Informatica di base
Lezione 2 - Come “ragiona” il computer
Come ragiona il computer
Un luogo comune molto diffuso è che computer sia sinonimo di intelligenza. In realtà il computer non è in grado di ragionare ma esegue le istruzioni definite dal programmatore per mezzo di algoritmi e linguaggi di programmazione. Ma allora per quale ragione gli uomini utilizzano i computer?
I due principali motivi sono che gli elaboratori sono velocissimi, i computer moderni riescono ad eseguire più di un miliardo di operazioni in un secondo, e riescono ad immagazzinare grandi quantità di dati, che siano testo o immagini, musica o video, ecc.
Ma come riesce a fare tutto questo? In realtà il cervello umano è velocissimo e riesce a immagazzinare innumerevoli ricordi ma noi non siamo in grado di gestirli a causa dei nostri processi cognitivi. Per semplificare il discorso possiamo dire che mentre il computer parla una lingua elementare e memorizza i dati in maniera schematica, noi esseri umani parliamo lingue complesse e ambigue che provocano di conseguenza una grande perdita di tempo e di risorse.
Il linguaggio usato dai computer è il codice binario, ovvero un sistema di numerazione come lo è quello decimale o quello esadecimale (l'orologio) che usiamo tutti i giorni.
In realtà il codice binario è il più semplice sistema di numerazione pensato dall'uomo, infatti è composto da due soli simboli, ma mal si addice alle strutture mentali a cui siamo abituati. Al contrario, è perfetto per i meccanismi di funzionamento dei computer che rappresentano i due simboli mediante la presenza o l'assenza di un fenomeno fisico (luce, elettricità, campo magnetico, ecc). Guarda caso, il sistema binario è lo stesso sistema di trasmissione che si riscontra tra i neuroni del cervello.
Il codice binario
Per capire come funziona il codice binario proviamo a confrontarlo con quello decimale e con quello esadecimale che usiamo più frequentemente.
Avendo 10 simboli, il codice decimale viene definito a potenza 10. Ciò significa che ogni cifra può esprimere al massimo dieci valori e, partendo da “0”, con una cifra riusciamo a contare fino a “9”; se vogliamo continuare a contare dobbiamo ricorrere alla seconda cifra per ricominciare una nuova decina. Abbiamo imparato a scuola che la prima cifra rappresenta l'unità, la seconda le decine, la terza le centinaia e così via, quindi il numero 111 rappresenta 102+101+100 = 100+10+1 ovvero centouno.
Nell'orologio le cifre sono addirittura 60 (da qui esadecimale). Ciò significa che possiamo esprimere 60 valori: contando da “0” possiamo misurare fino a 59 secondi e poi diremo 1 minuto. In pratica il secondo è l'unità e il minuto è la seconda cifra, quindi 111 secondi sono 1 minuto e 51 secondi.
La codifica binaria viene definita a potenza 2 e segue regole molto simili alla codifica decimale. La differenza essenziale è che la nostra conta con una cifra si ferma già a 1 e quindi per contare fino a due dobbiamo ricorrere da subito alla seconda cifra: “10” rappresenta il numero due. In questo caso non si da un nome alle cifre ma si indica semplicemente l'ordine. Con questa numerazione contare fino 111 equivale a 22+21+20 = 4+2+1 ovvero contare fino a sette.
Unità di Informazione e codifiche binarie
Il grande vantaggio dato dal codice binario è che bastano solamente la presenza o l'assenza di una determinata grandezza fisica per esprimere un'informazione. Come esempio basta pensare alla spia di accensione di un qualsiasi elettrodomestico: luce accesa (1) l'elettrodomestico è acceso, luce spenta (0) l'elettrodomestico è spento. Questo esempio evidenzia come una singola cifra del codice binario riesce ad esprimere un'informazione certa mentre lo stesso non vale per gli altri sistemi di numerazione. Da questa caratteristica nasce l'unità di informazione dell'informatica: il BIT. Bit è infatti la restrizione di BInary digiT (appunto cifra binaria in inglese).
Tuttavia anche nei computer è necessario esprimere informazioni che hanno più di due stati e per questo si è pensato di creare opportune codifiche raggruppando i bit in “parole” definite Byte.
Inizialmente il Byte è stato definito come un gruppo di bit di grandezza variabile (2, 4, 8, 16… bit) a seconda dell'architettura della macchina utilizzata. Successivamente si decise per convenzione che un Byte dovesse essere una sequenza di 8 bit. Questa soluzione è risultata infatti la più adatta perché con 8 bit il singolo byte può esprimere 28 = 256 valori differenti è quindi abbiamo una struttura di informazione capace di codificare molte informazioni.
Ma quali codifiche possiamo realizzare con i byte:
- in un file di puro testo ogni singolo carattere (lettera maiuscola, lettera minuscola, cifra, punteggiatura, spazio, ecc.) viene rappresentato con un byte, in accordo con una tabella convenzionale detta ASCII (American Standard Code for Information Interchange);
- con un singolo byte è possibile esprimere tutte le tonalità di grigio per passare da bianco a nero e con altri 3 byte possiamo realizzare la codifica RGB esprimendo tutte le tonalità di Rosso (Red), verde (Green) e Blu di ogni colore.
Per le sue caratteristiche il Byte viene utilizzato come unità di misura della quantità di dati, tuttavia a causa dell'aumento delle performance dei computer si deve ricorrere ai multipli del byte per esprimere le quantità di dati:
- 1KB (chilo byte) equivale a 1024byte (210 byte);
- 1MB (mega byte) equivale a 1024KB, ovvero 210 KB e quindi 220 byte;
- 1GB (giga byte) equivale a 1024MB, ovvero 230 byte;
- 1TB (tera byte) equivale a 1024GB, ovvero 240 byte.
Tuttavia, entrando in un negozio è facile trovare valori diversi. Infatti i multipli chilo, mega, ecc. .. sono in realtà multipli decimali adattati per comodità di calcolo alla codifica binaria. I produttori di dispositivi informatici e i commercianti sfruttano questo arrotondamento a loro favore e quindi una penDrive di 4GB con molta probabilità non conterrà 4096 Byte ma poco meno di 4000 byte.
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