La sempre maggiore potenza di calcolo ha infine permesso di gestire attraverso il computer, oltre al testo e alle immagini, anche suoni e immagini in movimento; è possibile gestire contemporaneamente, in unico documento, diverse forme di comunicazione in quella che viene definita multimedialità. L'informatica è oggi una tecnologia matura, sia in termini di hardware sia di software, e nei paesi maggiormente industrializzati rappresenta ormai un'infrastruttura fondamentale per lo sviluppo culturale ed economico.

Storia

La prima macchina per addizioni, lontano precursore del computer digitale, fu inventata nel 1642 dal filosofo e scienziato francese Blaise Pascal. Era costituita da una serie di ruote a dieci denti, ciascuno associato a una cifra compresa tra 0 e 9. Le ruote erano collegate in modo che i numeri potessero essere sommati facendo avanzare le ruote del giusto numero di denti. Intorno al 1670, il filosofo e matematico tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz perfezionò la macchina di Pascal, realizzandone una capace di eseguire anche le moltiplicazioni.

Anche l'inventore francese Joseph-Marie Jacquard contribuì inconsapevolmente alla nascita dell'elaboratore: progettando un telaio automatico usò sottili tavolette di legno perforate per controllare la tessitura di motivi complicati. Negli anni Ottanta dell'Ottocento, l'ingegnere statunitense Herman Hollerith sviluppò l'idea di elaborare dati usando schede perforate simili alle tavolette di Jacquard. Con un sistema che faceva passare schede perforate sopra opportuni contatti elettrici, egli riuscì a compilare elaborazioni statistiche per il censimento degli Stati Uniti del 1890.

L'hardware

In informatica il termine hardware indica le componenti elettroniche e meccaniche di un elaboratore. In un computer digitale si possono distinguere cinque categorie di elementi hardware: 1) una unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit); 2) i dispositivi di ingresso; 3) i dispositivi di memoria; 4) i dispositivi di uscita e 5) una rete di comunicazione, detta bus, che collega tutti gli elementi del sistema e permette al computer di comunicare con l'esterno.

Unità centrale (CPU)

In generale una CPU (o un microprocessore) è composta da quattro sezioni: 1) un'unità aritmetico/logica (ALU, Arithmetic/Logic Unit); 2) alcuni registri; 3) una sezione di controllo; 4) un bus interno. L'ALU, sede delle capacità di calcolo, svolge operazioni aritmetiche e logiche. I registri sono spazi di memoria temporanei che conservano i dati e gli indirizzi delle istruzioni, i risultati delle operazioni e le locazioni in cui queste informazioni vanno archiviate. La sezione di controllo svolge tre funzioni principali: temporizza e regola le operazioni dell'intero sistema; per mezzo di un decodificatore di istruzioni legge le relative combinazioni in un apposito registro, le riconosce e produce le azioni necessarie per la loro esecuzione; infine, mediante l'unità di interrupt (interruzione) stabilisce l'ordine in cui i diversi dispositivi del sistema possono utilizzare le risorse della CPU e regola gli intervalli di tempo di lavoro che la CPU stessa deve destinare a ciascuna operazione. L'ultimo elemento strutturale di una CPU o di un microprocessore è il bus interno, una rete di linee di comunicazione che collegano le diverse parti del processore tra loro e ai terminali esterni.

Dispositivi di ingresso

 I dispositivi di ingresso permettono all'utente di inviare alla CPU dati, comandi e programmi. Il più comune dispositivo d'ingresso è la tastiera, simile a quella di una macchina da scrivere, che trasforma ciascun carattere battuto in una combinazione di bit leggibile dal computer. Altri sono la penna ottica, usata in combinazione con la tavoletta grafica; il joystick e il mouse, che controllano il movimento di un cursore sullo schermo; lo scanner ottico, che 'legge' pagine stampate traducendone le immagini e i caratteri in sequenze di bit elaborabili o memorizzabili da un computer; infine, i riconoscitori vocali, che traducono le parole pronunciate dall'utente in segnali digitali. Anche i dispositivi di memoria possono essere usati per trasferire dati verso l'unità di elaborazione.

Dispositivi di memoria

I sistemi di calcolo possono immagazzinare dati in due tipi di memoria: la memoria di lavoro (interna) e la memoria di massa (esterna). Le memorie di lavoro contengono dati temporanei e sono costituite da RAM (Random Access Memory, memoria ad accesso casuale) integrate, montate direttamente sulla scheda principale del computer oppure su schede aggiuntive (espansioni), inserite nella principale mediante appositi connettori. Una RAM integrata contiene oltre un milione di circuiti elementari a transistor, il cui stato (binario) può essere imposto mediante comandi elettrici. In assenza di comandi, le RAM statiche mantengono i propri dati inalterati finché l'integrato viene alimentato (cioè finché riceve energia elettrica da un generatore); nelle RAM dinamiche, invece, i dati devono essere periodicamente letti e riscritti per non essere persi (questa operazione, detta 'rinfresco', deve essere eseguita a intervalli che non superino i due millisecondi).

Le memorie ROM (Read-Only Memory, memoria di sola lettura) contengono circuiti elementari il cui stato, fissato in fase di costruzione, non può essere variato mediante comandi esterni. Su queste memorie, non cancellabili, sono raccolti comandi, dati e programmi necessari al corretto funzionamento del computer. Le RAM, dunque, possono essere scritte ripetutamente, ma si cancellano quando il computer viene spento; il contenuto delle ROM invece può essere soltanto letto, ma è permanente. Entrambe le memorie sono collegate alla CPU.

Le memorie di massa non risiedono sulla scheda principale del computer. Le più diffuse immagazzinano i dati in forma di alterazioni dello stato magnetico di un supporto sensibile, come il nastro di un registratore o, più comunemente, un disco rivestito da un sottile strato di materiale magnetico, come il floppy disk o l'hard disk. Nella maggior parte dei grandi sistemi di calcolo vengono impiegate unità di memoria con banchi di nastri magnetici. I floppy disk possono contenere dalle centinaia di migliaia a oltre un milione di byte. Gli hard disk (dischi rigidi o dischi fissi), capaci di contenere da parecchi milioni a oltre un miliardo di byte, non possono essere estratti dal loro alloggiamento nel circuito che li pilota e che contiene i dispositivi di lettura e scrittura. I CD-ROM, che impiegano tecnologie ottiche simili a quelle dei compact disc (CD) per riproduzioni audio, permettono di raggiungere capacità di memoria di diversi miliardi di byte.

Il software

Software è un termine molto ampio che indica l'insieme dei programmi e dei linguaggi di programmazione che permettono l'utilizzo dell'hardware di un computer. Il software di base rappresenta lo 'strato' di programmi, tra cui il sistema operativo, più prossimo all'hardware. Il software applicativo è composto invece dai programmi e dai linguaggi utilizzati per funzioni specifiche di alto livello, come la gestione di testi, l'archiviazione di dati o la navigazione in Internet.

I programmi

Un programma è una sequenza di istruzioni che indica all'hardware di un calcolatore le operazioni da eseguire per l'elaborazione dei dati. I programmi possono essere vincolati alla struttura del calcolatore, come nel caso dei computer specializzati per un'unica funzione, detti 'dedicati' (ad esempio, quelli presenti nelle calcolatrici tascabili, negli orologi da polso o nelle automobili) o possono esserne indipendenti. Un computer per applicazioni generali contiene sì alcuni programmi o istruzioni non modificabili, rispettivamente nelle ROM e nel processore, ma dipende da programmi esterni per lo svolgimento delle funzioni applicative, quali ad esempio l'elaborazione di testi o la realizzazione di immagini grafiche. Una volta programmato, un computer può compiere tutte e sole le funzioni che il software di cui dispone gli permette.

Linguaggio macchina

Il linguaggio, o codice macchina, è costituito da combinazioni di stati binari direttamente comprensibili al computer. Un programmatore di linguaggio macchina deve inserire ogni dato o comando in forma binaria; ad esempio, una semplice operazione come 'confronta il contenuto di un registro con il dato presente in una certa locazione di memoria' può richiedere la scrittura di una sequenza del tipo: 11001010 00010111 11110101 00101011. La programmazione in linguaggio macchina, oggi non più necessaria, permetterebbe di ottimizzare i programmi per svolgere compiti ben precisi, ma richiede talmente tanto tempo che viene generalmente sostituita con altri tipi di programmazione.

HTML o Hypertext Markup Language

In informatica, formato per documenti ipertestuali utilizzato nella rete World Wide Web e basato sullo standard SGML (Standard Generalized Markup Language). I documenti in formato HTML sono composti da testo, al cui interno sono inserite delle etichette ('tags') che permettono di gestire il formato, l'inserimento di file non testuali (ad esempio suoni e video) e i collegamenti ad altri documenti ('links'). I programmi utilizzati per visualizzare documenti di questo tipo (Web browser) interpretano le istruzioni e forniscono la versione ipertestuale della pagina.