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Fondamenti di Informatica
Prof. Stefano LeonardiURL:
www.dis.uniroma1.it/~leon/didattica/meccanica/
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Informazioni generali
Stefano Leonardi Tel.: 06 49918341 Email:
leon@dis.uniroma1.it
Ricevimento:Roma: venerdì, ore 11-13, Dip. Informatica e Sistemistica, via Salaria 113 II piano, 00198 Roma
Tutore: Ing. Tanya Buhnik
Testo adottato: Stephen J. Chapman,
Fortran 90/95: guida alla programmazione, McGraw-Hill, 2000
M. Cadoli, Dispensa per il Corso di Laurea in Ingegneria Aereospaziale, A.A. 2000-2001, In distribuzione presso la libreria ``L'Universitaria'', Viale Ippocrate 99, Roma.
Copie delle Trasperenze del Corso disponibili sul sito Web del Corso
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Elaborazione automatica dell’informazione Risoluzione di problemi che richiedono
la manipolazione dell’informazione attraverso l’ausilio di uno strumento di calcolo automatico
Occorre: Definire un metodo di risoluzione di un
problema informatico Rappresentare il metodo di risoluzione in un
linguaggio comprensibile al calcolatore Rappresentare l’informazione in modo
adeguato alla sua memorizzazione e manipolazione
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Esempio: Ricerca in un’agenda In un’agenda personale si opera una ricerca
sequenziale nella pagona corrispondente alla lettera iniziale del cognome
In un elenco telefonico si procede a partire da un punto approssimativamente vicino alla lettera iniziale, quando la pagina e’ stata individuata si procede con una ricerca sequenziale
Il metodo risolutivo è quindi legato al modo in cui l’informazione è rappresentata
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Algoritmi e Linguaggi di Programmazione Algoritmo: Metodo risolutivo formalizzato
in un insieme di passi bene definiti che permetto di risolvere il problema
Linguaggio di programmazione: permette di descrive l’algoritmo in un Programma comprensibile alla macchina
Rappresentazione delle informazioni attraverso tipi di dato rappresentabile in un linguaggio di programmazione
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Problemi Informatici
1. Dati due numeri trovare il maggiore2. Dato un elenco di nomi e numeri di telefono,
trovare il nimero di telefono di un apersona3. Data una rete stradale, determinare il
cammino di lunghezza minima per raggiungere una determinata destinazione
4. Determinare se un programma si ferma in un numero finito di passi su un determinato insieme di input
5. Decidere, per ogni valore x e per ogni funzione f(x), se f(x) è costante
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Problemi Informatici, cont.
Trasformazione di un insieme di valore in ingresso in un insieme di valori in uscita
La descrizione del problema non fornisce il metodo di soluzione
La descrizione del problema può essere ambigua, ex 3.
Il problema non ha alcun metodo risolutivo noto.
Il problema non può essere risolto attraverso un calcolatore, funzioni non calcolabili, ex 4, 5.
La quantità di risorse necessari per risolvere il problema è proibitiva.
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Algoritmi e Programmi
Algoritmo descrive il metodo risolutivo. Proprietà: non ambiguità eseguibilità in un tempo finito finitezza dell’esecuzione del processo su ogni possibile
input Ogni passo dell’algoritmo deve essere non
ambiguo, ex, ricerca in un elenco telefonico non è un algoritmo
Programma: sequenza di istruzioni comprensibili alla macchina direttamente o attraverso l’ausilio di altri programmi
Determinare il metodo risolutivo può essere molto complesso.
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Ex: MCD(m,n). Algoritmo 1
1. Calcola l’insieme I dei divisori di m.2. Calcola l’insieme J dei divisori di n.3. Calcola l’insieme dei divisori comuni k=I J4. Calcola il numero massimo di k5. MCD(m,n) è il numero trovato
Procedere per astrazioni fino ad esprimere l’algoritmo in fasi traducibili in istruzioni elementari nel linguaggio di programmazione
Ex: Specifica la ricerca del massimo, l’intersezione tra due insiemi, etc...
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Ex: MCD(m,n). Algoritmo 2
Algoritmo di Euclide1. m o n se m=n
MCD(m,n) = 2. MCD(m-n,n) se m>n3. MCD(n-m,m) se n>m
Finchè m<>n svolgi le seguenti azioni:Se m>n allora sostituisci a m il valore m-n
altrimenti sostituisci a n, n-mMCD(m,n) è uno dei due numeri
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I grafi di flusso
Notazione grafica per descrivere istruzioni e l’ordine di esecuzione tra esse
Le informazioni oggetto del calcolo sono riferite attraverso nomi di variabile o di costante
Assumiamo per il momento i problemi trattare solo di numeri interi
Nel calcolo delle espressioni, ai nomi vengono sostituiti i rispettivi valori.
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Esercizi
Esprimere l’algoritmo di Euclide attraverso la notazione dei grafi di flusso
Esprimere l’algoritmo di ricerca del massimo di un insieme di 100 valori in input attraverso la notazione dei grafi di flusso
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Struttura di un elaboratore
Insieme di risorse tra loro coordinate per eseguire il processo di calcolo
Organi di Input (Tastiera, Mouse, etc.) Organi di Output ( Schermo, Stampante) Memoria: Contiene le istruzioni dei
programmi, i dati di ingresso, i risultati parziali del calcolo
Memoria si distingue tra Memoria Centrale e Memorie Perifieriche
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Memoria centrale
Dati sono rappresentati in formato binario. Ogni numero e’ una sequenza di due soli valori: 0,1.
Informazione elementare prende il nome di bit. Una sequenza di 8 bits è detta byte. Ad ogni cella di memoria è associato un
indirizzo, il numero di ordine della cella dell’intera memoria
La Memoria centrale (RAM, Random Access Memory) ha un tempo di accesso molto basso, nanosecondi
La sua dimensione è tipicamnete di alcuni Gbytes Il contenuto viene perso quando il computer è disconnesso
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Memoria di Massa
Dischi magnetici, CD-ROM Possono essere visti come dispositivi di
output Mantengono l’informazione
memorizzata in modo permanente Capacità di memorizzazione
praticamente illimitata Minore velocità della memoria centrale,
millisecondi
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Processore
Processore suddiviso in: Unità aritmetico-logica che esegue i calcoli logici ed
aritmetici Unità di controllo che sovrintende all’esecuzione
delle istruzioni ed alla gestione delle risorse coinvolte nell’esecuzione, e.g. I/O.
Le istruzioni a livello macchina sono estrememamente semplici e fanno direttamente riferimento alla posizione dei dati e delle istruzioni in memoria
E’ quindi necessario avere Linguaggi di alto livello
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Processore cont.
Puo’ accedere solo alle informazioni in memoria centrale
Scambia dati con le unità di ingresso ed uscita
Le istruzioni vengono prelevate dalla memoria centrale, decodificate, e viene predisposta la sua esecuzione
Occorre stabilire ad ogni istante la prossima istruzione da eseguire, e.g. flusso di controllo del programma
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Processore cont.
L’Unità Centrale contiene diversi registri: Contatore di Programma: indica la prossima
istruzione da eseguire Registro Istruzione: indica l’istruzione da
interpretare e poi da eseguire Accumulatori: contengono gli operandi di
una data istruzione Parola di stato: indica informazioni rispetto
l’ultima istruzione esguita, ex: resto 0, segno, etc.
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Fasi della vita di un programma Compilatori:
permettono di verificare la correttezza sintattica di un programma in un linguaggio ad alto livello
Realizzano la traduzione in linguaggio macchina
Il programma tradotto viene quindi eseguito Interpreti:
eseguono il programma al momento della sua traduzione
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