DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 1 Marco D. Santambrogio – [email protected]...

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE

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Marco D. Santambrogio – [email protected]. aggiornata al 3 Ottobre 2013


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Che cos'è? Una piattaforma? Un portale?

No, è il Sistema Operativo del M5S

http://www.beppegrillo.it/2013/10/che_cose_una_piattaforma_un_portale_no_e_il_sistema_operativo_del_m5s.html


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"Di imparare i fondamenti e i concetti dell'informatica intesa come "Di imparare i fondamenti e i concetti dell'informatica intesa come scienza dell'informazione, e non solo di apprendere l'utilizzo dei suoi scienza dell'informazione, e non solo di apprendere l'utilizzo dei suoi strumenti, come il C", ma speravo comunque che ci insegnasse a fare strumenti, come il C", ma speravo comunque che ci insegnasse a fare qualche "cazzata", tipo programmare i videogiochi.. qualche "cazzata", tipo programmare i videogiochi..


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• Per aiutarci a capire come sta andando il corso abbiamo creato due Per aiutarci a capire come sta andando il corso abbiamo creato due form per raccogliere i vostri feedback ad ogni lezione/esercitazioneform per raccogliere i vostri feedback ad ogni lezione/esercitazione

• Form per le lezioniForm per le lezionihttp://tinyurl.com/infob1314-feedbacklezhttp://tinyurl.com/infob1314-feedbacklez

• Form per le esercitazioniForm per le esercitazionihttp://tinyurl.com/infob1314-feedbackexehttp://tinyurl.com/infob1314-feedbackexe


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• Informazione e trattamento dell’informazioneInformazione e trattamento dell’informazione• Programmabilità del calcolatore e concetti di hardware e softwareProgrammabilità del calcolatore e concetti di hardware e software• Macchina di von NeumannMacchina di von Neumann• Comunicazione tra esseri umani e calcolatoriComunicazione tra esseri umani e calcolatori


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• Significato 1: [informazione = dati + istruzioni]Significato 1: [informazione = dati + istruzioni]insieme dei dati su cui operare e delle istruzioni con cui elaborare tali datiinsieme dei dati su cui operare e delle istruzioni con cui elaborare tali dati▶per esempio, nell’operazione 1+2 sono entità di informazione i numeri 1 e 2 e

l’operatore ‘+’enfasi sulla distinzione tra struttura e descrizione dell’operazioneenfasi sulla distinzione tra struttura e descrizione dell’operazione▶che si scriva “uno più due” o “1+2” l’informazione è la stessa

• Significato 2: [informazione = dati con significato] Significato 2: [informazione = dati con significato] ciò che si ottiene dai dati a cui è stato attribuito un significatociò che si ottiene dai dati a cui è stato attribuito un significato▶per esempio, i numeri 1 e 2 sono semplici dati; diventano entità di informazione solo

quando si stabilisce che si riferiscono, per esempio, a mele o a portaerei enfasi sulla distinzione tra forma e contenutoenfasi sulla distinzione tra forma e contenuto


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• Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare informazione:informazione:▶le matite servono per scrivere

(non per trasferire grafite su carta)▶i violini servono per suonare

(non per produrre onde acustiche)• A differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabiliA differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabili

• Ma cosa significa programmabile?Ma cosa significa programmabile?


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• La programmabilità di un dispositivoLa programmabilità di un dispositivoattiene alle modalità con cuiattiene alle modalità con cuiesso gestisce informazioneesso gestisce informazione

• Per esempio, per risolvere questo problema,Per esempio, per risolvere questo problema,si può:si può:▶ provare e riprovare

(= operare direttamente sul sistema da trasformare)▶ fare i conti a mente

(= operare senza un supporto fisico)▶ fare i conti con carta e penna

(= operare con supporti passivi)▶ fare i conti con una calcolatrice

(= operare con supporti “rigidi”)▶ oppure …


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Per gestire informazione, si opera su dati mediante istruzioni:Per gestire informazione, si opera su dati mediante istruzioni:


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• Ogni essere umano elabora quotidianamente informazioneOgni essere umano elabora quotidianamente informazionein grande quantità senza usare strumenti particolarmente sofisticatiin grande quantità senza usare strumenti particolarmente sofisticati

• Due situazioni possono rendere difficile questa attività:Due situazioni possono rendere difficile questa attività:▶quando il problema supera un certo grado di complessità▶quando è necessario elaborare informazione con particolare rapidità

• Nel corso della storia, l’uomo ha creato molti strumentiNel corso della storia, l’uomo ha creato molti strumentiin grado di supportarlo nell’elaborazione dell’informazione:in grado di supportarlo nell’elaborazione dell’informazione:▶strumenti formali (per es. il sillogismo) che consentono di trattare

entità di informazione dotate di una certa struttura,ricavandone delle conclusioni per via puramente elaborativa

▶strumenti materiali (modelli in scala, galleria del vento, …), che “materializzando”le entità di informazione su cui si opera ne facilitano l’elaborazione


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• Blaise Pascal (1623-1662)Blaise Pascal (1623-1662)dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per l’esecuzione dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per l’esecuzione di somme e sottrazionidi somme e sottrazioni

• Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716)Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716)introduce anche moltiplicazioni e divisioniintroduce anche moltiplicazioni e divisioni(calcolatrice a quattro funzioni)(calcolatrice a quattro funzioni)

• Charles Babbage (1792-1871)Charles Babbage (1792-1871)progetta e realizza un “progetta e realizza un “difference enginedifference engine””▶ calcola tabelle di numeri utili per la navigazione▶ unicounico algoritmo: polinomiale alle differenze finitepolinomiale alle differenze finite▶ output: forifori su una piastra di rame

(schede perforate)


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1. Input1. Input::dati e istruzionidati e istruzioni

3. Output3. Output::dati (risultati dati (risultati

dell’elaborazione)dell’elaborazione)

2. Elaborazione2. Elaborazione

e quindi, il calcolatore si può intendere come una black box:e quindi, il calcolatore si può intendere come una black box:

calcolatoreInputInput OutputOutput


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Ricevendo una richiesta dall’utente, il calcolatore svolge in successioneRicevendo una richiesta dall’utente, il calcolatore svolge in successionedue attività:due attività:

• controlla di essere in grado di interpretare il comandocontrolla di essere in grado di interpretare il comando, cioè di riconoscere il , cioè di riconoscere il comando come corretto e corrispondente a un’azione che è in grado di eseguirecomando come corretto e corrispondente a un’azione che è in grado di eseguire

• se il controllo ha dato esito positivo, se il controllo ha dato esito positivo, esegue l’azione associata al comandoesegue l’azione associata al comando e, e, quando richiesto, presenta il risultato all’utentequando richiesto, presenta il risultato all’utente

Invece di inviare al calcolatore un comando per volta, l’utente può scegliereInvece di inviare al calcolatore un comando per volta, l’utente può sceglieredi creare una successione di comandi (= programma) e inviarla al calcolatore,di creare una successione di comandi (= programma) e inviarla al calcolatore,che autonomamente è in grado di interpretare ed eseguire il programma stesso,che autonomamente è in grado di interpretare ed eseguire il programma stesso,un’istruzione per voltaun’istruzione per volta


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L’utente-programmatore e il calcolatoreL’utente-programmatore e il calcolatoredevono parlare uno stesso linguaggiodevono parlare uno stesso linguaggio

Un’opzione potrebbe essere di “insegnare al calcolatore” a comprendereUn’opzione potrebbe essere di “insegnare al calcolatore” a comprendere(= interpretare ed eseguire comandi espressi in) una lingua storico-naturale come (= interpretare ed eseguire comandi espressi in) una lingua storico-naturale come l’italiano o l’inglesel’italiano o l’inglese

• Vantaggi:Vantaggi:▶ lingue semanticamente ricche, e quindi sicuramente in grado di esprimere i comandi▶ lingue già note all’utente

• Svantaggi:Svantaggi:▶ lingue semanticamente ricche, e quindi a rischio di ambiguità▶ lingue complesse da insegnare / imparare


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Comando: “nella fraseComando: “nella frasel'informatica, che in inglese è detta 'computer-science',l'informatica, che in inglese è detta 'computer-science',

è interessante anche se difficileè interessante anche se difficilemetti in grassetto la parola metti in grassetto la parola XX””• XX: “è” : “è” ambiguo: quale delle due “è”? ambiguo: quale delle due “è”?• XX: “in decima posizione” : “in decima posizione” ambiguo: “computer-science” conta come una o due parole? ambiguo: “computer-science” conta come una o due parole?

Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”• ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera?ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera?


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Un’opzione alternativa:Un’opzione alternativa:• creare un linguaggio “di programmazione”,creare un linguaggio “di programmazione”,

dedicato alla comunicazione con il calcolatorededicato alla comunicazione con il calcolatore• Vantaggi:Vantaggi:

▶ linguaggio progettato specificamente, e quindi efficiente▶ linguaggio non ambiguo

• Svantaggi:Svantaggi:▶ linguaggio formalizzato, e quindi strutturalmente diverso dalle lingue storico-naturali▶ linguaggio non noto all’utente


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Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”• ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera?ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera?

Lo stesso comando viene riscritto in un linguaggio di programmazione si disambigua:Lo stesso comando viene riscritto in un linguaggio di programmazione si disambigua:

if(A) { B;}C;

if(A) { B; C;}

se A è vero esegui B;se A è vero esegui B;in ogni caso quindi esegui l’istruzione Cin ogni caso quindi esegui l’istruzione C

se A è vero esegui sia B sia Cse A è vero esegui sia B sia C


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Sebbene si consideri abitualmente che oggetto del calcolo sono numeri,Sebbene si consideri abitualmente che oggetto del calcolo sono numeri,i calcolatori operano anche su dati non numerici, come testi, immagini, musica…i calcolatori operano anche su dati non numerici, come testi, immagini, musica…Un problema di elaborazione di dati non numerici è riconducibile a calcolo numericoUn problema di elaborazione di dati non numerici è riconducibile a calcolo numericose per prima cosa i dati vengono codificati nella forma di numerise per prima cosa i dati vengono codificati nella forma di numeri

Per esempio, un testo può essere convertito in una successione di numeri grazie al Per esempio, un testo può essere convertito in una successione di numeri grazie al Codice ASCII: spazio Codice ASCII: spazio 32; ‘A’ 32; ‘A’ 65; 65; ‘B’ ‘B’ 66; …; ‘a’ 66; …; ‘a’ 97; ‘b’ 97; ‘b’ 98; … 98; …

e quindi: “ciao mondo” e quindi: “ciao mondo” 99 105 97 111 32 109 111 110 100 111 99 105 97 111 32 109 111 110 100 111

Data questa codifica, un problema come:Data questa codifica, un problema come:trasformare una frase scrivendo con l’iniziale maiuscola tutte le parole che la compongonotrasformare una frase scrivendo con l’iniziale maiuscola tutte le parole che la compongono(per cui “ciao mondo” dovrebbe diventare “Ciao Mondo”)(per cui “ciao mondo” dovrebbe diventare “Ciao Mondo”)è effettivamente un problema di calcoloè effettivamente un problema di calcolo


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Se il linguaggio di programmazione adottato contiene un’istruzione Se il linguaggio di programmazione adottato contiene un’istruzione words_uppercase()words_uppercase(),,il problema si risolve semplicemente: il problema si risolve semplicemente: words_uppercase(“ciao mondo”)words_uppercase(“ciao mondo”)Altrimenti, è il programmatore a dover “scomporre” il problema in sottoproblemiAltrimenti, è il programmatore a dover “scomporre” il problema in sottoproblemipiù semplici, per esempio:più semplici, per esempio:1. identifica le parole da cui la frase è costituita1. identifica le parole da cui la frase è costituita2. per ogni parola, metti il suo primo carattere in maiuscolo2. per ogni parola, metti il suo primo carattere in maiuscolo

Data la successione: Data la successione: 99 105 97 111 32 109 111 110 100 11199 105 97 111 32 109 111 110 100 111•la prima istruzione corrisponde a individuare nella successione le sotto-successioni di la prima istruzione corrisponde a individuare nella successione le sotto-successioni di numeri separate dal numero 32numeri separate dal numero 32•la seconda istruzione corrisponde sottrarre 32 al primo elemento di ogni sotto-successione,la seconda istruzione corrisponde sottrarre 32 al primo elemento di ogni sotto-successione,

Una volta codificati numericamente i dati in ingresso, il problema viene dunque risolto Una volta codificati numericamente i dati in ingresso, il problema viene dunque risolto mediante semplici istruzioni come “se … è uguale a … allora …”, “somma … a …”, e così viamediante semplici istruzioni come “se … è uguale a … allora …”, “somma … a …”, e così via


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Non ogni problema ammette una soluzione calcolabileNon ogni problema ammette una soluzione calcolabile

•Quali problemi ammettono una soluzione calcolabile?Quali problemi ammettono una soluzione calcolabile?•Esistono problemi calcolabili che i calcolatori non sono in grado di risolvere?Esistono problemi calcolabili che i calcolatori non sono in grado di risolvere?•Esistono problemi che solo certi calcolatori sono in grado di risolvere?Esistono problemi che solo certi calcolatori sono in grado di risolvere?cioè: esistono tipi diversi di calcolatori in relazione alla loro capacitàcioè: esistono tipi diversi di calcolatori in relazione alla loro capacitàdi risolvere problemi?di risolvere problemi?


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IpotesiIpotesi: il calcolo è una trasformazione di dati,: il calcolo è una trasformazione di dati,in cui l’output è determinato univocamente dall’input attraverso una funzione:in cui l’output è determinato univocamente dall’input attraverso una funzione:

ffinputinput output = f(input)output = f(input)

Per esempio, Per esempio, 1+2*31+2*3 e e 4+5*64+5*6 sono due casi particolari della stessa funzione sono due casi particolari della stessa funzione f(x,y,z)=x+y*zf(x,y,z)=x+y*z

IpotesiIpotesi: le funzioni complesse possono essere scomposte: le funzioni complesse possono essere scompostecome successioni di funzioni più semplicicome successioni di funzioni più semplici

Per esempio:Per esempio:

x,y,zx,y,z x+y*zx+y*z

ff

**

++

yy

zz

xx


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Un sistema di calcolo Un sistema di calcolo moltomolto semplice: semplice:• un nastro organizzato in celle in ognuna delle quali è scritta una barra o nullaun nastro organizzato in celle in ognuna delle quali è scritta una barra o nulla

e con codifica “unaria” (e con codifica “unaria” (11 “ “ // ”; ”; 22 “ “ //// ”; ”; 33 “ “ ////// ”; … ”; …• un sistema di lettura e scrittura che opera in base a regole della forma:un sistema di lettura e scrittura che opera in base a regole della forma:

se sei nello stato ... e nella cella hai letto ...,se sei nello stato ... e nella cella hai letto ...,allora nella cella scrivi ..., passa nello stato ... allora nella cella scrivi ..., passa nello stato ...

e spostati nella cella ... e spostati nella cella ...

/ / / / / ……Per esempio, il nastro:Per esempio, il nastro:

codifica i numeri codifica i numeri 22 e e 33, e il calcolo della funzione x+y si può realizzare in questo modo:, e il calcolo della funzione x+y si può realizzare in questo modo:

/ / / / / …… / / / / / ……


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Intorno al 1930 l’inglese Alan Turing e lo statunitense Alonso ChurchIntorno al 1930 l’inglese Alan Turing e lo statunitense Alonso Churchproposero la seguente tesi:proposero la seguente tesi:

ogni funzione “naturalmente considerata calcolabile”ogni funzione “naturalmente considerata calcolabile”è calcolabile da una macchina di Turingè calcolabile da una macchina di Turing

La conseguenza è sorprendente:La conseguenza è sorprendente:l’insieme delle funzioni calcolabili è lo stesso per tutti i calcolatori;l’insieme delle funzioni calcolabili è lo stesso per tutti i calcolatori;

le differenze di capacità tra calcolatori sono:le differenze di capacità tra calcolatori sono:• quantitative (= tempo di calcolo)quantitative (= tempo di calcolo)• e non qualitative (= tipo di funzioni calcolabili)e non qualitative (= tipo di funzioni calcolabili)


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• Fonti per lo studioFonti per lo studio▶ Informatica arte e mestiere, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, McGrawHill

Capitolo 1▶ Introduzione ai sistemi informatici, D. Sciuto, G. Buonanno, L. Mari, 4a Ed,

McGrawHill Capitolo 1

▶ The Art & Craft of Computing, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, Addison-Wesley Capitolo 1

• ApprofondimentiApprofondimenti▶ Uomini e computer. Storia delle macchine che hanno cambiato il mondo, D.

Casalegno, HOEPLI

• CreditsCredits▶ Prof. G. Buonanno e D. Sciuto, LIUC


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