FONDAMENTI DI INFORMATICA - unica.it

FONDAMENTI DI INFORMATICA

A.A. 2019/2020

Università degli Studi di CagliariCorsi di Laurea in Ingegneria Chimica e Ingegneria Meccanica

http://people.unica.it/gianlucamarcialis

Docente:Gian Luca Marcialis

Ufficio: DIEE – Padiglione M

tel.: 070 675 5893e-mail: [email protected]

Fondamenti di Informatica - A.A. 2019/20 - Prof. Gian Luca Marcialis

Obiettivi del corso

Le 60 ore del corso, pari a 6 crediti formativi, sonofinalizzate a fornire allo studente la conoscenza di:

Concetti di base sui fondamenti della rappresentazionedelle informazioni

Concetti e componenti di base dell’architettura deimoderni calcolatori elettronici

Concetti fondamentali sulle basi di dati e modellorelazionale

Concetti fondamentali sugli algoritmi, strutture dati ed ilinguaggi di programmazione

Fondamenti di programmazione in linguaggio Python

2


Organizzazione e obiettivi del corso

(cont.)

18-20 ore di corso saranno dedicate a fornire i principali

rudimenti teorici inerenti:

Algebra Booleana e Rappresentazione delle Informazioni

Architettura dei Calcolatori Elettronici e Sistemi Operativi

Basi di dati

40-42 ore di corso saranno dedicate ai fondamenti di

programmazione in linguaggio Python

3


Al termine di questo corso saprete…

(…dovreste sapere…)

Cosa lega la parola “informatica” ai concetti di “algoritmo”, di“linguaggio”, di “computer”, di “informazione”

Per questo scopo imparerete: … a rappresentare i principali tipi di dato in forma binaria, e svolgere

alcune elementari operazioni di tipo logico ed aritmetico

…quali sono i principali moduli a livello fisico e “logico” di uncalcolatore elettronico, ed i fondamenti che regolanol’interconnessione tra più calcolatori

…a tradurre semplici algoritmi in un linguaggio comprensibile alcalcolatore, per risolvere problemi di varia difficoltà

…ma anche sfruttare alcune potenzialità enormi del linguaggio Pythonper poterne usare i servizi senza essere programmatori provetti

4


Rappresentazione grafica del corso

Rappresentazione binaria

Astrazione sui dati Macchina di Von Neumann

Il Linguaggio Python

Linguaggio Modello di calcolo

Algoritmo

Basi di dati

5


Orario del corso

Mercoledì ore 14-17

Venerdì ore 10-13

Aula C

Tutorati

Dall’11 marzo, mercoledì 9-11, aula V

6


Argomenti del corso di Fondamenti di

Informatica 1

Cos’è l’Informatica

Algebra Booleana

Rappresentazione Binaria delle Informazioni

Algoritmi e Linguaggi: concetti e paradigmi

Programmazione in linguaggio Python

Architettura dei Sistemi di Elaborazione

Organizzazione hardware

Organizzazione software (Sistema Operativo)

Basi di dati

7


Lucidi del corso

I lucidi del corso, ovvero le slide usate a lezione, sono unasintesi degli argomenti del corso

Di conseguenza, si raccomanda di prendere sempre appunti alezione, e parlare col docente:

Durante lo svolgimento della lezione

Alla fine della lezione, per chiarire argomenti specifici

Per posta elettronica: [email protected]

I lucidi del corso, alla voce «materiale didattico», sonodisponibili nel sito: http://people.unica.it/gianlucamarcialis

8

mailto:[email protected]


Lucidi del corso

I documenti saranno in formato PDF

Per leggerli e stamparli è necessario disporre del

programma “Acrobat Reader”

Il programma può essere scaricato gratuitamente dalsito del produttore www.adobe.com (vedi il link nel sito

del corso) oltre che da diversi siti che distribuisconoprogrammi gratuiti (es. volftp.mondadori.com)

9


Libro di testo

Un fondamentale strumento per la comprensione

della maggioranza degli argomenti è:

S. Ceri, D. Mandriola, L. Sbattella, P. Cremonesi, G.

Cugola, “Informatica: arte e mestiere”, Terza Edizione,

McGraw-Hill 2008, ISBN 918-88-386-6429-8.

Consiglio: integrare gli appunti e il libro di testo per una preparazione

ottimale

Linguaggio Python:

K.A. Lambert, Programmazione in Python, Apogeo (Maggioli), 2012.

10


Altri testi

Informatica

G.M. Schneider, J.L. Gersting, Informatica, Apogeo (Maggioli), 2007.

M. Mezzalama, E. Piccolo, Capire l’informatica, CittàStudi (De Agostini), 2010.

Linguaggio Python:

C. Horstmann, R.D. Necaise, Concetti di informatica e fondamenti di Python, Apogeo(Maggioli), 2014.

F. Aiolli, Appunti di programmazione (scientifica) in Python, Esculapio, 2014.

Approfondimenti

T.H. Cormen, C.E. Leiserson, R.L. Rivest, C. Stein, Introduzione agli algoritmi estrutture dati, 2° edizione, McGraw-Hill, 2005.

M. Gabrielli, S. Martini, Linguaggi di programmazione – principi e paradigmi, McGraw-Hill, 2006

11


Esame

Scritto (120 minuti, obbligatorio) + Orale (15-30 minuti,eventuale)

Composizione dello scritto 33 punti complessivi

Due esercizi/domande teoriche (8 punti)

Problema di programmazione (25 punti)

Se il punteggio è superiore a 20, viene registrato, con oralefacoltativo

Se il punteggio è compreso tra 16 e 20, l’orale è obbligatorioe si può rinunciare al voto prima dell’orale

Se il punteggio è inferiore a 16, l’esame non è stato superato

La buona prova orale, su tutto il programma, puòincrementare il punteggio ottenuto nella prova scritta. 12

Prove intermedie

Prima prova intermedia: 15 aprile, ore 8.00, aule 1-2

Punteggio: 33 punti

8 punti teoria, 25 punti programmazione

Valutazione

Se il voto è maggiore o uguale a 16, si è ammessi alla seconda

prova intermedia

Altrimenti, si è rimandati alla prima prova scritta utile (giugno)

Seconda prova intermedia (da fissare)

Punteggio: 33 punti

8 punti teoria, 25 punti programmazione

Valutazione

Se il voto è maggiore o uguale a 16, si è ammessi alla valutazione

finale

Altrimenti, si è rimandati alla prima prova scritta utile (giugno)


13

Valutazione finale prove intermedie

Se il voto della seconda prova è maggiore o uguale a quello

della prima

il voto finale è pari a quello della seconda prova intermedia,

Altrimenti

il voto finale è pari alla media aritmetica delle due prove

Se il voto finale è maggiore o uguale a 18

l’orale è facoltativo, ma il voto viene comunque registrato

Altrimenti

l’orale è obbligatorio per la registrazione, ma si può scegliere di non

sostenerlo per presentarsi alla successiva prova scritta


14


Sostenimento e registrazione

Per sostenere l’esame siete vincolati a compilare ilquestionario di valutazione del corso

Il questionario è sempre anonimo e qualunque cosascriviate non giungerà al sottoscritto con la vostra “firma”

Siate comunque costruttivi!

Per registrare l’esame non c’è bisogno della vostrapresenza fisica: il docente registrerà i voti sufficienti

Permetterà la visione dei compiti corretti in un giorno edora stabiliti

15


Elenco delle “parole-chiave” del corso

Informatica Algebra di Boole Tipi di dato

Hardware Architettura Funzioni

Software Memoria Parametri

Calcolatore Volatilità CPU

Programmi Periferiche ALU

Processi Sistema operativo Lista

Algoritmo Basi di dati Paradigma

Bit (Binario) File OOP

Pixel Struttura dati Modelli dei dati

Istruzione Linguaggio Driver

16


Che cos’è l’informatica

Scienza della rappresentazione e dell’elaborazionedell’informazione

Non è la scienza e la tecnologia dei calcolatori elettronici

Non sono le molteplici applicazioni dei calcolatorielettronici

Essendo una scienza, cioè approccio sistematico erigoroso, l’elaborazione dell’informazione può avvenire inmodo automatico

Ci sono altre discipline che trattano l’informazione, ma nonin modo sistematico e rigoroso, come il giornalismo

P.S. Attenti alle «fake news»!17


Informatica e algoritmi

“L’informatica è lo studio sistematico degli algoritmi che

descrivono e trasformano l’informazione: la loro teoria,

analisi, progetto, efficienza, realizzazione e applicazione”

Association for Computing Machinery (ACM)

Algoritmo

sequenza precisa (comprensibile) di passi elementari che

consentono di realizzare un compito, ovvero risolvere un problema

passi elementari: eseguibili dall’esecutore dell’algoritmo

es.: istruzioni di montaggio di un mobile, prelevamento di denaro da un

terminale Bancomat, calcolo del massimo comune divisore di due

numeri naturali...18


Esempio di algoritmo: determinare il

maggiore di due numeri interi x, y

1. Calcola la differenza fra x e y

2. Valuta se la differenza è maggiore di 0

Se sì, il maggiore è x

Altrimenti, il maggiore è y

19


Calcolatori elettronici come esecutori

di algoritmi

In base alla definizione, è possibile svolgere attività di

tipo informatico senza usare un calcolatore!

es.: calcolo del MCD con carta e penna

Il calcolatore elettronico è in effetti un esecutore

automatico di algoritmi

ovvero uno strumento di calcolo potente, che permette di gestire

quantità di informazioni altrimenti intrattabili

20


Algoritmi e calcolatori

Un algoritmo eseguito da un calcolatore prende il nomedi programma e viene espresso in un opportunolinguaggio di programmazione

Un linguaggio di programmazione è un linguaggiocomprensibile al calcolatore (e, naturalmente, anche anoi)

Gli informatici si servono dei linguaggi diprogrammazione per tradurre gli algoritmi in programmi,attraverso opportune rappresentazioni delle informazioninote (dati in ingresso) e di quelle da ottenere attraversoil calcolatore (dati in uscita)

21


Algoritmi e linguaggi di

programmazione

Linguaggio Naturale

Calcola la differenza fra x e y

Se la differenza è maggiore di 0

il maggiore è x

Altrimenti

il maggiore è y

Comunica all’esterno il risultato

Linguaggio di Programmazione (Python)

differenza = x – y

if (differenza >= 0):

maggiore=x

else:

maggiore=y

print(maggiore)

22


Architettura dei sistemi informatici

Sistema informatico

il termine indica oggetti di dimensioni, complessità e applicazioni

molto diverse, dal semplice personal computer mono-utente a sistemi

multi-utente che gestiscono grandi quantità di dati e programmi (ad es.

sistemi informatici di banche o aziende)

l’architettura (insieme delle parti e loro interazione) di questi sistemi

ha però diversi elementi in comune

Componenti principali dell’architettura di un sistema:

Hardware: componenti fisici del sistema

Software: insieme dei programmi che vengono eseguiti dal sistema

(almeno due tipi: sw di base e sw applicativo)

Firmware: programmi memorizzati in modo permanente all’interno del

sistema dal produttore, come il BIOS

23


Hardware di un sistema informatico

Tutto ciò che costituisce fisicamente il sistema

Unità di elaborazione (processore o CPU)

Memoria centrale (RAM)

Memoria secondaria o di massa

Bus di sistema

Periferiche

Monitor, tastiera, stampante

Il sistema può comunicare

Con l’uomo, attraverso le periferiche

Con altri sistemi meccanici, attraverso

Sensori, con cui acquisisce l’informazione dall’esterno

Attuatori, con cui traduce comandi appropriati in azioni

Unità Centrale

24


Software di un sistema informatico

Di base

Per la gestione dell’elaboratore Esecuzione di programmi, occupazione della memoria,

comunicazione con altri sistemi (protocolli)

Il più importante sw di base è il Sistema Operativo

Applicativo

Per la realizzazione di compiti specifici Videoscrittura, ipertesti, posta elettronica, fogli elettronici, basi di

dati

Ambienti di programmazione

Per il progetto e la scrittura di programmi

25


Firmware di un sistema informatico

Programmi che vengono memorizzati in modo

permanente nel calcolatore

Vengono eseguiti all’accensione del calcolatore

Tipicamente chiamati “BIOS”

Basic Input/Output System

E’ orientato all’hardware: esegue il test dei componenti il

calcolatore

E.g. verifica che la tastiera sia connessa all’unità centrale

E’ orientato al software: avvia il Sistema Operativo

26


Tipi di sistemi informatici

Personal computer

Dedicato ad un unico utente

Workstation (stazioni di lavoro)

Accessibile da più utenti, con processori di elevate prestazioni

Mainframe

Di grandi dimensioni, capaci di gestire centinaia di utenti

Multiprocessore, memorie di massa molto capienti

Reti di calcolatori

Più “workstation” connesse tra loro

Geograficamente vicine (Local Area Network) o lontane (Wide AreaNetwork)

Es. i computer del nostro laboratorio, connessi tra loro, costituiscono unaLAN

27

Livelli di «astrazione» di un sistema

informatico


28

Calcolatore elettronico

Linguaggio macchina

(Assembly)

Sistema operativo

ApplicazioniComunicazione con

l’uomo o altri

dispositivi

(sensori, attuatori,

applicazioni)

Porte logiche Linguaggio di

programmazione


Applicazioni dell’informatica

Applicazioni numeriche

Algoritmi per soluzioni di problemi matematici complessi

Applicazioni gestionali

Automazione d’ufficio

Servizi telematici

Bancomat, biglietterie elettroniche, e-commerce

Automazione industriale (robotica)

CAD, Computer Aided Design

Controllo di impianti industriali ed applicazioni “embedded”

ABS, navigatore satellitare nelle automobili

Cellulari

Realtà virtuale e interfacce utente avanzate

Simulatori di volo

“Touch screen” per favorire l’interazione con l’utente

29


Informatica ed intelligenza artificiale

Videocamera 1 Dialogo tra i due sensori

Ambiente reale ad intelligenza aumentata

Mario Rossi

riconosciuto

attraverso

l’immagine

del volto.

Autorizzato a

passare per la

porta a

sinistra.

In attesa di

verificare il

passaggio di

Mario Rossi

Videocamera 2

Segnalazione ad un terzo

sensore, es. termostato,

un’opportuna regolazione

della temperatura secondo

le esigenze di Mario

Rossi. Mario Rossi

30


Ambienti «virtuali»

Protezione da dati

«pericolosi»

31


Ambienti «reali»

Corso «Biometric technologies

and behavioral security» (5 CF)

per Lauree magistrali

Certezza dell’identità

32


Allarmi “intelligenti”

Monitoraggio di aree a rischio in impianti chimici e/o raffinerie

Delimitazione delle aree a rischio ad accesso limitato

Verifica semi-automatica di comportamenti non conformi agli standard di sicurezza

Conoscenza in tempo reale del numero di persone presenti nelle aree a rischio e

della loro identità

Sala di controllo a realtà “aumentata”

33


Monitoraggio aree a rischio

34

Brain-Computer Interface


Elaborazione del

segnale EEG

Attivazione

dell’attuatore35

Meccatronica


36

«Health care» e biotecnologie


Algoritmi per l’analisi e la

classificazione di segnali

(ECG, EEG, PPG, pressione

sanguigna, equilibrio…)

37

Algoritmi per la

rappresentazione di molecole,

DNA, codifica del genoma,

analisi e identificazione degli

enzimi

Internet of Things


38

Informatica ed Ingegneria Meccanica


39

Informatica ed Ingegneria Chimica


40

Ulteriori spunti…

http://pralab.diee.unica.it


41


Per saperne di più…

Cos’è l’informatica

Capitolo 1 del testo di riferimento

L’evoluzione dell’informatica

Capitolo 20 del testo di riferimento

42

FONDAMENTI DI INFORMATICA - unica.it

Documents

Transcript of FONDAMENTI DI INFORMATICA - unica.it