Abilità informatiche e telematiche L14 Mercatorum

Abilità informatiche e telematiche è l'insegnamento da 4 CFU (settore INF/01) del piano di studi L14 Scienze giuridiche di Mercatorum. Nel piano A.A. 2026/2027 è al 3° anno per tutti i profili (Statutario, Giurista d'impresa, P.A. e Sicurezza, Consulenza del lavoro, Enti locali e Scienze giuridiche per la criminologia). Il programma ufficiale in vigore, il codice 0142504INF01, è un elenco di venti lezioni sui fondamenti dell'informatica: come si è arrivati al computer, come funziona al suo interno, come rappresenta numeri, testi, immagini, suoni e video e come comunica attraverso le reti.

Esiste anche un altro codice, 0141804INF01, di un piano di studi precedente, con un elenco di lezioni diverso, in parte teorico e in parte dedicato alla suite per ufficio OpenOffice. Questa guida segue il programma da venti lezioni e dedica una sezione agli argomenti dell'altro. Il corso non richiede conoscenze preliminari: le nozioni sono spiegate dalle basi, con esempi e calcoli.

Codici e programmi

Il codice non si sceglie: lo assegna Mercatorum in base al piano di studi. Per Abilità informatiche e telematiche i programmi ufficiali sono due, entrambi da 4 CFU e dello stesso settore (INF/01):

Argomenti del programma da approfondire

Le venti lezioni del programma 0142504INF01 si possono leggere come la risposta a una domanda: come fa una macchina a elaborare informazioni? Per rispondere servono la storia (da dove viene), un modello matematico (come si calcola con 0 e 1), la macchina (architettura e memoria), il programma che la governa (il sistema operativo), il modo in cui rappresenta ogni tipo di contenuto (codifica) e infine il modo in cui i computer comunicano (reti). Qui gli argomenti sono raccolti in sei blocchi nell'ordine del programma ufficiale, con la lezione 12 anticipata; i numeri tra parentesi sono le lezioni del programma da venti.

1. Storia del calcolo automatico

Le lezioni 1 e 2 ripercorrono la storia del calcolo automatico, dalle origini all'Ottocento e poi nel Novecento. Raccontarla serve a capire perché i computer sono fatti come sono. Dall'abaco e dagli strumenti di calcolo manuale si passa alle macchine meccaniche del Seicento: Pascal costruì una macchina per eseguire addizioni e sottrazioni, e nella seconda metà del secolo Leibniz ne ideò una capace di eseguire anche moltiplicazioni e divisioni. Nell'Ottocento il telaio di Jacquard usò schede perforate per controllare il disegno del tessuto, e fu il primo esempio di una macchina guidata da un programma su un supporto; Charles Babbage progettò prima la macchina differenziale e poi la macchina analitica, concepita come macchina programmabile di uso generale ma mai completata, per la quale Ada Lovelace descrisse un algoritmo. Nel 1854 George Boole formulò l'algebra della logica che porta il suo nome, base dell'elettronica digitale, e alla fine del secolo Hollerith costruì le macchine a schede perforate usate per il censimento degli Stati Uniti del 1890.

Nel Novecento (lezione 2) Alan Turing descrisse nel 1936 la macchina astratta che porta il suo nome, modello di ogni calcolo eseguibile da un computer. Nel 1945 John von Neumann propose l'architettura a programma memorizzato, in cui dati e istruzioni stanno nella stessa memoria; il primo grande calcolatore elettronico generale, ENIAC, fu presentato nel 1946 e usava oltre diciottomila valvole. Il passaggio dalle valvole al transistor (1947), poi ai circuiti integrati (fine anni Cinquanta) e infine al microprocessore (Intel 4004, 1971) ha ridotto dimensioni e costi e ha reso possibile il personal computer. La linea del tempo qui sotto riassume le tappe.

Collegamento: ogni tappa della storia ha usato supporti fisici che possono trovarsi in due stati, come un foro nella scheda, una valvola o un transistor acceso o spento. Il blocco successivo spiega la matematica che sta dietro: l'algebra a due valori e i numeri binari.

2. Algebra del calcolatore e codifica numerica

La lezione 3, algebra del calcolatore, presenta l'algebra di Boole. Le variabili possono avere solo due valori, 0 e 1 (falso e vero), e le operazioni fondamentali sono AND (vale 1 solo se entrambi gli ingressi valgono 1), OR (vale 1 se almeno un ingresso vale 1) e NOT (inverte il valore). Ogni operazione si descrive con una tabella di verità e si realizza nei circuiti con le porte logiche; combinando porte si costruiscono circuiti che eseguono operazioni aritmetiche. Valgono leggi come quelle di De Morgan: negare un AND equivale a un OR di ingressi negati (NOT (A AND B) = (NOT A) OR (NOT B)).

La lezione 12, codifica e rappresentazione dell'informazione numerica, applica queste idee ai numeri. Il sistema binario è posizionale in base 2: ogni cifra, o bit, ha un peso che è una potenza di 2. Per esempio il numero binario 1101 vale 1×8 + 1×4 + 0×2 + 1×1 = 13. Un gruppo di 8 bit è un byte e può assumere 256 valori diversi (da 0 a 255). Il sistema esadecimale (base 16, cifre 0-9 e A-F) è una scrittura compatta del binario, perché una cifra esadecimale corrisponde esattamente a quattro bit: il byte 11111111 si scrive FF e vale 255. Per i numeri negativi si usa di norma il complemento a due: con 8 bit si rappresentano i valori da −128 a +127. I numeri reali si rappresentano in virgola mobile secondo lo standard IEEE 754: segno, esponente e mantissa (32 bit nella precisione singola, 64 nella doppia); molte frazioni decimali, come 0,1, non hanno una rappresentazione binaria esatta e la memoria ne conserva un'approssimazione.

Collegamento: sappiamo ora che l'informazione si rappresenta con bit e che i circuiti li elaborano con le porte logiche. Il blocco successivo mostra la macchina che esegue il lavoro: l'architettura dell'elaboratore.

3. Architettura dell'elaboratore e memorie

La lezione 4, architettura di un elaboratore, descrive il modello di von Neumann: una unità centrale di elaborazione (CPU), una memoria che contiene sia i dati sia i programmi, dispositivi di ingresso e uscita e collegamenti (bus) che fanno circolare i dati. La CPU esegue ripetutamente il ciclo di prelievo, decodifica ed esecuzione delle istruzioni (fetch-decode-execute): preleva dalla memoria l'istruzione indicata dal contatore di programma, ne interpreta il significato, la esegue e passa alla successiva.

La lezione 5, il microprocessore, riguarda la CPU realizzata su un solo circuito integrato. Contiene l'unità di controllo, che dirige l'esecuzione, l'unità aritmetico-logica (ALU), che esegue le operazioni, e i registri, piccole memorie interne velocissime. La velocità dipende da frequenza di clock (misurata in gigahertz), numero di core (le unità di elaborazione presenti nello stesso chip) e dalla quantità di dati elaborati per ciclo. La lezione 6, la motherboard, è la scheda madre: il circuito stampato su cui sono montati o collegati CPU, memoria, memorie di massa, schede di espansione e porte di collegamento, che comunicano attraverso un chipset e i bus. Contiene anche il firmware di avvio (BIOS o UEFI) che inizializza l'hardware all'accensione.

La lezione 7, la memoria, tratta le memorie interne. La RAM contiene i programmi e i dati in uso, è veloce ma volatile, perché perde il contenuto senza alimentazione. La ROM conserva in modo permanente i programmi di base. La memoria cache è una memoria piccolissima e rapidissima posta vicino alla CPU, che conserva le informazioni usate più di frequente. Le memorie sono organizzate in una gerarchia: più sono vicine alla CPU, più sono veloci, piccole e costose. La lezione 8, memoria secondaria, riguarda le memorie di massa, non volatili: gli hard disk, dischi magnetici rotanti con testine meccaniche; le unità a stato solido (SSD), basate su memorie flash e prive di parti in movimento, più veloci; i dischi ottici (CD, DVD, Blu-ray) e le chiavette USB.

Collegamento: un computer fatto solo di circuiti non fa nulla senza un programma che li governi e che metta d'accordo i programmi dell'utente con l'hardware. È il compito del sistema operativo.

4. Il sistema operativo

La lezione 9 definisce il sistema operativo: il programma di base che gestisce le risorse dell'hardware (processore, memoria, dispositivi) e offre servizi ai programmi applicativi e agli utenti. Senza sistema operativo ogni programma dovrebbe occuparsi da solo di dischi, tastiere e schermo. Le sue funzioni principali sono la gestione dei processi (decidere quale programma usa la CPU e per quanto tempo), la gestione della memoria (assegnare la RAM ai programmi e, con la memoria virtuale, usare parte del disco come estensione della RAM), la gestione dei file (organizzare i dati su disco in file e cartelle, il file system), la gestione dei dispositivi (tramite programmi detti driver), la sicurezza e l'interfaccia con l'utente, a riga di comando o grafica.

La lezione 10 tratta l'evoluzione dei sistemi operativi. I primi computer eseguivano un programma alla volta, caricato da un operatore (elaborazione a lotti); poi sono arrivati la multiprogrammazione e il time sharing, che dividono il tempo della CPU tra più utenti o programmi; negli anni Settanta si afferma Unix (Bell Labs, 1969), dal quale discendono molti sistemi attuali; con i personal computer si diffondono le interfacce grafiche (Macintosh 1984, Windows dal 1985); nel 1991 nasce il kernel Linux; dalla fine degli anni Duemila i sistemi per dispositivi mobili, come iOS e Android, portano il sistema operativo su smartphone e tablet.

La lezione 11 riguarda l'architettura dei sistemi operativi. Il cuore è il kernel, che gira in una modalità privilegiata e ha accesso diretto all'hardware; i programmi degli utenti girano in una modalità limitata e chiedono servizi al kernel attraverso le chiamate di sistema. Un ulteriore strato è la shell, l'interfaccia con cui l'utente comanda il sistema. L'organizzazione interna del kernel può essere monolitica (tutti i servizi in un unico blocco) o a microkernel (poche funzioni essenziali nel kernel, le altre come servizi separati).

Collegamento: il sistema operativo gestisce file di ogni tipo. Come si riescono a rappresentare con soli 0 e 1 un'immagine, un brano musicale o un video è il tema del blocco più ampio del programma.

5. Immagini, suono, testo, compressione e video

Il principio comune alla codifica dell'informazione è la digitalizzazione: una grandezza continua, come la luce di un'immagine o l'onda di un suono, viene misurata a intervalli e ogni misura viene scritta come numero binario. Si parla di campionamento (misurare a intervalli regolari) e di quantizzazione (scegliere, per ciascuna misura, il valore più vicino tra quelli rappresentabili con un certo numero di bit).

La lezione 13 riguarda le immagini. Un'immagine bitmap (o raster) è una griglia di punti, i pixel; la sua definizione dipende dalla risoluzione (pixel in larghezza per pixel in altezza) e dalla profondità di colore (bit usati per ciascun pixel). Con 1 bit si hanno due colori (bianco e nero), con 8 bit 256 livelli o colori, con 24 bit (8 per ciascuno dei canali rosso, verde e blu) circa 16,7 milioni di colori. Sugli schermi i colori si ottengono sommando luce con il modello additivo RGB; in stampa si sottraggono colori da una base bianca con il modello CMYK. Un'immagine vettoriale, invece, è descritta da forme geometriche e dalle loro proprietà: può essere ingrandita senza perdere qualità, ma non è adatta a rappresentare fotografie.

La lezione 14 riguarda la codifica del suono. Un suono è un'onda continua di pressione; per digitalizzarlo se ne misura l'ampiezza a intervalli regolari, la frequenza di campionamento. Il teorema del campionamento di Nyquist e Shannon afferma che per poter ricostruire il segnale bisogna campionare a una frequenza più che doppia della frequenza massima presente. L'orecchio umano sente fino a circa 20 kHz, e per questo il CD audio usa 44.100 campioni al secondo, con 16 bit per campione e due canali (stereo). Più bit di quantizzazione significano più livelli di ampiezza distinguibili e meno rumore di quantizzazione.

La lezione 15 riguarda la codifica di musica, voce e testi. La musica si può rappresentare come suono campionato (come nel CD) oppure come istruzioni: il formato MIDI non contiene il suono ma le note da suonare, la loro durata e lo strumento, ed è per questo molto compatto. Per la voce, nella telefonia tradizionale si campiona a 8.000 campioni al secondo. I testi si codificano associando a ogni carattere un numero: il codice ASCII usa 7 bit e rappresenta 128 caratteri (lettere inglesi, cifre, segni di punteggiatura e di controllo), versioni estese a 8 bit ne aggiungono altri, e lo standard Unicode, nella codifica UTF-8, rappresenta i caratteri di tutte le lingue con uno a quattro byte per carattere.

La lezione 16 riguarda la compressione dei dati, cioè la riduzione dello spazio occupato da un file. La compressione lossless (senza perdita) sfrutta le ridondanze: per esempio il run-length encoding sostituisce una sequenza di valori uguali con il valore e il numero di ripetizioni, e la codifica di Huffman assegna codici più brevi ai simboli più frequenti. Dal file compresso si ricostruisce esattamente l'originale (ZIP, PNG, FLAC). La compressione lossy (con perdita) scarta le informazioni meno percepibili dai sensi umani, e consente riduzioni molto maggiori: JPEG per le immagini e MP3 per l'audio sono i casi più noti.

La lezione 17 riguarda il video, una sequenza di immagini (fotogrammi o frame) mostrate a una cadenza di alcune decine al secondo (per esempio 25 fotogrammi al secondo) con un'eventuale colonna sonora. Il video non compresso occupa moltissimo spazio, e per questo si usano codec che sfruttano la ridondanza spaziale all'interno di un fotogramma e la ridondanza temporale tra fotogrammi successivi, in cui spesso cambia poco. Il calcolo qui sotto mostra quanto pesano dati non compressi: la dimensione in byte è il numero di elementi (pixel o campioni) per i bit di ciascuno, diviso per 8. I valori sono esempi.

Collegamento: file così rappresentati vengono spesso condivisi tra computer diversi. L'ultimo blocco del programma riguarda come i computer comunicano: reti e web.

6. Il web, le reti e la comunicazione

La lezione 18, il web e le reti, distingue concetti che si confondono. Una rete di computer è un insieme di dispositivi collegati per scambiarsi dati. Internet è la rete di reti che li collega in tutto il mondo secondo protocolli comuni, la famiglia TCP/IP. Il web è uno dei servizi che funzionano su Internet: pagine collegate da link, identificate da un indirizzo (URL), scritte in HTML e scambiate tra un browser (il client) e un server con il protocollo HTTP. La posta elettronica usa Internet ma non è parte del web. Per raggiungere un server si usano gli indirizzi IP, che il servizio DNS associa ai nomi di dominio; gli indirizzi IPv4 sono di 32 bit, quelli IPv6 di 128 bit.

La lezione 19 riguarda i modelli e le architetture di rete. Per ridurre la complessità la comunicazione è organizzata in livelli, ciascuno con una funzione. Il modello di riferimento ISO/OSI ha sette livelli (fisico, collegamento dati, rete, trasporto, sessione, presentazione, applicazione); quello usato in pratica su Internet, TCP/IP, ne ha quattro. Le reti si classificano in base all'estensione in LAN (locali, per esempio in un ufficio), MAN (metropolitane) e WAN (geografiche), e in base alla forma dei collegamenti, o topologia: a bus, ad anello, a stella o a maglia. L'architettura più diffusa nei servizi è quella client-server, in cui i client richiedono servizi a server dedicati; nelle reti peer-to-peer tutti i nodi possono fare entrambe le parti. I dati viaggiano in pacchetti che possono seguire percorsi diversi, secondo la commutazione di pacchetto.

La lezione 20 riguarda il segnale e il canale di comunicazione. Un segnale è una grandezza fisica che varia nel tempo per trasportare informazione (una tensione, un'onda radio, un impulso di luce); può essere analogico, se assume valori continui, o digitale, se assume un insieme finito di valori. Il canale è il mezzo che lo trasporta: cavi in rame, fibre ottiche o onde radio. Ogni canale ha una banda (l'intervallo di frequenze che trasmette) e subisce attenuazione e rumore. Il teorema di Shannon stabilisce che la capacità massima di un canale rumoroso, in bit al secondo, cresce con la banda e con il rapporto segnale-rumore: C = B · log₂(1 + S/N). Per usare un canale con più comunicazioni insieme si ricorre al multiplexing, e per adattare il segnale digitale al canale alla modulazione.

Per chi ha il codice 0141804INF01: le lezioni sulla suite OpenOffice

Il PDF del programma 0141804INF01 elenca diciannove lezioni. Le prime nove riguardano concetti già visti: l'informatica come scienza della rappresentazione e dell'informazione, la codifica dell'informazione, l'architettura dell'elaboratore, l'hardware, i dispositivi di memoria, il software, il file system, le reti e Internet (due lezioni, la seconda sul tema di Internet come rete di reti). Il file system è il modo in cui il sistema operativo organizza i dati su disco: i file sono raccolti in cartelle, che formano un albero con un percorso per ogni file; l'estensione del nome (come .docx o .pdf) indica di norma il tipo di dati.

Dalla lezione 10 il corso diventa pratico e presenta OpenOffice, una suite per ufficio libera composta da tre programmi principali. Writer è il programma di scrittura (lezioni 12-14): permette di scrivere e formattare testi, con carattere, paragrafo e allineamento, inserire immagini e impaginare documenti, come la locandina della lezione 14. Calc è il foglio di calcolo (lezioni 15-18): i dati stanno in celle individuate da colonna e riga (come B3), le formule iniziano con il segno uguale e possono usare riferimenti alle altre celle e funzioni; le esercitazioni riguardano i voti di una classe, il calcolo di costi e ricavi e la funzione SE, che sceglie un risultato in base a una condizione: =SE(B2>=18;"Promosso";"Respinto") restituisce Promosso se il valore in B2 è almeno 18. Impress (lezione 19) è il programma per le presentazioni, fatte di diapositive con testo, immagini e transizioni.

Come lo studiano

• Parti dalle basi e non saltare il blocco sulla codifica. Bit, byte, binario ed esadecimale ritornano in architettura, memoria, immagini, suono e reti: chi li ha chiari trova il resto molto più semplice.
• Esercitati nei calcoli. Conversioni tra decimale, binario ed esadecimale, dimensione di un file non compresso, capacità di una memoria: sono pochi passaggi, e svolgerli con carta e penna li fissa meglio che leggerli.
• Impara le coppie di concetti. Internet e web, RAM e ROM, memoria volatile e non volatile, bitmap e vettoriale, lossless e lossy, analogico e digitale, client e server: quasi ogni lezione ruota attorno a una distinzione.
• Collega storia e tecnica. Ricordare che cosa ha permesso ogni salto (la valvola, il transistor, il circuito integrato, il microprocessore) aiuta a ricordare anche le date e gli autori.
• Se hai il codice 0141804INF01, aggiungi la pratica. Per Writer, Calc e Impress guardare il programma non basta: aprilo e riproduci gli esempi delle lezioni, in particolare le formule e la funzione SE.
• I riassunti degli studenti sono uno schema, non un sostituto. Possono aiutare a ripassare, da affiancare al materiale del corso.

Come funziona l'esame

Quanto tempo serve

Il programma 0142504INF01 ha venti lezioni; con cinque lezioni a settimana si chiude in quattro settimane, a cui si aggiunge il tempo per i calcoli e il ripasso. Per una materia di 4 CFU, tre-quattro settimane sono una stima realistica. La parte che richiede più attenzione non è la quantità ma la precisione dei concetti: bit e byte, binario ed esadecimale, i livelli delle reti e le definizioni di codifica e compressione si ricordano meglio con esempi calcolati a mano. Chi ha il codice 0141804INF01 dovrebbe riservare tempo in più alla parte pratica sulla suite OpenOffice.

Questa materia ti prepara a…

• Lingua inglese — l'altro insegnamento da 4 CFU del piano, utile anche per leggere la terminologia informatica, in gran parte di origine inglese
• Diritto della privacy — dati personali, sistemi informativi e reti sono l'oggetto della tutela, e capirne il funzionamento aiuta a leggere le norme
• Metodologia e logica giuridica digitale — il rapporto tra diritto e strumenti digitali richiede di conoscere i fondamenti del trattamento automatico dell'informazione
• Gli strumenti informatici usati in tutte le professioni giuridiche e d'impresa: documenti, fogli di calcolo, comunicazione in rete e protezione dei dati

Domande frequenti