Informatica - Corso di Laurea in Ingegneria Medica · Informatica Corso di Laurea in Ingegneria...
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InformaticaCorso di Laurea in Ingegneria Medica
Paolo Campegiani
Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria
2 marzo 2008
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 1 / 31
Cosa e’ questo corso?
Informatica: la manipolazione automatica delle informazioni
Informatica: matematica e logica applicata
Informatica: dispositivi fisici di computazione
Informatica nella facoltà di ingegneria: applicazione della matematica edella fisica per la costruzione di sistemi automatici per la elaborazionee manipolazione delle informazioni, secondo metodologie eprocedimenti di tipo ingegneristico.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 2 / 31
A cosa serve l’informatica per un ingegnere medico?
Non esiste scienza e tecnologia senza l’informatica perorganizzare ed elaborare le informazioni
Il calcolo scientifico e’ essenziale per sviluppare e studiareprotesi, farmaci, genetica
Il sistema nervoso di un ospedale e’ un sistema informatico
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 3 / 31
Come si studia l’informatica
Considerando gli aspetti metodologici e culturali, non le mode delmomento
Affrontando il problema da piu’ punti di vista, visto chel’informatica e’ la congiunzione di piu’ scienze
Acquisendo anche la pratica operativa del saper fare
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 4 / 31
Programma del corso
1 Fondamenta culturali e metodologiche2 Programmazione in C3 Strutture dati ed algoritmi4 Architetture dei calcolatori
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 5 / 31
Modalita’ di esame - 1
Sono previsti due esoneri:◮ Il primo copre dall’inizio fino alla programmazione in C (livello base)◮ Il secondo e’ programmazione avanzata in C e strutture dati ed
algoritmi
La parte di architetture dei calcolatori e’ sempre presentenell’orale
Le altre parti sono piu’ o meno presenti a seconda dell’esito degliesoneri
Occorre la sufficienza al primo esonero per accedere al secondo
Occorre la sufficienza al secondo esonero per accedere all’orale
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 6 / 31
Strutturazione degli esoneri
Una parte di domande a risposta multipla
Una parte di esercizi di programmazione a risposta libera
Ogni esonero viene generato al computer ed e’ diverso da tutti gli altri.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 7 / 31
In caso di dubbi e incertezze...
Le modalita’ di interazione possibili sono:
Durante la lezione
A fine lezione (Mercoledi’)
Per mail ([email protected])
Con ricevimento privato (orario da concordare caso per caso)
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 8 / 31
Computer per il corso
Gli studenti devono avere un computer su cui poter fare gli esercizi diprogrammazione.
E’ sufficiente un qualsiasi computer con sistema operativoWindows o (meglio) Linux
E’ possibile lavorare anche in gruppo
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 9 / 31
Ok, ma quale computer?
Non viene fornita alcuna indicazione sul computer da acquistare.L’unica cosa che viene suggerita riguarda il monitor, che dovrebbeavere queste caratteristiche salva-vista:
Certificazione almeno TCO ’03
Contrasto almeno pari a 500:1
Luminosità non superiore a 300 candele/mq (possibilmente 250)
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 10 / 31
Libri di testo
E’ sempre consigliato acquistare i testi nella originale versione inglese.
Aho, Ullman, Introduction to Automata Theory, Languages andComputation, Addison Wesley
Kernighan, Ritchie, The C Programming Language, 2nd edition,Prentice Hall, ISBN 0-13-110163-3 (copertura del linguaggio C)
Cormen, Leiserson, Rivest, Introduction to Algorithms, 2ndedition, The MIT Press, ISBN 978-0262032933
Weiss, Data structures and Algorithm Analysis in C, 2nd edition,Addison-Wesley, ISBN: 0-201-49840-5
Hennessy, Patterson, Computer Architecture: A quantitativeapproach, 3rd edition, Morgan Kaufmann, ISBN 978-1558605961
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 11 / 31
Alcuni cenni storici: Charles Babbage
(1791-1871) L’inventore della macchina adifferenze e della macchina analitica, considerato il primo computermeccanico della storia.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 12 / 31
Il difference engine
25mila parti, 13.6 tonnellate di peso, alto 2.4 m, in grado di calcolarefino a 31 cifre di precisione. Era una calcolatrice evoluta, non uncomputer.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 13 / 31
L’Analytical Engine
E’ il progetto di un calcolatore universale, programmabile tramite delleschede perforate che consentono di eseguire qualsiasi programma, inmodo analogo ai telai meccanici di Jacquard. E’ un computer perche’e’ Turing-completo.Il primo programma pensato fu opera di Ada Lovelace, per calcolare laserie dei numeri di Bernoulli (1830 circa).
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 14 / 31
Cosa si intendeva per computer
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 15 / 31
I Principia Mathematica (1910)
L’opera voleva derivare tutte le verita’ matematiche partendo da uninsieme ben definito di formule ed assiomi, evitando paradossi edantinomie semantiche, ovvero con le proprieta’ di:
consistenza: evitare di derivare delle contraddizioni
completezza: tutte le verita’ matematiche sono catturate dalsistema formale
decidibilita’: esiste una procedura che permette di ottenere tutte leverita’ in un tempo ragionevole
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 16 / 31
Kurt Godel
Nel 1931, a 25 anni, Kurt Godel pubblica Sulle proposizioniformalmente indecidibili dei Principia Mathematica e sistemi affini incui dimostra come i Principia sono:
inconsistenti: e’ possibile derivare delle contraddizioni
incompleti: alcune verita’ non sono catturate
indecidibili: alcune verita’ sono improducibili
Queste limitazioni (incompletezze) valgono per qualsiasi sistemaformale sufficientemente complesso.
(D. H. Hofstadter, Godel, Escher, Bach: una Eterna Ghirlanda Brillante,Adelphi)
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 17 / 31
Alan Turing
Alan Matheson Turing (1912-1954) e’considerato uno dei (se non il) padre dell’informatica. Matematico,sviluppo’ l’idea di calcolatore partendo prima dalla formalizzazione(macchina di Turing) che utilizzo’ per rispondere ai temi posti daiPrincipia (in particolare il tema della indedicibilita’) quanto comestrumento di calcolo concreto per decifrare il codice Enigma usato daitedeschi durante la guerra.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 18 / 31
Replica della macchina usata per decifrare Enigma
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 19 / 31
Il test di Turing
Prima della sua tragica morte, Turing si era interessato al temadell’intelligenza artificiale. Il suo Computing Machinery and Intelligencedel 1950 e’ uno degli articoli fondamentali in cui viene proposto ilcosiddetto test di Turing (accettato tutt’oggi) che da’ una definizioneoperativa di intelligenza.
(D. Leavitt, The Man Who Knew Too Much, L’uomo che sapeva troppo,Codice)
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 20 / 31
Arrivano gli Americani
L’ENIAC e’ il primo computer come lo intendiamo oggi, costruito daJohn Von Neumann per risolvere problemi di balistica. Dimensioni:
17.458 valvole termoioniche
7.200 diodi al cristallo
1.500 rele’
70.000 resistori
10.000 capacitori
5 milioni di saldature
27 tonnellate di peso per 63 mq
Tutto questo per 350 moltiplicazioni al secondo o 35 radici quadrate alsecondo.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 21 / 31
Una foto dell’Eniac
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 22 / 31
I continui progressi
La riduzione delle dimensioni dei calcolatori e’ stata resa possibiledall’avvento del transistor. La legge di Moore dice che la densita’circuitale raddoppia ogni due anni, e quindi la velocita’ dei computerraddoppia circa ogni due anni (o anche meno).
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 23 / 31
La corsa a chi e’ piu’ veloce
Avere un super-calcolatore oggi significa poter fare studi innovativi suargomenti quali:
Modelli del clima: l’effetto serra esiste e in che termini?
Modelli econometrici: come evolve l’economia?
Nuovi materiali
Genetica e Farmaceutica
Ricerca di base (come e’ nato l’universo?)
Nuove armi: come costruire nuove e piu’ distruttive bombeatomiche?
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 24 / 31
Chi guida la classifica
Il sito http://www.top500.org riporta ogni 6 mesi la classificaaggiornata. E’ un ottimo indice del livello tecnologico e scientifico diuna nazione. Nel 1992, l’Italia era prima, con l’APE 100.
Ed oggi?
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 25 / 31
I primi 10 per potenza del computer piu’ potente
1 Stati Uniti2 Germania3 Stati Uniti4 India5 Svezia6 Stati Uniti7 Stati Uniti8 Stati Uniti9 Stati Uniti
10 Stati Uniti
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 26 / 31
In Europa...
La Spagna e’ 13esima
La Francia e’ 19esima (energia atomica)
L’Italia e’ 48esima
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 27 / 31
La societa’ dell’informazione
La pervasivita’ dei computer ha creato ed intesse la societa’ in cuiviviamo, la societa’ dell’informazione.L’infrastruttura di comunicazione e’ Internet, derivata da un progetto(ARPANET) finanziato dal Pentagono USA negli anni ’60, per costruireuna rete di comunicazione che potesse reggere un attacco atomico.
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 28 / 31
Uno dei padri di Internet: Jon Postel
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 29 / 31
L’informatica in Italia
Enrico Fermi convince il governo italiano a costruire unacalcolatrice elettronica, a meta’ degli anni ’50
Pisa e’ la citta’ in cui tutto comincia con il CNUCE
Nel 1987, tra i primi paesi al mondo, l’Italia ha un nodo collegatoad Internet
(worldblack.png)
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 30 / 31
Prerequisiti
Concetti di base di analisi matematica
Matrici e loro operazioni
Principio di induzione
Paolo Campegiani (Universitá degli Studi di Roma Tor Vergata - Facoltá di Ingegneria)Informatica 2 marzo 2008 31 / 31