Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Meccanica- A.A. 2008-2009 CDL in Ingegneria Meccanica- A.A. 2008-2009 3. Programmazione strutturata 3. Programmazione

Fondamenti di InformaticaFondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Meccanica- A.A. 2008-2009CDL in Ingegneria Meccanica- A.A. 2008-2009

3. Programmazione strutturata3. Programmazione strutturata(testo di riferimento: Bellini-Guidi)

Ing. Simona Colucci

Sistemi Sistemi InformativiInformativiDEE - Politecnico di BariDEE - Politecnico di Bari

Fondamenti di Informatica Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Meccanica- A.A. 2008-2009CDL in Ingegneria Meccanica- A.A. 2008-2009

Un programma è un algoritmo espresso in un linguaggio formale, detto linguaggio di programmazione:• Interpretabile ed eseguibile da un calcolatore• Non ambiguo perchè governato da regole grammaticali precise

Linguaggi di programmazioneLinguaggi di programmazione



Linguaggi di programmazioneLinguaggi di programmazione

Classificazione:

• linguaggi di basso livello (linguaggi macchina e linguaggi assembler): dipendono dalla struttura fisica del tipo di computer per cui sono stati progettati

• linguaggi di alto livello: più vicini alla forma mentis dell’uomo, ma da tradurre in codice di basso livello per l’interpretazione da parte dell’elaboratore(come il C)



Linguaggio MacchinaLinguaggio Macchina

• Linguaggio formale che il computer è in grado di interpretare ed eseguire senza mediazioni

• Programmi, codice oggetto, rappresentati da una sequenza di cifre binarie che codificano le istruzioni e i dati su cui lavora la CPU• istruzioni fortemente correlate all’architettura del

calcolatore, perché corrispondenti ad operazioni direttamente eseguibili dall’hardware

• esempio di istruzione ad un solo operando :

codice operativo dell’istruzione operando

00000010 000000000011100



• Istruzioni

• Le istruzioni fanno uso del registro della CPU chiamato A nel capitolo 2 (detto anche accumulatore)

• Codice mnemonico(istruzioni in assembler: cfr. diapositive successive)

Linguaggio Macchina: Linguaggio Macchina: Esempio di programmaEsempio di programma

Codice operativo Operando Codice mnemonico

00000010 000000011011100 LOAD 220

00000110 000000011111100 SUM 252

00000100 000000011011100 MEM 220



• La prima istruzione(00000010) legge il valore nella cella di memoria specificata dall’operando(220 in decimale) e lo carica in A

• Stato della macchina dopo la prima istruzione


Memoria CPU

indirizzo

….

220

….

….

contenuto

….

6

….

….

Accumulatore(A)

6



• La seconda istruzione calcola la somma del contenuto di A e del valore contenuto nella cella di memoria specificata dall’operando (252 in decimale) e la scrive in A

• Stato della macchina dopo la seconda istruzione


Memoria CPU

indirizzo

….

220

….

252

contenuto

….

6

….

31

Accumulatore(A)

37



• La terza istruzione memorizza il contenuto di A nella cella di memoria specificata dall’operando, la stessa da cui era stato caricato il primo addendo

• Stato della macchina dopo la terza istruzione


Memoria CPU

indirizzo

….

220

….

252

contenuto

….

37

….

31

Accumulatore(A)

37



Linguaggio assemblerLinguaggio assembler

• Le singole istruzioni binarie sono rappresentate con un codice mnemonico

LOAD 220SUM 252MEM 220

• Traduzione in linguaggio macchina ad opera di programmi detti assemblatori, forniti dai costruttori



MicrolinguaggiMicrolinguaggi

• Usati per i microprogrammi:– corrispondono ad ogni istruzione del linguaggio macchina – costituiti da insiemi di microistruzioni:

• sequenze di bit che costituiscono i segnali di controllo per pilotare i componenti del processore ed eseguire le istruzioni

• cablate dal costruttore nelle unità di controllo(fisicamente delle memorie) della CPU per eseguire le operazioni corrispondenti alle istruzioni del linguaggio macchina

• Obbediscono alla necessità di mediazione tra linguaggio macchina e macchina: lo stesso processore può essere programmato per finalità diverse



Linguaggi di alto livelloLinguaggi di alto livello

• Più simili al linguaggio naturale dei linguaggi macchina o assembler

• Utilizzano simboli matematici e parole tipiche delle lingue naturali(inglese)

• Usati per scrivere le istruzioni che compongono il codice sorgente

• appositi software, detti compilatori, provvedono a tradurre il codice sorgente nell’equivalente codice eseguibile dalla macchina



Linguaggi di alto livelloLinguaggi di alto livello

• Esempio di codifica: somma precedente in linguaggio C

a =6; b =31; a =a+b;

– a e b non sono registri o locazioni di memoria ma variabili identificate da:

• Nome(possibilità di usare nomi simbolici del contenuto, per facilitare la leggibilità del programma)

• Insieme di valori che può assumere

• Vantaggi– Programma portabile su ogni macchina con compilatore per

il linguaggio in cui è scritto il programma– Gestione indirizzi di memoria totalmente delegata al

calcolatore



Algoritmi come sequenze di statiAlgoritmi come sequenze di stati

Esempio: determina il Massimo Comune Divisore (MCD)

a. prendi i due numerib. calcola il resto della divisione intera del num. più

grande per il più piccoloc. sostituisci il numero più grande con il resto della

divisioned. finché tale resto è diverso da zero torna

all’istruzione be. il numero più grande (quello non nullo) è il MCD

cercato




Flusso di esecuzione dell’algoritmo MCD con i numeri 924 e 120

passo 1 924 e 120passo 2 84 è il resto della divisione intera di 924 per 120passo 3 120 e 84passo 4 il resto è diverso da zero, torna all’istruzione bpasso 5 36 è il resto della divisione intera di 120 per 84passo 6 84 e 36passo 7 il resto è diverso da zero, torna all’istruzione bpasso 8 12 è il resto della divisione intera di 84 per 36passo 9 36 e 12passo 10 il resto è diverso da zero, torna all’istruzione bpasso 11 0 è il resto della divisione intera di 36 per 12passo 12 12 e 0passo 13 il resto è uguale a zero, prosegui con l’istruzione successivapasso 14 12 è il MCD



• Istruzioni all’interno dei cerchi• Passi in esecuzione dell’istruzione all’esterno del relativo

cerchio• Passaggio da un’istruzione all’altra tramite archi• L’esecuzione di un passo determina uno stato: fotografia

della situazione attuale• Il susseguirsi dei passi di esecuzione determina una

sequenza di stati• Il flusso è sequenziale ed ordinato perché l’algoritmo segue

le regole della programmazione strutturata

Sequenza di stati nel flusso

dell’algoritmo per il calcolo del

MCD(924,120)




Programmazione non strutturataProgrammazione non strutturata

Esempio: Algoritmo equivalente per il calcolo del Massimo Comune Divisore (MCD)

a. prendi i due numerib. calcola il resto della divisione intera del num. più

grande per il più piccoloc. Se il resto è uguale a zero vai all’istruzione fd. sostituisci il numero più grande con il resto della

divisionee. vai all’istruzione bf. il numero più piccolo è il MCD cercato

Salto incondizionato

Salto condizionato




Flusso di esecuzione dell’algoritmo MCD con i numeri 924 e 120

passo 1 924 e 120passo 2 84 è il resto della divisione intera di 924 per 120passo 3 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza)passo 4 120 e 84passo 5 vai all’istruzione bpasso 6 36 è il resto della divisione intera di 120 per 84Passo 7 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza)Passo 8 84 e 36passo 9 vai all’istruzione bpasso 10 12 è il resto della divisione intera di 84 per 36Passo 11 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza)passo 12 36 e 12passo 13 vai all’istruzione bpasso 14 0 è il resto della divisione intera di 36 per 12passo 13 il resto è uguale a zero, vai all’istruzione fpasso 14 12 è il MCD



• Si parte dal nodo iniziale e poi si passa ai nodi successivi selezionando il cammino in base allo stato che si viene a creare dopo l’esecuzione delle operazioni specificate nel nodo

• L’arco e-b corrisponde ad un salto incondizionato (goto)• L’uso dei goto :

– porta a sequenze non lineari di stati, molto contorte, note come programmi a “spaghetti”, specie per programmi complessi

– ha un numero di istruzioni minori e riusa parti di programma tramite salti

– porta a programmi difficili da correggere manutenere ed estendere


Sequenza di stati nel flusso

dell’algoritmo per il calcolo del

MCD(924,120)

a b c

de

f

1 2,6,10,14

16

3,7,11,15

4,8,12

5,9,13



Programmi strutturatiProgrammi strutturati

• L’obiettivo della programmazione strutturata è di rendere un flusso ordinato il passaggio tra le istruzioni dall’inizio alla fine dei programmi

• Realizzazione:– Condizione ideale: sequenza lineare di operazioni, senza

alternative possibili(limite: potenza algoritmi ridotta)– Condizione reale: regole coerenti con il pensiero naturale che

portano ad effetti equivalenti all’esecuzione sequenziale di operazioni

• Costrutti consentiti (strutture di controllo del flusso):– Sequenza: fai questo– Selezione tramite strutture di controllo decisionali:

se è verificata una condizione fai questo altrimenti fai quello– Ripetizioni cicliche tramite strutture di controllo iterative:

finché è verificata una condizione fai questo• Costrutti non consentiti:

– Salto incondizionato (goto): ancora nella sintassi solo per compatibilità verso il basso(era necessario nel linguaggio macchina e assembler)



Programmi strutturatiProgrammi strutturati

TEOREMA DI BOHM-JACOPINI:tutti i programmi possono essere scritti con

l’utilizzo delle sole strutture di controllo: sequenza, selezione e iterazione (senza l’uso del

salto goto)

• Corrado Böhm e Giuseppe Jacopini hanno dimostrato che la potenza di calcolo dei programmi strutturati(più chiari, più facili da scrivere e da modificare e più probabilisticamente esenti da errori) non è inferiore a quella dei programmi che usano il goto



Sequenza : flow-chart : flow-chart

• Operazioni:

- fai questo

- fai quello

• Esempio: a = 5;

a = a+b;



Selezione : flow-chart : flow-chart

• Operazioni:– se è verificata una condizione fai questo – se è verificata una condizione fai questo altrimenti fai quello

• Sintassi:– if(espressione) istruzione

Esempio: prendi numero; resto = numero % 2; if(resto==0) scrivi "è pari";

– if(espressione) istruzione1 else istruzione2 Esempio: prendi numero;

resto = numero % 2; if(resto==0) scrivi "è pari" else scrivi "è dispari";



Iterazione : flow-chart : flow-chart

• Operazioni:– finchè è verificata una condizione fai questo – esegui fai questo finchè è verificata una condizione

• Sintassi:– while(espressione) istruzione;

Esempio: i=0; while(i<101) i=i+1;

– do istruzione while(espressione);Esempio: i=0;

do i=i+1; while(i<100);



Programmi strutturati: flow-chartProgrammi strutturati: flow-chart

• Si apre con un cerchio e finisce con un cerchio: tutti i canali partono dal primo cerchio e terminano nell’ultimo(un solo inizio ed una sola fine)

• Composto da più strutture di controllo del tipo sequenza selezione o iterazione

• I cerchi sono i connettori tra le strutture di controllo: altri punti di attacco non consentiti



Blocco d’istruzioniBlocco d’istruzioni

• Più strutture formano un blocco d’istruzioni:– insieme d’istruzioni con una sola entrata, da dove

inizia sempre l’elaborazione, e una sola uscita, dove termina sempre l’elaborazione del blocco(nessuna uscita laterale con istruzioni di salto)

– Scatola nera per eseguire un compito: non possono essere utilizzate delle sottoparti

– Sintassi: {blocco}

I blocchi possono contenersi l’un l’altro ma mai intersecarsi

blocco



1. Calcolo della somma algebrica tra due numeri relativi utilizzando le operazioni di somma e differenza tra numeri senza segno

2. Calcolo della media3. Calcolo dei valori massimo e minimo4. Visualizzazione di caratteri letti da tastiera5. Calcolo di una potenza6. Visualizzazione di un quadrato

Programmazione strutturata: Programmazione strutturata: esempiesempi



Esempio 1Esempio 1

Problema: Calcolo della somma algebrica tra due numeri relativi utilizzando le operazioni di somma e differenza tra numeri senza segno

Algoritmo:- acquisizione dei due numeri a,b- se a,b sono concordi |s|=|a|+|b|- se a,b sono discordi

- se |a|<|b| si scambiano i valori di a e b

- |s|=|a|-|b|- la somma ha il segno di a e modulo |s|

falso

inizio

a, b concordi

s a+b

fine

|a| < |b|

s a-b

t a

a b

bt

vero

vero

falso

modulo di s e segno di a

a , b



Esempio 2Esempio 2

Problema: Acquisizione di 10 numeri interi e calcolo della media

Algoritmo:1. Azzerare la somma s2. Se non si sono

acquisiti tutti i numeri:2.1 Acquisire un numero

n2.2 Sommare n ad s e

tornare al passo 2

3. La media è s/104. Fine

inizio

s 0

i 0

i < 10

s s + n

i i + 1

m s/10

fine

vero

falso

m

n



Esempio 3Esempio 3

Problema: Acquisizione di 10 numeri interi; determinazione e visualizzazione del numero maggiore e minore

Algoritmo:1. Leggi il primo numero n2. Poni il massimo e il minimo

corrente(variabili max e min) pari a n

3. Finché i numeri inseriti sono meno di 103.1 Leggi un nuovo numero n3.2 Se n<min min=n

altrimenti se n>max max=n

4. Visualizza min e max5. Fine

inizio

max n min n i 1

i < 10

fine

n > max

min n

n< min

max n

vero

verofalso

vero

i i +1

falso

falso

min, max

n

n



Esempio 4Esempio 4

Problema: Scrivere un programma che consenta, acquisito un numero intero n, di acquisire un carattere c e visualizzarlo n volte sulla stessa riga finché n è maggiore di zero

Algoritmo:1. Leggi il primo numero n2. Finché n>0

2.1 Leggi c2.2 Visualizza c n volte 2.3 Visualizza “a capo”2.3 Leggi nuovo numero n

3. Fine

inizio

n > 0

i 1

blocco 2.2

fine

a capo

n

n

c

falso

veroInizio blocco 2.2

i<= n

c

i i+1

vero

falso

Fine blocco 2.2

connettore



Esempio 5Esempio 5

Problema: Calcolo e visualizzazione di una potenza(variabile pot), acquisiti la base x e l’esponente n

Algoritmo:1. Acquisisci x ed n(intero)2. Poni pot pari ad 13. Esegui per n volte

pot pot * x4. Visualizza pot5. Fine

inizio

x, n

pot 1

i 1

i<= n

i i+1

vero

falso

pot = pot * x

pot

fine



Esempio 6Esempio 6

Problema: acquisito un numero intero n, si visualizzi una figura quadrata di n*n con degli asterischi nella diagonale principale, dei segni meno al di sotto e dei segni più al di sopra della diagonale principale

Algoritmo: 1. Leggi n2. Finché le righe visualizzate sono

meno di n (indice i scorre le righe)• Finchè le colonne visualizzate sono

meno di n(indice j scorre le colonne)• se j>i visualizza il carattere meno• se j=i visualizza il carattere asterisco• se i<j visualizza il carattere più

3. Esci

inizio

n

i 0

i< n

j 0

j < n

j < i

j =i

j j+1

*+

-

a capo

i i+1

fine

falso

vero

falso

verofalso

falso vero

vero

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