Informatica - SL-Lab

Prof. Andrea Trentini
UNIMI
AA 2006-07
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COS’E` L’INFORMATICA
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COS’E` L’INFORMATICA
LOGISTICA
• [email protected]
Informatica
corso di laurea in Scienze Geologiche
LEZIONE 1 - Cos’è l’informatica
• Scrivere SOLO da [email protected]
• Ricevimento su appuntamento (mail)
• www.sl-lab.it
• seguire “WIKI” e poi “Informatica geologi”
• Esame: teoria + lab
• Teoria nella pausa, Lab a fine corso
• Appelli a giugno, luglio, settembre, novembre (pausa),
gennaio, febbraio
• Iscrizione via SIFA
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COS’E` L’INFORMATICA
Bibliografia
• J. G. Brookshear
• Informatica: una panoramica generale - 7a ed.
• Sciuto, Buonanno, Fornaciari, Mari
• Introduzione ai sistemi informatici - 3a ed.
• Curtin, Foley, Sen, Morin
• Informatica di base - 3a ed.
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COS’E` L’INFORMATICA
Scopo della lezione
• Introdurre le nozioni base della materia
• Definire le differenze tra hardware e
software
• Individuare le applicazioni e le aree
disciplinari
• Lagana`, Righi, Romani
• Informatica: concetti e sperimentazioni
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Corso di laurea in Scienze Geologiche
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COS’E` L’INFORMATICA
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L’Informatica - def. 1
• Scienza che studia l’informazione
• l’elaborazione dei dati
• il trattamento dei dati mediante elaboratore
elettronico (computer)
L’informatica - def. 2
• È la disciplina scientifica che studia
• i calcolatori, nati in risposta all’esigenza di
eseguire “meccanicamente” operazioni
ripetitive
• inizialmente il calcolo matematico
• gli algoritmi, nati in risposta all’esigenza di
definire procedure “meccaniche” per la
soluzione di problemi
• le applicazioni, in risposta all’esigenza di
sviluppare sistemi di supporto in varie aree
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COS’E` L’INFORMATICA
Ovvero …
… tutto quello che sta tra
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COS’E` L’INFORMATICA
Distinzione Hw/Sw
HARDWARE
equipaggiamento fisico del computer, costituito
da componenti meccanici, elettrici, ed
elettronici che fanno svolgere al calcolatore un
insieme di funzioni generiche
(si puo` prendere a calci!)
SOFTWARE
equipaggiamento logico del computer,
costituito da programmi che utilizzano i
componenti dell’hardware integrandoli al fine di
svolgere compiti specifici
(si puo` solo imprecargli contro!)
l’hardware …
(equipaggiamento fisico
del computer)
.. e il software
(equipaggiamento logico
del computer)
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COS’E` L’INFORMATICA
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COS’E` L’INFORMATICA
Il calcolatore
Il calcolatore
Periferiche
• Composto da
• processore, o CPU (Central Processing Unit) o
microprocessore
• memoria centrale, o RAM (Random Access
Memory)
• periferiche
Monitor
Tastiera Mouse
Memorie
di massa
Memoria CPU
centrale
BUS
Input
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COS’E` L’INFORMATICA
Il calcolatore
• Il processore, o CPU, esegue i programmi
• La memoria contiene dati e programmi
memorizzati allo stesso modo
• Il calcolatore svolge funzioni diverse in base al
programma eseguito
• Il calcolatore e` una macchina di Von Neumann
Output
Input/Output (I/O)
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COS’E` L’INFORMATICA
La macchina di von Neumann
memoria
programma gestionale
processore
programma editor
compilatore C
periferiche
dati sugli stipendi
libro di testo
programma sorgente in C
Modello di macchina a programma memorizzato
- lo stesso dagli anni 1940 ad oggi
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Classificazione dei calcolatori
• Criteri
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Classi di computer
• Mainframe
• numero di utenti che vi possono accedere
“contemporaneamente”
• capacità di memoria
• velocità di elaborazione
• affidabilità
• costo
• grande capacità di memoria e di elaborazione
• accessibili da centinaia di utenti
“contemporaneamente”
• utenti: grandi imprese, enti pubblici
• Minicomputer
• elevata capacità di elaborazione
• accessibili da decine di utenti
“contemporaneamente”
• utenti: medie e grandi imprese
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COS’E` L’INFORMATICA
Classi di computer (2)
• Workstation
• elevata capacità di elaborazione
• accessibili da pochi utenti “contemporaneamente”
• utenti: piccole imprese, laboratori di ricerca
• Personal computer
• buona capacità di elaborazione
• accessibile da un solo utente alla volta
• automazione di ufficio, uso personale
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Classi di computer (3)
• Supercalcolatori
• grande capacità di elaborazione
• elaborazione scientifica, modelli matematici
• in via di estinzione per elevato rapporto
costo/prestazioni
• Sistemi multiprocessore
• grande capacità di elaborazione
• elaborazione scientifica, modelli matematici
• rapporto costo/prestazioni inferiore rispetto ai
supercalcolatori
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COS’E` L’INFORMATICA
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Una cosmogonia
Mainframes
…Proprietary software
…FORTRAN, COBOL
…Batch, time-sharing
Minicomputers
…DEC, Data Gen, HP
…PDP, Vax
Microcomputers
…C, Unix
…Hand calculators
…TRS, Apple, IBM
Supercomputers
…Hobby kits -> PCs
…Vector processors
…Parallel processors
…Massively parallel
Networking
…LANs, Ethernet
…Client-server systems
…Arpanet, NFSnet, Internet
Batch → Time-sharing → Personal → Collaborative
~1950
~1970
2000
Il software
• Equipaggiamento logico del calcolatore
• Logiciel in francese
• Costituito dai programmi che fanno
svolgere al calcolatore un insieme di
funzioni
• Si distingue quello di sistema e quello
applicativo
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COS’E` L’INFORMATICA
Il software
di sistema
• per la gestione delle
risorse del sistema
• per il supporto nella
stesura di programmi
applicativi
• per la comunicazione
con l’utente
applicativo
• programmi destinati
all’utente finale
(videoscrittura, fogli
elettronici, posta
elettronica, browser,
ecc.)
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COS’E` L’INFORMATICA
Il software - Esempi
di sistema
• sistema operativo
• compilatori
• driver di I/O
• interfaccia utente
applicativo
• videoscrittura
• gestione biblioteca
• controllo impianto
industriale
• sequenziazione
genoma
• progettazione (CAD)
• previsioni finanziarie
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COS’E` L’INFORMATICA
Il software - Esempi
compilatori
S.O.
HW
Software
di sistema
utilità
Il software
• Componente algoritmica
• strutture dati e loro manipolazione
• Codifica in un programma
• linguaggio di programmazione
• compilato vs interpretato
CAD
biblioteca
• interazione con l’ambiente di esecuzione
videoscrittura
Software
applicativo
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COS’E` L’INFORMATICA
Algoritmi
• Un algoritmo e` una procedura per risolvere
un problema (matematico) in un numero
finito di passi che implicano frequenti
ripetizioni di un'operazione
• Concetto fondamentale e centrale
dell'informatica
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Algoritmi - Esempi
• Algoritmi (o procedure) per
•
•
•
•
calcolare il Massimo Comun Divisore
ordinare un insieme di oggetti
azionare la lavatrice
suonare una melodia al piano (espressa in un
insieme di simboli negli spartiti)
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Programmi
Algoritmo di Euclide
• Un programma è la codifica di un algoritmo
in un particolare linguaggio comprensibile
ad un calcolatore
• Dati due numeri interi e positivi m e n,
calcola il più grande intero che li divide
• implementazione dell’algoritmo
• dettaglia aspetti quali l’acquisizione dei dati di
ingresso e la visualizzazione dei risultati
• può dover tener conto dell’architettura della
macchina
1. dividere m per n, e sia r il resto della divisione
(con 0 ≤ r < n)
2. se r = 0 allora la risposta è n e STOP
3. porre m ← n e n ← r e ripetere il passo 1
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COS’E` L’INFORMATICA
COS’E` L’INFORMATICA
Schema di programma
• Leggi i dati
• Elabora i dati - realizza l’algoritmo
• La parte piu` difficile
• Stampa il risultato
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Programma_euclide
#include <stdio.h>
void main( );
int m = 0, n = 0, a, b, r, q;
{
/** leggi i dati **/
printf(“dammi il dividendo\n”);
if scanf(“%d”, &m) == 0 {
printf(“errore, fine programma\n”);
exit(-1);
}
printf(“dammi il divisore\n”);
if scanf(“%d”, &n) == 0 {
printf(“errore, fine programma\n”);
exit(-1);
}
/** elabora i dati **/
a = m;
b = n;
do
q = m/n;
r = m - q*n;
m = n;
n = r;
while r <> 0;
/** stampa il risultato **?
printf(“il MCD tra %d e %d e` %d\n”,
a,b,n);
}
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Algoritmo vs procedura di calcolo
• Gli algoritmi definiscono un insieme finito di
istruzioni che danno luogo a una sequenza
finita di operazioni
• Il processo di ripetizione dei cicli deve
terminare
Algoritmi - Ricerca
• La ricerca di algoritmi è stata una grande parte
del lavoro dei matematici nei secoli
• non tutti i problemi sono risolubili mediante un
algoritmo
• realizzare un programma che dato un qualunque programma e il
relativo input e` in grado di decidere se il programma termina su
quell’input
• paradossi logici
– questa frase e` falsa; questa frase contiene sei parole; questa frase non
contiene sei parole
• nell’algoritmo di Euclide, la sequenza dei resti r
• sequenza di numeri interi positivi decrescenti
• Se il requisito non e` soddisfatto, si parla di
procedure di calcolo
• La loro esecuzione non richiede la comprensione
dei principi su cui si fonda
• Il computer è un esecutore di algoritmi
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COS’E` L’INFORMATICA
Algoritmi - Ricerca
• Verificarne/dimostrarne la correttezza
• Valutarne la bonta` in termini di uso delle
risorse di calcolo e memoria
• Individuare i problemi che non ammettono
una soluzione generale in tempi ragionevoli
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COS’E` L’INFORMATICA
Programmi
• L’algoritmo va espresso in un sistema formale
comprensibile dalla macchina che lo esegue
• I linguaggi di programmazione sono sistemi formali
piu` facili da usare del linguaggio macchina
(sequenze di 0 e 1) ma piu` rigidi del linguaggio
naturale
• il linguaggio macchina è quello che la macchina può
eseguire direttamente
• la traduzione da un linguaggio ad un altro puo` essere svolta
automaticamente
• Non esiste un unico approccio per affrontare il
processo della programmazione
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COS’E` L’INFORMATICA
Obiettivi dell’informatica
Integrazione tra artefatti
• Progettare calcolatori
• sempre più potenti e veloci
• sempre più aperti a possibili integrazioni con altri
artefatti tecnologici
• sempre più facilmente utilizzabili da chiunque
• Progettare software
• per migliorare l’uso attuale
• per impiegare il calcolatore in aree nuove
• per aiutare la ricerca in altre discipline scientifiche
(Fonte: http://www.ubiq.com/weiser)
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COS’E` L’INFORMATICA
Applicazioni - Esempi
•
•
•
•
•
•
•
•
Calcolo scientifico
Grafica
Musica e video
Archivi e sistemi informativi
Medicina e altre scienze
Robotica e controllo di processi industriali
Comunicazione
…
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Aree disciplinari - Esempi
• Aree di base
•
•
•
•
•
Informatica teorica
Algoritmi
Linguaggi di programmazione
Sistemi operativi
Architettura dei calcolatori
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COS’E` L’INFORMATICA
Aree disciplinari - Esempi
• Aree applicative
• Reti di telecomunicazione
• Basi di dati
• Multimedialita`
• Grafica
• Video
• Suono
• Interazione uomo-macchina
• Intelligenza artificiale, apprendimento automatico
• Software engineering
• Sicurezza
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