IL COMPUTER

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La macchina 'intelligente' e 'tuttofare'

Corbani Luca 3B


INDICE INTRODUZIONE.................................................................................................................................................. 2 Storia del computer ........................................................................................................................................... 3 Date importanti nella storia del computer.................................................................................................... 5 Struttura del computer...................................................................................................................................... 7 Il computer ................................................................................................................................................ 7 L’HARDWARE ................................................................................................................................................. 7 La CPU ...................................................................................................................................................... 7 La memoria ................................................................................................................................................ 9 IL SOFTWARE ............................................................................................................................................... 10 Le categorie funzionali dei software ....................................................................................................... 10 Il Computer nella vita di ogni giorno ............................................................................................................... 12 La robotica ................................................................................................................................................... 12 Sperimentazioni, nuove frontiere e futuro tecnologico .............................................................................. 13 Conclusioni ...................................................................................................................................................... 14 Sitografia.......................................................................................................................................................... 15

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INTRODUZIONE “I computer sono incredibilmente veloci, accurati e stupidi. Gli uomini sono incredibilmente lenti, inaccurati e intelligenti. L'insieme dei due costituisce una forza incalcolabile.” ALBERT EINSTEIN Questa frase è emblematica del fatto che la storia dell'uomo è sempre stata accompagnata da macchine e strumenti che lo aiutassero nelle operazioni di calcolo: dall'abaco, fino alle calcolatrici meccaniche del 1600; dai primi ingombranti elaboratori del dopoguerra ai modernissimi Personal Computer di dimensioni sempre più ridotte. Il computer è uno strumento elettronico formato da componenti fisiche, che ha la capacità di memorizzare dati, mentre la scienza che si occupa delle tecniche e dei metodi per la rappresentazione, l'elaborazione, la conservazione e la trasmissione delle informazioni memorizzate si chiama Informatica (INFORmazione autoMATICA). E’ affascinante come il progressivo sviluppo tecnologico nel campo Informatico contribuisca a migliorare sempre di più il lavoro dell’uomo e la ricerca scientifica di altre materie, e tutto questo mi appassiona perché la speranza è di contribuire un giorno con il mio lavoro allo sviluppo tecnologico. Certo, non è tutto sempre perfetto, ci sono anche situazioni negative come il cyberbullismo ad esempio, ma io credo che sia sempre frutto dell’approccio sbagliato dell’essere umano e non dello strumento in se che è sbagliato. Nel corso di questi anni della scuola secondaria ho seguito le lezioni di Informatica con molto interesse, in questo approfondimento ho cercato di dare una conoscenza del computer partendo dalle origini, quindi dalla sempre presente ricerca di migliorarsi nei calcoli, proseguendo nel descrivere come è fatto un computer e come funziona. A tale proposito ho avuto la possibilità di sperimentare a casa lo smontaggio di un computer in ogni sua singola parte, cercando in internet i significati di qualche componente elettronico, per poi rimontarlo ed ovviamente verificarne il funzionamento. Sono stato molto incuriosito da come un piccolo elemento di qualche centimetro quadrato potesse essere il cervello del computer e come potesse essere costruito, mi riferisco al microprocessore o CPU (Central Processor Unit), ho fatto delle ricerche sempre in internet ed è stato molto interessante vedere come entrino in gioco anche aspetti di chimica sul suo funzionamento, in particolare sui materiali semiconduttori di cui è costituito (alcuni riferimenti sono stati citati nei paragrafi successivi). Nei tempi moderni è impensabile vivere senza strumentazioni informatiche, in quanto sono parte integrante della quotidianità in ogni ambito, al lavoro, in banca, al supermercato, nella sanità. La frontiera tecnologica sarà sicuramente l’affiancamento all’essere umano di androidi che con l’intelligenza artificiale potranno sopperire all’uomo nelle condizioni e situazioni più ostiche.

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Storia del computer Il computer è un calcolatore ed elaboratore dati automatizzato e programmabile. L’uomo fin dall’antichità ha sempre cercato di creare un macchinario che semplificasse le operazioni di calcolo, basti pensare che la prima rudimentale forma di calcolatore risale al 35000 a.C., l’Osso di Lebombo un osso che porta incise molto chiaramente 29 tacche. La presenza delle 29 incisioni suggerisce che potrebbe essere stato usato dalle donne locali come un contatore di fasi lunare Osso di Lebombo per tenere traccia dei cicli mestruali.

Altro celebre calcolatore è l’Abaco, è il primo strumento usato per i calcoli sin dal XXI secolo a.C. in Cina e nella Mezzaluna Fertile, e utilizzato in seguito anche tra i Greci e i Romani.

Esempio di Abaco

Il progressivo miglioramento delle tecniche ha portato con sé versioni sempre più sofisticate di calcolatori, i primi sistemi di elaborazione dati li troviamo dalla prima metà del XX secolo. Tra i più celebri troviamo il Memex che è un calcolatore analogico dotato di un sistema di archiviazione, ideato dallo scienziato e tecnologo statunitense Vannevar Bush negli anni trenta e mai realizzato, da molti considerato il precursore del personal computer e degli ipertesti.

Altro celebre calcolatore è la macchina “Enigma” usata dai nazisti nella seconda guerra mondiale . Enigma fu un dispositivo elettromeccanico per cifrare e decifrare messaggi. Nata da un tentativo di commercializzazione poi fallito, fu ampiamente utilizzata dal servizio delle forze armate tedesche durante il periodo nazista e della seconda guerra mondiale. La facilità d'uso e la presunta indecifrabilità furono le maggiori ragioni del suo ampio utilizzo. Una delle propagande naziste era infatti quella di creare "armi miracolose", che avrebbero conferito una netta superiorità tecnologica all'esercito tedesco.

Un modello di “Enigma”

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Per contrastare i tedeschi e la loro macchina “Enigma”, fu inventata una macchina con lo scopo di decifrare i loro messaggi in codice, questa macchina prese il nome di “Bomba”, un rudimentale calcolatore basato sul “metodo forza bruta”. In informatica il metodo "forza bruta" è un algoritmo di risoluzione di un problema dato, che consiste nel verificare tutte le soluzioni teoricamente possibili fino a che si trova quella effettivamente corretta.

Tra gli ideatori della “Bomba” ricordiamo Alan Mathison Turing , matematico, logico, crittografo e filosofo britannico, considerato uno dei padri dell'informatica e uno dei più grandi matematici del XX secolo. Il suo lavoro ebbe vasta influenza sulla nascita della disciplina dell'informatica, grazie alla sua formalizzazione dei concetti di algoritmo, ossia un procedimento che risolve un determinato problema attraverso un numero finito di passi elementari (possiamo paragonare l’algoritmo al metodo sperimentale).

Ma è solo alla fine dei due conflitti mondiali che l’uomo concepisce la propria potenzialità in ambito informatico: l’idea di PC con interfaccia grafica che abbiamo noi oggi, nasce nel 1950 con la creazione della prima unità a nastro.

La seconda metà del XX secolo è logicamente caratterizzata da un forte sperimentalismo. Uno dei primi esempi è il WhirlWind del 1951, un simulatore di volo progettato per finalità belliche.

Per quanto riguarda la nostra penisola, la nascita del primo computer è determinata nel 1957 da un progetto del premio Nobel per la fisica Enrico Fermi volto ad agevolare la ricerca scientifica. Si chiamava CEP (Calcolatrice elettronica pisana)

Una immagine del CEP

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Da non dimenticare anche Olivetti che diede un enorme contributo al campo dell’informatica. Quindici anni prima di Steve Jobs e Bill Gates, Olivetti con la Programma 101 ha aperto la strada alla rivoluzione del nostro tempo: il personal computer. Cinquant’anni fa l’idea di tenere un computer sulla scrivania o nella camera dei bambini era poco più che un’intuizione visionaria, seguita con determinazione da una geniale squadra di ingegneri di una delle aziende più importanti al mondo nel campo delle macchine da scrivere e da calcolo. Il lancio avvenne il 14 ottobre 1965 a New York, con un successo clamoroso: tra i primi a intuire le potenzialità della P101 ci furono gli scienziati della Nasa, che ne acquistarono quarantacinque esemplari per compilare le mappe lunari ed elaborare la traiettoria del viaggio della missione Apollo 11, che nel 1969 portò l’uomo sulla luna.

Olivetti Programma 101

Date importanti nella storia del computer Ecco dunque gli eventi principali in ambito informatico degli anni moderni: • 1957: la più grande azienda del momento, l’IBM, implementa l’hard-disk, che semplifica notevolmente la struttura dei computer.

Il primo Hard-Disk, formato da 50 dischi da 24 pollici l’uno con una capacità di 5MB

1962: nasce il primo videogioco, chiamato “Spacewar!”

1964: Douglas Engelbart, uno dei più grandi pionieri della storia dell’informatica, progetta il moderno sistema di interazione con il computer (ovvero mouse e tastiera).

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1972: viene creato il primo microprocessore a 8 bit.

1975: Paul Allen crea il primo linguaggio ufficiale di programmazione, il Basic.

1976: Steve Jobs fonda l’Apple e lancia sul mercato il primo home computer

1981. Paul Allen e Bill Gates fondano la Microsoft.

1981: IBM lancia sul mercato un modello provvisto di sistema operativo Microsoft. Tale computer non presenta un particolare avanzamento tecnologico rispetto ai precedenti, ma ha la caratteristica di essere aperto, e quindi potenzialmente soggetto a modifiche ed implementi.

1985: la Microsoft sviluppa Windows 1.0.

1992-3: inizia, a cura di IBM, la realizzazione del primo smartphone.

1995: la Microsoft rilascia una versione di Windows contenente Internet Explorer: nasce così la moderna era di Internet.

Ad oggi l’industria informatica è la più produttiva del pianeta, sia come ricerca e sviluppo di nuove tecnologie sia dal punto di vista economico: le aziende sorte negli anni ‘80-’90 sono ad ora le più importanti del pianeta come ad esempio Microsoft, Apple, Samsung, Amazon che contano patrimoni miliardari.

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Struttura del computer Il computer Il computer è una macchina in grado di elaborare dati in modo veloce sicuro ed efficiente. Nel computer esistono dispositivi software e hardware: gli hardware sono tutte le parti materiali del computer mentre i software sono i programmi che le gestiscono.

L’HARDWARE Il modulo base del computer è composto dal case e dalla scheda madre: il primo è il contenitore di metallo, che può essere da tavolo e verticale, che protegge e ricopre la scheda madre, un componente importante al quale sono collegate tutte le parti del PC.

La CPU La CPU è il cervello del computer, esso controlla e gestisce tutto ciò che avviene all'interno di esso. CPU è un acronimo che sta per central processing unit, cioè unità centrale di elaborazione. E' composta da un’unità aritmetico logica (ALU) , preposta all'esecuzione di operazioni aritmetiche o logiche, e da un'unità di controllo (cu) che è il componente che dà la possibilità al microprocessore di eseguire istruzioni diverse.

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I modelli di CPU si differenziano dalla classe e dalla frequenza di clock: la classe è rappresentata con una sigla, il maggior produttore di microprocessori è l'INTEL, e il PENTIUM è il maggior microprocessore utilizzato sui PC; la frequenza si può dire che consiste nel battito del cuore del computer, più alta è la frequenza più istruzioni sarà in grado di elaborare il computer al secondo, l'unità di misura è il GigaHertz (l’Hertz è il ripetersi di un fenomeno periodico con periodo di 1 secondo).

Ogni istruzione data al computer deve essere tradotta in un linguaggio macchina e cioè ogni simbolo deve essere codificato in codice binario, perché è l'unico linguaggio comprensibile al computer. Questo perché essendo una macchina ogni simbolo deve essere codificato in un impulso elettrico, come una lampadina che ha solo due stati acceso e spento il computer comprende solo questi due stati e quindi può comprendere solo i simboli 0 e 1. Gli stati in cui può trovarsi un qualunque circuito elettrico sono infatti solamente due, ovvero: • 0, che corrisponde alla mancanza di tensione, quindi a 0 volt; • 1, che corrisponde invece alla presenza di tensione, in genere 5 volt. Il singolo stato o simbolo del codice binario si chiama bit e per rappresentare un singolo carattere alfanumerico c’è bisogno della combinazione di 8 bit, questa sequenza di bit si chiama byte. Di seguito si riporta la tabella ASCII che altro non è che la decodifica delle lettere e dei numeri in codice binario :

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Realizzazione del microprocessore Il materiale utilizzato per la costruzione dei microprocessori, e comunque della maggior parte dei componenti elettronici, è uno strato di silicio sul quale vengono disposti una serie di sottili strati di materiali diversi che vanno a creare il “wafer”. Il silicio è un materiale semiconduttore e la caratteristica dei semiconduttori è che essi possono variare la conducibilità elettrica se esposti ad agenti esterni, come ad esempio la temperatura, la luce oppure ad altre sostanze come il boro o il fosforo. Questa esposizione ad altre sostanze si chiama “drogaggio”. E’ appunto con il drogaggio del silicio, con cui è fatto il microprocessore, che vengono create tante celle, che tecnicamente sono dei transistor, in cui il passaggio o meno di corrente definisce appunto gli stati o bit sopraccitati del codice binario : 0 non c’è corrente e 1 c’è corrente. Si richiama il link https://www.micheleangeletti.it/articoli/140725-costruzione-di-un-processore.html da cui è possibile vedere come si costruisce un chip elettronico.

La memoria La memoria del computer si divide in memoria centrale, la più veloce, e memoria di massa.

RAM

La memoria centrale è composta dalla memoria RAM sulla quale vengono salvate la maggior parte delle informazioni sulle quali noi stiamo lavorando, essa è un memoria volatile ciò significa che allo spegnimento del computer tutto ciò al suo interno viene cancellato. Più è grande la RAM maggiori sono le informazioni che possono essere immagazzinate per poi essere elaborate dal processore, tali informazioni sono sempre in formato binario. Ogni impulso elettrico è chiamato bit, ma per rappresentare qualsiasi simbolo bisogna avere a disposizione 8 bit che formano un byte: quindi ogni simbolo sulla memoria di un computer occupa 1 byte. Misure più elevate sono i multipli del byte che sono calcolati non usando il solito codice decimale ma il codice binario quindi un kilobyte non è 1000 byte, ma 210 = 1024 byte.

Memoria di massa (HDD/SSD)

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La quantità di informazioni che bisogna memorizzare nella memoria centrale è molto alta e siccome questa è molto costosa, e comunque volatile, non è possibile creare computer con una memoria centrale di capacità elevate. Per questo è necessario creare delle memorie di massa, o ausiliari, che servono a memorizzare informazioni ma sulle quali non è possibile elaborare il dato prima di trasferirlo sulla memoria centrale. Queste memorie hanno una capacità elevata, sono più lente, meno costose, ed anche trasportabili. Si sta parlando dell'hard disk che è costituito da una pila di dischi uno diviso dall'altro, che girano insieme a velocità uniforme. Sono rinchiusi in un contenitore ermetico che contiene un braccio a forma di pettine con le testine (ricordiamo i giri dischi). Le nuove tecnologie hanno permesso di avere degli Hard-Disk senza parti meccaniche in movimento aumentando così la velocità di accesso al dato, questi si chiamano SSD (Solid State Disk).

IL SOFTWARE Per sfruttare le potenzialità del computer esso deve essere programmato, cioè è necessario creare appositi software. Il software è quel linguaggio macchina che sfruttando l’elaborazione della CPU gli vengono mandate in ingresso delle informazioni per ottenerne altre in uscita sotto varie forme : calcoli matematici, grafiche, video scrittura, etc.

Le categorie funzionali dei software È possibile distinguere i software anche sulla base della funzione che svolgono. •

Sistemi Operativi. È anche detto software di base o software di sistema. Il sistema operativo è una piattaforma sulla quale girano tutti i software e le applicazioni. (Esempi di s.o. sono Windows, Linux, iOS, ecc.) Nota. Uno stesso computer ( es. PC ) potrebbe funzionare utilizzando sistemi operativi diversi ( es. Windows o Linux ).

Firmware. È un software integrato nei dispositivi elettronici da parte del produttore del componente hardware. Viene caricato in memoria all'accensione del dispositivo (periferica, computer, ecc.) e normalmente non è modificabile dall'utente.

Applicativi. Sono programmi informatici specializzati a compiere determinati lavori, operazioni e funzioni. Ad esempio, il software per scrivere sul computer è un applicativo detto wordprocessor, i programmi per l'ufficio , di videoscrittura, i fogli di calcolo, di grafica, di montaggio video, ecc.

Videogiochi. I videogames sono programmi e applicazioni destinate a finalità ludiche. Spesso sono considerati parte degli applicativi perché sono sviluppati usando gli stessi linguaggi di programmazione.

Driver. I driver sono procedure che consentono di far funzionare un determinato componente hardware o periferica ( es. stampante, scanner, ecc. ). Senza la presenza del driver il sistema operativo non sarebbe in grado di comandare il corretto funzionamento del dispositivo.

Per creare un software applicativo i programmatori si servono di altrettanti programmi chiamati Linguaggi di programmazione con i quali scrivendo delle specifiche istruzioni logiche sequenziali, si ottengono dei dati in output.

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Un esempio è il linguaggio Java script o HTML per produrre le pagine WEB :

Un altro linguaggio molto utilizzato è il linguaggio C e C++ con il quale è possibile programmare anche schede elettroniche programmabili, ad esempio il sistema Arduino che è un processore con dei canali di input e di output.

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Il Computer nella vita di ogni giorno Il computer è entrato nella vita di ogni giorno, non solo nel lavoro ma anche nelle case con varie applicazioni. I vantaggi sono molteplici, ad esempio il computer può sostituire le persone nei compiti ripetitivi, in ufficio è diventato il principale strumento di lavoro come la videoscrittura ma anche per gestire tutte le risorse e i processi aziendali. Oggi molte aziende comunicano con clienti e fornitori tramite Internet, riducendo i costi e migliorando l’efficienza delle operazioni. Nell’istruzione si è passati dai sistemi di autoapprendimento ai moderni sistemi di e-learning (formazione a distanza basata sull’uso di Internet). Negli ultimi anni si è iniziato a sperimentare il telelavoro, ossia la possibilità di lavorare da casa senza recarsi in ufficio. Oltre agli usi legati alle attività lavorative, il computer fa ormai parte della nostra vita quotidiana in molte situazioni diverse: • quando andiamo a fare la spesa al supermercato i nostri acquisti passano su un lettore di codici a barre • quando paghiamo con il bancomat o la carta di credito • quando ci rechiamo agli uffici anagrafici del nostro comune per richiedere un certificato • negli ospedali il computer gestisce il sistema delle prenotazioni e delle cartelle cliniche • quando ci rechiamo in biblioteca, all’agenzia viaggi, alle biglietterie delle stazioni ferroviarie, in autostrada • il commercio elettronico (e-commerce) permette di vendere o comprare merci o servizi attraverso Internet.

La robotica Il computer è anche il cervello dell’ultima frontiera tecnologica, i robot che stanno entrando sempre più in modo preponderante nella vita dell’uomo. Un robot è una macchina programmabile, autonoma o semi autonoma, capace di svolgere una serie di compiti al fianco o in sostituzione dell’uomo. Può eseguire mansioni esclusivamente meccaniche e ripetitive oppure adeguare il proprio comportamento all’ambiente circostante, imparando dall’esperienza quasi come un essere umano. La sfida di oggi è quella di fare robot sempre più somiglianti all’uomo e con una capacità di autoapprendimento, la cosiddetta Intelligenza Artificiale.

Un esempio di utilizzo di robot l’abbiamo vista ai giorni nostri nell’affrontare la pandemia di COVID-19, con l’inserimento in alcune corsie ospedaliere di robot che hanno la funzione di avvicinarsi al paziente e monitorare la temperatura o alcune funzioni vitali, oppure mettendoli in contatto con i propri familiari.

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Altro esempio di applicazione di robot in un’industria locale è l’utilizzo di robot cilindrici a più assi per palettizzare oggetti pesanti.

Sperimentazioni, nuove frontiere e futuro tecnologico Il mondo dell’informatica è sempre in evoluzione e sempre alla ricerca di tecnologie che permetteranno di essere sempre più veloci nelle elaborazioni dell’informazione, infatti in un mondo sempre più interconnesso con una mole di dati sempre più grande da gestire ed elaborare è fondamentale la velocità. A tale proposito ci sono parecchi studi e ricerche, come ad esempio il “quantum computing” che sfruttando i concetti della fisica quantistica stravolgerà il modo di elaborare le informazioni a bit (https://www.zerounoweb.it/techtarget/searchdatacenter/quantum-computing-cose-a-cosa-serve-eperche-e-importante/). Anche il Politecnico di Milano ad esempio sta sviluppando quello che sarà il microprocessore del futuro sfruttando l’elettromagnetismo che permetterà di essere molto più veloci ed energeticamente più efficienti (https://www.lescienze.it/lanci/2018/10/10/news/politecnico_di_milano_i_processori_del_futuro_sempre _piu_vicini-4149007/). Robot del futuro: sarà come possedere uno smartphone Vent’anni fa non ci si immaginava nemmeno che oggi non si sarebbe potuto fare a meno dello smartphone o del tablet. Eppure adesso è così. Pensa quante cose si fanno con questi dispositivi che si possono portare ovunque, e a quante non se ne possono fare se non li si avessero con se: con lo smartphone ci telefoni, navighi su internet, stai connesso con gli amici, scatti foto ad alta definizione, giochi, leggi le news, ti orienti in città. Stessa cosa con il tablet. Del pc a casa, poi, non si riuscirebbe più farne a meno. Pensiamo che la stessa cosa succederà con i robot. Immaginiamo come sarà bello avere un assistente personale che ci ricorda gli appuntamenti o ci dà una mano a preparare la cena. È solo un assaggio di quello che faranno per noi i robot del futuro.

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Conclusioni Durante il mio percorso di ricerca mi sono accorto di quanto l’uomo si sia sempre impegnato a trovare soluzioni che gli rendessero più facile l’elaborazione dei dati, da un primo approccio nell’aiuto dei calcoli matematici giungiamo ai giorni nostri con tutta una serie di strumentazioni di uso quotidiano delle quali non si può più fare a meno. Le tecniche e gli strumenti informatici sono oggi essenziali in tutte le discipline, dall'ingegneria alla letteratura, dalle scienze naturali all'architettura. Anche nell'arte, l'informatica è spesso la chiave dell'innovazione. Il ruolo dell’informatica quindi è fondamentale nella società digitale in cui siamo, creando anche larghi spazi di impiego rivolti alla progettazione ed alla manutenzione di queste tecnologie. Certo, l’offerta di lavoro si è spostata su figure professionali nel campo tecnologico, ma è anche vero che i numeri nell’impiego di tecnici professionali è limitato in confronto ad attività manuali a basso contenuto professionale che possono essere sostituiti con le efficienze delle macchine evolute, i robot. Nell’utilizzo dei computer possiamo quindi trovare anche aspetti un po’ negativi, quali appunto una possibile riduzione dell’occupazione ma anche la nascita di situazioni sociali sbagliate, ad esempio il cyberbullismo. Comunque rimango sempre convinto che siamo noi gli artefici del nostro futuro e che l’uomo deve imparare a saper sfruttare al meglio le proprie capacità per migliorare sempre di più la sua esistenza, ma sempre nel rispetto degli altri. La passione per questa materia è sempre più forte dopo le ricerche effettuate, perché ho la consapevolezza di poter aiutare il futuro lavorando in un ambito che spazia a 360° in tutte le attività, dalla medicina con i robot e le operazioni tele assistite, a tutte le attività della vita quotidiana fino ad arrivare alle scienze spaziali.

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Sitografia •

La macchina 'intelligente' e 'tuttofare' : http://www.treccani.it/enciclopedia/computer_(Enciclopedia-dei-ragazzi)/

La storia del computer : https://www.skuola.net/informatica/storia-computer.html

Il “Memex” : http://morselligela.altervista.org/tesine/5D-20142015/Calaciura%20Angelo/altrilavori/gruppo/index.php?p=IlMemex

La “Bomba” : https://it.wikipedia.org/wiki/Bomba_(calcolatore)

Il computer in Italia : https://www.radiomakers.it/news/il-contributo-di-fermi-allelettronica ; https://www.lescienze.it/news/2009/06/11/news/compie_50_anni_il_primo_computer_italiano574683/

Struttura del computer : https://www.skuola.net/informatica/struttura-computer.html

Il Software : https://www.okpedia.it/software

Il ruolo dell’informatica : https://programmailfuturo.it/progetto/perche-partecipare/il-ruolodellinformatica-nella-societa-digitale

I robot : https://www.robotiko.it/robot-del-futuro/

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