Informatica in un click

Titolo originale: Geek et savants © 2019 Éditions Nathan, Sejer – Paris – France Testi: Mathieu Hirtzig et David Wilgenbus Illustrazioni: Vincent Bergier Per l’edizione italiana: Traduzione: Erica Mazzero www.editorialescienza.it www.giunti.it © 2021 Editoriale Scienza srl via Bolognese, 165 – 50139 Firenze – Italia via C. Beccaria, 6 – 34133 Trieste – Italia Prima edizione: febbraio 2021

Stampato presso Lito Terrazzi srl Stabilimento di Iolo

Mathieu Hirtzig • David Wilgenbus

INFORMATICA IN UN CLICK Illustrazioni di VINCENT BERGIER

Viviamo già nel futuro?

Le generazioni passate immaginavano un futuro popolato da robot e automobili volanti, ma nostre automobili ancora non volano e gli androidi non fanno jogging per le strade. Eppure, il futuro è più vicino di quanto pensiamo. Gli smartphone che abbiamo in tasca sono potentissimi computer in miniatura, e i robot si rendono utili nelle fabbriche, sui fondali degli oceani e persino per esplorare altri pianeti. Gli storici chiamano quella in corso “terza rivoluzione industriale”, dopo la prima rivoluzione consentita dal carbone e la seconda dovuta all’elettricità. E senza dubbio l’informatica sta cambiando le vite delle persone e portando profondi cambiamenti nel modo di vivere. In queste pagine scoprirete le vicende degli uomini e delle donne che ne hanno fatto la storia, da Giulio Cesare a Alan Turing, capirete come funzionano gli oggetti della tecnologia, dai primi computer agli smartphone, e potrete mettervi alla prova con le sfide del futuro.

Indice UN PO’ DI STORIA La stampa di Gutenberg................................ 6 Il telaio Jacquard............................................ 7 I primi calcolatori............................................ 8 I primi computer............................................ 10 Sempre più piccoli......................................... 12 Sempre più potenti........................................ 14 L’intelligenza artificiale (IA)......................... 16 Dalla fantasia alla scienza........................... 18 I GRANDI NOMI Giulio Cesare................................................. 20 Al-Kindi........................................................... 21 Muhammad al-Khwarizmi........................... 22 Ada Lovelace................................................. 24 Samuel Morse................................................ 25 Alan Turing.................................................... 26 Grace Hopper................................................ 28 Nolan Bushnell.............................................. 29 Steve Wozniak e Steve Jobs........................ 30 Bill Gates........................................................ 32 Linus Torvalds............................................... 33 Mark Zuckerberg........................................... 34 Edward Snowden.......................................... 35 GLI OGGETTI DIGITALI Il computer..................................................... 36 L’interfaccia grafica...................................... 38 Le periferiche................................................. 39 La memoria.................................................... 40 Il software...................................................... 41

La smart card................................................ 42 La macchina fotografica digitale................ 43 Il telefono cellulare....................................... 44 I robot............................................................. 46 L’automobile a guida autonoma................. 48 Il supercomputer........................................... 50 Arduino, un microcontrollore...................... 51 I videogiochi.................................................. 52 OVUNQUE ATTORNO A NOI Il garage......................................................... 53 La casa........................................................... 54 La scuola e l’ufficio....................................... 56 L’informatica in tasca................................... 58 Nello spazio................................................... 59 Tra le nuvole: Internet.................................. 60 LE SFIDE Imparare l’informatica................................. 62 Informatica e sviluppo sostenibile.............. 64 Vita pubblica e vita privata......................... 66 Informatica e informazione......................... 67 Informatica e diritto..................................... 68 Informatica e scienza.................................... 70 Informatica e medicina................................ 72 Informatica e arte......................................... 74 Informatica e lavoro..................................... 76 Quiz................................................................ 78

STORIA

L’ORIGINE I caratteri mobili di metallo sono stati inventati in Corea: erano di bronzo e riservati alle élite.

PER TU TTI Si tratta del primo passo verso la democratizzazione del sapere: ormai poco costosi, i libri sono distribuiti a centinaia, anche se una larga parte del popolo è ancora analfabeta.

La Bibbia di Gutenberg è forse l’opera più bella mai realizzata con la celebre pressa.

1455

La stampa di •P rima macchina riconfigurabile

Gutenberg

• Copiatura di un libro 200 volte più veloce

Nell’antico Egitto, per diffondere le conoscenze, gli scribi copiano a mano i contenuti dei papiri.

In Estremo Oriente, a partire dal VII secolo, si utilizza l’incisione su legno (xilografia) per realizzare una matrice che, spennellata di inchiostro, riproduce all’infinito la stessa immagine, come un timbro. Se si vuole cambiare immagine, bisogna incidere un’altra matrice. Per i testi, tuttavia, si tratta di un procedimento più complicato e molto più lungo: non ci si può permettere di sbagliare.

Verso il 1040 Bi Sheng inventa i caratteri mobili: a ogni lettera corrisponde un timbro di terracotta. Finalmente si hanno a

ZOOM

6

• I nizio della democratizzazione del sapere

disposizione caratteri riutilizzabili da una pagina all’altra.

Nel frattempo, nell’Europa medievale, i monaci copisti riproducono ancora a mano i testi e le illustrazioni dei libri. Gutenberg combinerà diverse invenzioni già esistenti per rivoluzionare il loro mestiere: sostituisce la ceramica con il piombo, più malleabile e resistente, e rende più denso l’inchiostro di stampa per evitare sbavature. Egli, inoltre, inventa una pressa, simile al torchio dei vignaioli, per schiacciare con un solo passaggio la matrice dell’intera pagina sulla carta.

Il torchio di Gutenberg è la prima tappa verso l’automatizzazione della stampa.

Tecniche di riprodu zione

650

1234

1455

1702

1958

Cina: incisione

Corea: invenzione

Germania: primo

Francia: prima

Francia: prima

su legno (xilografia)

del carattere mobile da parte di Choe Ynu-ui

libro stampato, la Bibbia di Gutenberg

stampa a colori a opera di Jacques Christophe le Blond

stampante digitale

GR AN RISPE TTO! Jacquard voleva limitare il lavoro dei odo bambini, le cui manine facevano com nei setifici. Purtroppo quegli stessi ve, bambini sono stati poi sfruttati altro ad esempio nelle miniere.

LA STA R Con “jacquard” si indica un tessuto a motivi geometrici in onore di Joseph-Marie Jacquard.

1801 Il telaio Jacquard •U n “programma” descrive il motivo da tessere

Nel XVIII secolo la città francese di Lione è particolarmente fiorente grazie all’industria tessile. La gestione dei telai, però, è lenta e difficile: servono numerosi operai per passare le navette tra i fili al momento giusto in modo da realizzare il motivo desiderato. Come Gutenberg ha rivoluzionato la copiatura dei libri, così Joseph-Marie Jacquard, figlio di tessitori, rivoluziona la tessitura combinando e migliorando diverse invenzioni altrui.

La prima è l’opera di Basile Bouchon, figlio di un fabbricante di organi. Egli nota che la regolarità dei telai ricorda il ritmo degli organi a rullo, che utilizzano strisce perforate per dettare le note ai mantici della macchina.

•U na macchina può variare motivo cambiando il programma

Nel 1725 applica lo stesso principio ai telai, dove ogni foro della striscia indica a una determinata navetta di passare nella trama.

Poco tempo dopo Jean-Baptiste Falcon sostituisce la striscia di carta con cartoni perforati legati tra loro, più resistenti.

Nel 1755 Jacques de Vaucanson automatizza la macchina utilizzando un cilindro dentato azionato da un mulino ad acqua o a vento.

A Jacquard non resta che unire tutte le innovazioni in un unico dispositivo, molto più veloce e facile da utilizzare: questo progetto diventa realtà nel 1801.

Il telaio realizza diversi motivi cambiando le schede perforate (il “programma”): nasce così la prima macchina riconfigurabile e “riprogrammabile”.

Dopo 5000 anni di esistenza il telaio diventa la prima macchina programmabile.

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STORIA

IL DETTAGLIO DECISIVO

UN VERO TA LENTO

DAVVERO?

Babbage prevede l’utilizzo di schede perforate: l’informazione è codificata con la presenza e assenza di fori.

Poiché si serve di due soli caratteri (pieno e vuoto) si tratta di una codificazione “binaria”.

Nel 1519 Leonardo da Vinci inventa l’odometro: si tratta di dischi numerati (unità, decine, centinaia...) che compiono un decimo di giro quando il disco precedente ne ha completato uno: è il primo riporto meccanico!

Il primo utilizzo del codice binario risale all’oracolo cinese I-Ching verso il 1000 a.C. Ognuno degli otto segni era una combinazione di tre monete in posizione testa o croce.

1820 I primi calcolatori •D all’orologeria al computer

• U na prodezza: programmare un computer che non esiste!

Per aiutare il padre, sovrintendente di Richelieu, nei suoi calcoli da contabile, nel 1645 Blaise Pascal inventa una macchina aritmetica: si tratta di una calcolatrice che permette di sommare, sottrarre, moltiplicare e dividere. La pascalina è completamente meccanica: utilizza piccoli ingranaggi d’orologeria azionati con una manovella.

Bisogna aspettare il 1851 perché la calcolatrice meccanica diventi democratica: Thomas de Colmar costruisce un prototipo a cursore e manovella abbastanza semplice da utilizzare, che seduce banche e uffici governativi. Si tratta della prima produzione in serie: se ne costruiranno circa 5000.

• I l ritorno del codice binario

Nello stesso periodo, in Inghilterra, Charles Babbage vuole combinare le schede perforate del telaio Jacquard con gli ingranaggi precisi della pascalina. Immagina una calcolatrice capace di leggere le istruzioni su un gruppo di schede e i dati da manipolare su un altro.

Tuttavia non arriverà mai a un prototipo perché i pezzi necessari alla sua macchina sono troppo difficili da produrre; questo, però, non impedisce alla sua collaboratrice, Ada Lovelace, di scrivere il primo programma informatico. Si è dovuto aspettare quasi un secolo per costruire la macchina e accorgersi che il programma funzionava.

CRONOLOGIA

8

1645

1725

1820

1834

1873

Pascalina

Macchina da calcolo di Lépine (si blocca dopo pochi calcoli)

Aritmometro di Thomas de Colmar, prodotto in serie dal 1851

Progetto della macchina analitica di Babbage

Aritmometro di Odhner, il best-seller

SORPRENDENTE Tra il 1820 e il 1851 Thomas de Colmar spende 300 000 franchi per costruire il suo prototipo, una cifra superiore al doppio del valore del suo castello di Maisons-Laffitte.

Pascalina

Aritmometro di Thomas

Aritmometro di Odhner

Contometro

1886

1948

Contometro con tastiera

Calcolatrice Curta, simile a un macinapepe

STORIA

MOTIVATO

DAVVERO?

CURIOSITÀ

Per decifrare i codici segreti nazisti Turing costruisce due macchine, Bomba e Colossus.

Non si tratta di macchine universali perché sono troppo specializzate.

Le prime simulazioni digitali sono state fatte da Von Neumann con il Mark I per creare la bomba atomica.

L’ENIAC è un mostro: pesa 30 tonnellate e occupa una stanza di 70 metri quadrati. Riesce a effettuare 5000 operazioni al secondo, un vero record ai tempi.

1941 I primi computer •P rime macchine universali

•A vvento dell’elettronica

Nel XX secolo i calcolatori meccanici diventano elettrici e utilizzano componenti sempre più piccoli e sempre più numerosi: diventano «elettronici». Nel 1936 Alan Turing immagina un computer (che non può fabbricare perché è un «modello teorico») composto da una memoria unica e da un calcolatore.

La memoria ospita in contemporanea i dati da trattare e i «programmi», ovvero le sequenze di istruzioni da applicare ai dati.

A differenza delle macchine precedenti, che erano specializzate in un solo compito, la «macchina di Turing», ancora immaginaria, può trattare qualsiasi tipo di dati (numeri, testi, immagini, suoni…): per questo si dice che è una “macchina universale”.

Nel 1943 il tedesco Konrad Zuse crea lo Z3, una macchina elettromeccanica programmabile con un nastro perforato, che legge i dati da trattare attraverso una memoria interna (di 64 parole) o una tastiera. Effettua da 5 a 10 calcoli al secondo: si tratta di una

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•C omputer grandi come appartamenti

banalità rispetto ai computer attuali, ma per l’epoca rappresentava un progresso enorme.

Lo Z3 è la prima macchina di Turing universale realmente costruita, ma è stata presto distrutta durante i bombardamenti su Berlino.

Nello stesso periodo gli americani costruiscono l’ENIAC, il primo computer elettronico.

Con una frequenza di calcolo di 5000 Hz (significa che effettua 5000 calcoli al secondo) è mille volte più veloce delle macchine elettromeccaniche: si afferma così il regno dell’elettronica!

IL TRUCCO Il codice binario delle schede perforate (vuoto/pieno) si traduce con facilità per le macchine elettriche ed elettroniche: la corrente passa (sì/1) o non passa (no/0).

Harvard Mark I nel 1944

ENIAC nel 1946

UNIVAC nel 1951

STORIA

L’ORIGINE

PERÒ…

Il PDP-8 fu il primo computer a costare meno di 10 000 $, pari a circa 70 000 € attuali. Ti sembra caro? L’ENIAC era 500 volte più costoso!

Nel 1995 Intel perde la paternità del termine microprocessore perché l’azienda Four-Phase Systems l’aveva preceduta con la concezione del prototipo AL1.

1955 Sempre più piccoli •M iniaturizzazione dei computer grazie al transistor

• La mini-informatica invade gli uffici

I primi computer occupano uno spazio enorme, costano molto e sono riservati ai laboratori e alle università. Nel 1947, tuttavia, l’invenzione del transistor permette di ridurre la dimensione delle macchine: primo nato di questa nuova generazione di computer, il TRADIC (1955) sta in un grosso armadio. Il circuito integrato, inventato nel 1958, fa proseguire la miniaturizzazione: pionieri della terza generazione, i Burroughs 2500 e 3500 (1968) sono così performanti che l’aeronautica militare americana ne ordina 150 esemplari per un totale di 60 milioni di dollari.

•L a micro-informatica invade le case

La miniaturizzazione continua e ormai si parla di micro-informatica: nel 1970 l’azienda Four-Phase Systems incorpora una memoria e un’unità di calcolo nel chip elettronico AL1.

Nel 1971 il microprocessore Intel 4004, che sta in una mano, è potente come l’ENIAC, che pesa 30 tonnellate. I computer di quarta generazione ormai sono grandi come una televisione e sono molto meno cari. Un po’ alla volta l’Apple II e poi il PC IBM cominciano a diffondersi nelle case.

CRONOLOGIA

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1955

1964

1965

1975

1976

TRADIC: il primo computer a transistor (non occupa più di 5-6 m3)

Olivetti presenta Programma 101, uno dei primi personal computer

PDP-8: il primo successo commerciale (50 000 esemplari )

Altair 8800: il punto di riferimento

Apple I, presto seguito da Apple II

TRADIC

Compucolor 8001 Altair 8800 Il portatile Osborne 1

1976

1981

1981

Compucolor 8001: il primo schermo a colori

PC IBM: il best-seller

Osborne 1: il primo computer portatile (peso: 12 kg!)