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Franco Bombi2 ottobre 2002

Università di PadovaUniversità di PadovaFacoltà di IngegneriaFacoltà di Ingegneria

Corsi di laurea della classe 9Corsi di laurea della classe 9Ingegneria dell’informazioneIngegneria dell’informazione

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L’Università di Padova L’Università di Padova Fondata nel 122213 Facoltà34 Corsi di diploma42 Corsi di Laurea 2.243 Docenti di ruolo (1.1.2001)1.774 Personale tecnico e amministrativo11.218 Immatricolati (aa 2001-2002)

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Facoltà, corsi di studio Facoltà, corsi di studio e dipartimentie dipartimenti

L’Università è caratterizzata dallo stretto legame fra ricerca scientifica e didattica di alto livello

Dal punto di vista didattico è organizzata in Facoltà che offrono un certo numero di corsi di studio

Dal punto di vista della ricerca è organizzata in Dipartimenti

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Il 1 ottobre 2001 ha preso il via la riforma del “3+2” Corsi di diploma e laurea sono stati sostituiti dai corsi di

laurea triennale con l’attivazione del primo e del secondo anno (e in qualche caso anche del terzo anno)

Sono stati definiti (e in qualche caso attivati) i curricula dei corsi di laurea specialistica (2 anni a valle della laurea triennale)

L’offerta didattica è completata da:– Corsi di dottorato di ricerca (3 anni a valle della laurea specialistica)– Scuole di specializzazione (in particolar modo nell’area medica)– Corsi di master universitario di primo e secondo livello (1 anno)

(che sostituiranno molti degli attuali corsi di perfezionamento)

Il 26 settembre si sono concluse le immatricolazioni e le iscrizioni per l’aa 2002-2003

L’Università di Padova aa 2002/2003

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La formazione universitariaLa formazione universitaria

D o tto ra to d i rice rca3 a n n i

C o rs i d i sp ec ia lizza z io ne2 -3 a n n i

M a s te r u n ive rs ita riod i se co n d o live llo

L a u re a spe c ia lis itca2 a n n i

M a s te r u n ive rs ita riod i p rim o live llo

L a u rea3 a n n i

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Facoltà di IngegneriaFacoltà di Ingegneria16 corsi di laurea triennale16 corsi di laurea triennale

Classe 4 – Scienze dell’architettura e dell’ingegneria edile– Ingegneria edile

Classe 8 – Ingegneria civile e industriale– Ingegneria aerospaziale– Ingegneria civile– Ingegneria per l’ambiente e il territorio

Classe 9 – Ingegneria dell’informazione– Ingegneria dell’automazione– Ingegneria biomedica– Ingegneria elettronica– Ingegneria informatica– Ingegneria dell’informazione– Ingegneria delle telecomunicazioni

Classe 10 – Ingegneria industriale– Ingegneria chimica– Ingegneria elettrotecnica– Ingegneria energetica– Ingegneria gestionale– Ingegneria dei materiali– Ingegneria meccanica

NB: ai fini dei concorsi, iscrizioneagli albi professionali, ecc. i corsidella medesima classe hanno lo stesso valore legale

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Ingegneria dell’informazioneIngegneria dell’informazione I 6 corsi di laurea della classe 9 sono organizzati in

modo unitario, 5 hanno carattere professionalizzante e 1 ha carattere formativo

Per i 5 corsi professionalizzanti gli insegnamenti del primo anno sono praticamente identici, i corsi si differenziano parzialmente al secondo anno e completamente al terzo anno

Erogazione dei corsi in tre trimestri con 9 settimane effettive di lezione ciascuno

Esami alla fine del trimestre Possibilità di ripetere l’esame solo a settembre Frequenza obbligatoria (non fiscale)

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Iscritti ai corsi nuovo ordinamentoIscritti ai corsi nuovo ordinamentoal 27 settembre 2002al 27 settembre 2002

2001 2002 Biomedica 87 109 Dell’Automazione 34 48 Delle Telecomunicazioni 177 122 Dell’informazione 22 Elettronica Vicenza 52 55 Elettronica 143 133 Informatica a distanza 76 86 Informatica 318 265

TOTALE 887 840

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Settore dell’informazioneSettore dell’informazioneprimo annoprimo anno

Primo trimestre– Matematica A– Fondamenti di Informatica

Secondo semestre– Matematica B oppure Algebra lineare e geometria– Fisica 1 oppure Fisica 1 F

Terzo trimestre– Fisica 2 oppure Fisica 2 F– Matematica C, D o E oppure Analisi matematica

Circuiti e sistemi logici Chimica per bioingegneria Chimica per elettronica

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Il corso di laurea inIl corso di laurea inIngegneria dell’InformazioneIngegneria dell’Informazione

Corso a carattere formativo previsto per chi pensa sin da ora di conseguire la laurea specialistica

Al corso si può iscrivere – Chi ha ottenuto un buon punteggio nel test di ingresso– Chi otterrà una media superiore a 24/30 negli esami del

primo trimestre

I crediti conseguiti consentono di iscriversi ad uno qualsiasi dei corsi di laurea specialistica senza debiti formativi

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Ingegneria InformaticaIngegneria Informaticaprimo annoprimo anno

Primo trimestre– Matematica A– Fondamenti di Informatica

Secondo trimestre– Matematica B– Fisica 1

Terzo trimestre– Fisica 2– Matematica D– Circuiti e sistemi logici

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Ingegneria InformaticaIngegneria Informaticasecondo annosecondo anno

Primo trimestre– Elettrotecnica– Segnali e sistemi

Secondo trimestre– Fondamenti di elettronica– Dati e algoritmi 1

Terzo trimestre– Architettura degli elaboratori 1– Fondamenti di automatica– Fondamenti di comunicazioni

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Ingegneria InformaticaIngegneria Informaticaterzo annoterzo anno

Primo trimestre– Dati e algoritmi 2– Sistemi operativi– 1 materia a scelta

Secondo trimestre– Economia e organizzazione aziendale 1– 2 materie a scelta

Terzo trimestre– Economia e organizzazione aziendale 2– 1 materia a scelta

Tirocinio o sviluppo di un progetto

3 corsi a scelta fra:•Ricerca operativa•Basi di dati•Reti di calcolatori•Linguaggi e compilatori•Ingegneria del software•Sistemi informativi•Calcolo parallelo

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Fondamenti di informatica 1Fondamenti di informatica 1obiettivi del corsoobiettivi del corso

Organizzazione di un elaboratoreIntroduzione alla progettazione e all’analisi

degli algoritmiStrutture di dati e algoritmi elementariIl linguaggi di programmazione JavaIl corso prevede:

– 8 ore di lezione ed esercitazione in aula alla settimana– 4 ore di laboratorio (a coppie) alla settimana– almeno 10 ore di studio individuale alla settimana

per un totale di circa 225 ore di attività per l’intero corso

corrispondenti a 9 crediti didattici universitari di 25 ore ciascuno

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Libri di testoLibri di testo Linguaggio di programmazione: C. S. Horstmann: “Concetti di

informatica e fondamenti di Java 2”, Ed. Apogeo, ISBN 88-7303-668-6, traduzione di:

Cay S. Horstmann: Concetti di informatica e fondamenti di Java 2, Ed. Apogeo, 2002 (edito anche in inglese Cay S. Hostmann: Computing Concepts with Java 2, Essentials, John Wiley & Sons).

Laboratorio: Luca Cattaneo, Davide Eynard: Linux senza fatica, McGraw-Hill (2000) o testo analogo

Appunti dalle lezioni Parte teorica: Michael T. Goodrich, Roberto Tamaassia Data

Structures and Algorithms in Java, , John Wiley & Sons, 2000.

Prerequisito: P. Tosoratti: Introduzione all’Informatica, Ambrosiana (1998) Curtin, Foley, Sen, Morin: “Informatica di base” (seconda edizione) McGraw-

Hill ISBN 88-386-0802-

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Modalità d’esameModalità d’esame Al termine del corso (in dicembre) ci saranno due appelli

d’esame nei quali lo studente deve:– rispondere ad un questionario a risposte multiple (circa 50

domande, 60 minuti)– svolgere un esercizio di programmazione in laboratorio (circa 2

ore)– sostenere una prova orale (circa 20 minuti)

Lo studente che non avesse superato l’esame in dicembre potrà ripresentarsi nella sessione di settembre (due appelli)

Nella valutazione finale in trentesimi le tre parti hanno peso pressoché uguale,

il candidato può ripetere l’esame ad ogni appello ma deve sostenere tutte e tre

le prove nello stesso appello

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Fondamenti di InformaticaFondamenti di Informaticaun po’ di storiaun po’ di storia

L’idea di utilizzare dispositivi meccanici per effettuare in modo automatico computazioni risale al ‘600 (Pascal, Leibniz)

Nell’ottocento vengono realizzati i primi dispositivi meccanici “a programma”: telai Jacquard, pianole, macchina di Babbage

Nel 1896 Hollerith fonda la “Tabulating Machine Company” (poi IBM) che produce sistemi meccanografici a schede

Negli anni 30 vengono realizzate le prima macchine elettromeccaniche di grandi dimensioni (Zuse in Germania, Mark 1 ad Harvard)

Nel ‘46 entra in servizio l’ENIAC: elaboratore a valvole termoioniche e a programma filato

Negli anni 50 vengono realizzate le prime macchine a programma memorizzato (von Neumann: ENIAC, IAS Princeton)

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Lo sviluppo teoricoLo sviluppo teorico Parallelamente allo sviluppo tecnologico delle macchine, matematici e

logici mostrano come sia possibile risolvere importanti classi di problemi per via numerica

È del 1936 l’articolo: A. M. Turing: On computable numbers, with an application to the entscheidungsproblem, che mostra come sia concepibile una macchina universale (detta appunto macchina di Turing) in grado di calcolare tutto ciò che è calcolabile

La teoria dell’informazione mostra come fenomeni continui possano essere descritti in modo preciso in forma discreta (attraverso il campionamento e la quantizzazione)

La teoria mostra anche che esistono problemi non risolvibili per via algoritmica (non decidibili) e problemi ardui (NP-completi) non risolvibili in pratica per la mancanza di algoritmi efficienti

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Cos’è un computer?Cos’è un computer? Un computer è una macchina in grado di

– memorizzare dati (numeri oppure parole, immagini, suoni…codificati con sequenze di numeri)

– interagire con dispositivi (schermo, tastiera, mouse...)– eseguire programmi

Ogni programma svolge una diversa funzione, anche complessa– impaginare testi o giocare a scacchi

I programmi sono sequenze di istruzioni che il computer esegue e di decisioni che il computer prende per svolgere una certa attività

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Cos’è un computer?Cos’è un computer?

Nonostante i programmi svolgano funzioni anche molto complesse, le istruzioni di cui sono composti sono molto elementari, ad esempio– estrarre un numero da una posizione della memoria– sommare due numeri– inviare il codice corrispondente alla lettera ‘A’ alla

stampante– accendere un punto rosso in una data posizione dello

schermo– se un dato è negativo, proseguire il programma da una

certa istruzione anziché dalla successiva (decisione)

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Cos’è un computer?Cos’è un computer?

L’elevatissimo numero di tali istruzioni presenti in un programma e la loro esecuzione ad altissima velocità garantisce l’illusione di una interazione fluida che viene percepita dall’utente

Il computer, in conclusione, è una macchina estremamente versatile e flessibile, caratteristiche che gli sono conferite dai molteplici programmi che vi possono essere eseguiti, ciascuno dei quali consente di svolgere una determinata attività

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Cos’è la programmazione?Cos’è la programmazione? Un programma descrive al computer, in estremo

dettaglio, la sequenza di passi necessari per svolgere un particolare compito

L’attività di progettare e realizzare un programma è detta programmazioneObiettivo del corso di Fondamenti è quello di dare agli studenti i primi rudimenti sulla programmazione

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Cos’è la programmazione?Cos’è la programmazione?

Usare un computer non richiede alcuna attività di programmazione, così come per guidare un automobile non è necessario essere un meccanico

Invece, un informatico professionista solitamente svolge una intensa attività di programmazione, anche se la programmazione non è l’unica competenza che deve avere

La programmazione è una parte importante dell’informatica, ed è un’attività che in genere affascina gli studenti e li motiva allo studio

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Cos’è un algoritmo?Cos’è un algoritmo?

Quale tipo di problemi è possibile risolvere con un computer?– Dato un insieme di fotografie digitalizzate di paesaggi,

qual è il paesaggio più rilassante?– Avendo depositato venti milioni in un conto bancario

che produce il 5% di interessi all’anno, capitalizzati annualmente, quanti anni occorrono affinché il saldo del conto arrivi al doppio della cifra iniziale?

Il primo problema non può essere risolto dal computer. Perché?

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Cos’è un algoritmo?Cos’è un algoritmo?

Il primo problema non può essere risolto dal computer perché non esiste una definizione di paesaggio rilassante che possa essere usata per confrontare in modo univoco due paesaggi diversi

Un computer può risolvere soltanto problemi che potrebbero essere risolti anche manualmente– è solo molto più veloce, non si annoia, non fa errori

Il secondo problema è certamente risolvibile manualmente, facendo un po’ di calcoli...

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Cos’è un algoritmo?Cos’è un algoritmo?

Si dice algoritmo la descrizione di un metodo di soluzione di un problema che– sia eseguibile– sia priva di ambiguità– arrivi ad una conclusione in un tempo finito

Un computer può risolvere soltanto i problemi per i quali sia noto un algoritmo

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Un esempio di algoritmoUn esempio di algoritmo Problema: Avendo depositato diecimila euro in un conto

bancario che produce il 5% di interessi all’anno, capitalizzati annualmente, quanti anni occorrono affinché il saldo del conto arrivi al doppio della cifra iniziale?

Algoritmo:1 L’anno attuale è 0; il saldo attuale è 10.0002 Ripetere i passi 3 e 4 finché il saldo è minore di 20.000,

poi passare al punto 53 Aggiungere 1 al valore dell’anno attuale4 Il nuovo saldo attuale è il valore del saldo attuale

moltiplicato per 1.05 (cioè aggiungiamo il 5%)5 Il risultato è il valore dell’anno attuale

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Un esempio di algoritmoUn esempio di algoritmo Il metodo di soluzione proposto

– è non ambiguo, perché fornisce precise istruzioni su cosa bisogna fare ad ogni passaggio e su quale deve essere il passaggio successivo

– è eseguibile, perché ciascun passaggio può essere eseguito concretamente (se, ad esempio, il metodo di soluzione dicesse che il tasso di interesse da usare al punto 4 è variabile in dipendenza da fattori economici futuri, il metodo non sarebbe eseguibile…)

– arriva a conclusione in un tempo finito, perché ad ogni passo il saldo aumenta di almeno 500 euro, quindi al massimo in 20 passi arriva al termine

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A cosa servono gli algoritmi?A cosa servono gli algoritmi?

L’identificazione di un algoritmo è un requisito indispensabile per risolvere un problema con il computer

La scrittura di un programma per risolvere un problema con il computer consiste, in genere, nella traduzione di un algoritmo in un qualche linguaggio di programmazione

Prima di scrivere un programma, è necessario individuare un algoritmo!

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L’anatomia di un computerL’anatomia di un computer Per capire i meccanismi di base della

programmazione è necessario conoscere gli elementi hardware che costituiscono un computer

Prendiamo in esame il Personal Computer (PC), ma anche i computer più potenti hanno un’architettura molto simile

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Stored program electronic computersStored program electronic computersla la macchina dimacchina di von Neumann von Neumann

Il primo documento che descrive una macchina elettronica nella cui memoria vengono registrati dati e programma è:

John von Neumann: First Draft of a Report on the EDVAC, Moore School of Electrical Engineering, University of Pennsylvania, June 30, 1945

L’architettura dei moderni processori è molto simile a quella descritta nel documento, sono quindi dette macchine di von Neumann

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La La macchina dimacchina di von Neumann von Neumann

CA CC

MI O

R

C

CA + CC = unità centrale di elaborazioneM = memoria centraleI = dispositivi di ingressoO = dispositivi di uscitaR = dispositivi di memoria ausiliaria

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bus

CPU MEM PP PP

Schema di un sistema di elaborazione

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L’unità centrale di L’unità centrale di elaborazioneelaborazione

L’unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit) è il cuore del computer– individua ed esegue le istruzioni del programma– effettua elaborazioni aritmetiche e logiche con la sua unità

logico-aritmetica (ALU, Arithmetic-Logic Unit)

– reperisce i dati dalla memoria esterna e da altri dispositivi periferici e ve li rispedisce dopo averli elaborati

– è costituita da uno o più chip (microprocessori)

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Il chip della CPUIl chip della CPU Un chip, o circuito integrato,

è un componente elettronico con connettori metallici esterni (pin) e collegamenti interni, costituito principalmente di silicio e alloggiato in un contenitore plastico o ceramico (package)

I collegamenti interni di un chip sono molto complicati; ad esempio, il chip Pentium™ di Intel è costituito da circa tre milioni di transistori tra loro interconnessi

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La memoria del computerLa memoria del computer

La memoria serve ad immagazzinare dati e programmi all’interno del computer

È suddivisa in celle o locazioni di memoria, ognuna delle quali ha un indirizzo

Ogni cella contiene un numero predefinito di bit, solitamente uguale a otto– un bit è un dato elementare che può assumere due valori,

convenzionalmente chiamati zero e uno– un insieme di otto bit si chiama byte ed è l’unità di misura della

memoria (es. 128 MByte) Ci sono due tipi di memoria

– primaria e secondaria

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La memoria primariaLa memoria primaria

La memoria primaria è veloce ma costosa È costituita da chip di memoria realizzati con la

stessa tecnologia (al silicio) utilizzata per la CPU– memoria di sola lettura (ROM, Read-Only Memory)– memoria ad accesso casuale (RAM, Random Access

Memory) dovrebbe chiamarsi memoria di lettura e scrittura, perché in

realtà anche la ROM è ad accesso casuale, mentre ciò che le distingue è la possibilità di scrivervi

accesso casuale significa che il tempo per accedere ad un dato non dipende dalla sua posizione nella memoria

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La memoria ROMLa memoria ROM

La memoria di sola lettura, ROM– conserva i dati ed i programmi in essa memorizzati

anche quando il computer viene spento è una memoria non volatile

– contiene i programmi necessari all’avvio del computer, programmi che devono essere sempre disponibili

nei PC, tali programmi prendono il nome di BIOS (Basic Input/Output System)

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La memoria RAMLa memoria RAM

La memoria ad accesso casuale, RAM– è una memoria che consente la lettura e la scrittura dei

dati e dei programmi in essa contenuti– contiene dati in fase di modifica e programmi che non

devono essere sempre disponibili

– perde i dati quando si spegne il computer è un supporto volatile

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La memoria secondariaLa memoria secondaria

La memoria secondaria (o di massa) è di solito un disco rigido (o disco fisso, hard disk) ed è un supporto non volatile e meno costoso della memoria primaria (circa cento volte)– programmi e dati risiedono sul disco rigido e vengono

caricati nella RAM quando necessario, per poi tornarvi aggiornati se e quando necessario

Un disco rigido è formato da piatti rotanti rivestiti di materiale magnetico, con testine di lettura/scrittura

Processo simile a quello dei nastri audio o video

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La memoria secondariaLa memoria secondaria

Sono molto diffusi anche altri tipi di memoria secondaria a tecnologia magnetica– floppy disk (dischetto flessibile), di capacità limitata

ma con il vantaggio di poter essere agevolmente rimosso dal sistema e trasferito ad un altro sistema (dispositivo di memoria esterno)

– tape (nastri per dati), di capacità elevatissima, molto economici, ma molto lenti, perché l’accesso ai dati è sequenziale anziché casuale (bisogna avvolgere o svolgere un nastro invece che spostare la testina di lettura sulla superficie di un disco)

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La memoria secondariaLa memoria secondaria Sono molto diffusi anche altri tipi di memoria

secondaria a tecnologia ottica– CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), viene

letto da un dispositivo laser, esattamente come un CD audio; ha una elevata capacità ed è molto economico e affidabile; è un supporto di sola lettura, utilizzato per distribuire programmi e informazioni

– CD-R (Compact Disc Recordable), utilizza una tecnologia simile al CD-ROM ma può essere scritto dall’utente (una sola volta; più volte se CD-RW)

– DVD (Digital Versatile Disk), rappresenta la nuova frontiera per questa tecnologia, con elevatissima capacità

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Dispositivi periferici di interazioneDispositivi periferici di interazione L’interazione fra l’utente umano ed il computer

avviene mediante i cosiddetti dispositivi periferici di Input/Output (dispositivi di I/O)

Tipici dispositivi di input sono la tastiera, il mouse (dispositivo di puntamento), il microfono (per impartire comandi vocali), il joystick (per i giochi), lo scanner (per la scansione digitale di documenti e immagini)

Tipici dispositivi di output sono lo schermo (monitor), le stampanti, gli altoparlanti

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La scheda madre di un PCLa scheda madre di un PC La CPU, la memoria primaria (RAM e ROM) e i

circuiti elettronici che controllano il disco rigido e altri dispositivi periferici sono interconnessi mediante un insieme di linee elettriche che formano un bus

I dati transitano lungo il bus, dalla memoria e dai dispositivi periferici verso la CPU, e viceversa

All’interno del PC si trova la scheda madre (mother-board), che contiene la CPU, la memoria primaria, il bus e gli alloggiamenti (slot) di espansione per il controllo delle periferiche