Parte 2
Fondamenti di
programmazione
1
Definizione intuitiva di algoritmo
Elenco finito di istruzioni che specificano
una serie di operazioni, eseguendo le
quali e’ possibile risolvere ogni istanza di
un problema di un dato tipo
2
Proprietà degli algoritmi
FINITI
NON AMBIGUI
GENERALI
3
Soluzione di ax2+bx+c=0
1. inizio dell’algoritmo;
2. acquisire dall’esterno i valori dei coefficienti a, b e c;
3. calcolare il valore b2-4ac;
4. se , allora non esistono radici reali: eseguire 8;
5. se , allora x1=x2=-b/2a: eseguire 7;
6. se , allora x1=(-b+)/2a e x2=(-b-)/2a;
7. comunicare all’esterno i valori di x1 ed x2;
8. fine dell’algoritmo.
4
Descrizione degli algoritmi
Diagramma a blocchi (flow chart): rappresentazione grafica
di un algoritmo che indica il flusso delle trasformazioni
descritte dall’algoritmo che devono essere eseguite a partire
dai dati iniziali per ottenere i risultati finali.
5
Blocchi elementari
input
azione
begin
falso
end
C
vero
output
6
Esempio su ax2+bx+c=0
begin
a, b, c
b2-4ac
V
F
x1=-b/2a
V
F
x1=(-b+)/2a
x2=(-b-)/2a
x2=-b/2a
x1, x2
radici c.c.
end
7
Il gioco dei quindici
Quindici oggetti, ad esempio fiammiferi, sono su una
tavola. Il primo giocatore ne raccoglie 1, 2 o 3. Il secondo
giocatore ne raccoglie a sua volta 1, 2 o 3. Quindi è ancora il
primo giocatore a raccogliere 1, 2 o 3 fiammiferi. I giocatori
alternano le loro mosse finchè sul tavolo non esistono più
fiammiferi. Il giocatore che è costretto a raccogliere l’ultimo
fiammifero è il perdente.
Descrivere una strategia vincente per il primo giocatore
8
Problema delle dodici monete
Tra 12 monete di identico aspetto potrebbe
nascondersene una falsa e pertanto di peso diverso.
Disponendo di una bilancia a 2 piatti per confrontare gruppi
di monete, si vuole individuare la moneta falsa e stabilire se
essa pesi più o meno delle altre, mediante non più di 3 pesate.
9
Soluzione del gioco dei quindici
Siano A il primo giocatore e B il secondo
1. Prima mossa: A raccoglie 2 fiammiferi
2. Mosse successive: se B raccoglie k fiammiferi (k<=3),
allora A raccoglie 4-k fiammiferi
10
Soluzione del gioco delle monete
1, 2, 3, 4 : 5, 6, 7, 8
1L 2L 3L 4L
5P 6P 7P 8P
9L 10L 11L 12L
9P 10P 11P 12P
0
1, 2, 5 : 3, 4, 6
1L 2L 6P
1:2
1L 6P 2L
5P 3L 4L
7P 8P
7:8
3:4
8P imp 7P 3L 5P
4L
9L 10L 11P
9:10
9L
9, 10 : 11, 1
12L 12P 0
12:1
1P 2P 3P 4P
5L 6L 7L 8L
1, 2, 5 : 3, 4, 6
5L 3P 4P
7L 8L
3:4
7:8
4P 5L 3P 7L
imp 8L
1P 2P 6L
1:2
2P 6L 1P
9P 10P 11l
9:10
11P 10L 12L 0 12P 10P 11L
9P
11
Breve storia dei calcolatori
Primi strumenti di calcolo meccanici
Abaco
1600
Pascal (somma e sottrazione)
Leibniz (moltiplicazione e divisione)
1800
Babbage (quadrato e stampa)
Babbage (macchina analitica)
Ada Augusta Lovelace (prima programmatrice)
Schede perforate utilizzate nel 1890 (inizio di IBM)
12
1944
Mark I (primo calcolatore elettromeccanico)
1946
ENIAC
1949
EDSAC (macchina di tipo Von Neumann)
Anni successivi
Stessa architettura ma tecnologia più avanzata
1960
Internet (fine anni sessanta per esigenze militari, si chiamava
Arpanet)
1989
www (word wide web: enorme enciclopedia)
13
Hardware
Pezzi fisici tangibili che supportano
l’elaborazione (chip di silicio, fili elettrici,
tastiera, dischi, stampanti….)
Software
I componenti hardware sono inutili se non
ricevono precise istruzioni. Un programma
è una serie di istruzioni che l’hardware
esegue in sequenza.
14
Componenti hardware principali
Organizzazione hardware
standard
Dispositivi di input
Ad es.: mouse, tastiera
Dispositivi di output
Ad es.: monitor, stampante
Insieme in uno stesso
contenitore
Memoria
Processore (CPU)
Dispositivi
di input
Processore
(CPU)
Dispositivi
di output
Central Processing Unit
Interpreta e esegue le
istruzioni
Memoria
15
Due Tipi di Memoria
Principale
area di lavoro
mantiene temporaneamente programmi e dati (mentre il
programma è in esecuzione)
Ausiliaria
permanente
salva programmi e risultati
Esempi: floppy & hard disk, CD, nastri
16
Organizzazione della Memoria Principale
Bit = una cifra binaria
valori: 0 o 1
Byte = 8 bit
La memoria principale è
una lista di locazioni
numerate ciascuna di un
byte
Il numero di byte utilizzato
per memorizzare un dato
varia con il tipo di dato
Indirizzo
Dato
3021
1111 0000
3022
1100 1100
3023
1010 1010
3024
1100 1110
3025
0011 0001
3026
1110 0001
3027
0110 0011
3028
1010 0010
3029
…
Dato 1: 2 byte
Dato 2: 1 byte
Dato 3: 3 byte
Dato 4: 2 byte
Etc.
17
Organizzazione della
Memoria Ausiliaria
Radice
File
File
Directory
Directory
File
Directory
File
Directory
Directory
File
Directory
File
18
Programma
Insieme di istruzioni che il calcolatore deve eseguire
Programma
Input
Calcolatore
Output
19
Tipi di Programmi
Sistema Operativo
Programma supervisore
DOS, Windows, MacOS, UNIX, Linux
Applicazioni esistenti
word-processor/editor
web browser
compilatori o assembler
Applicazioni create dall’utente
20
Informazione
Esistono due formati per memorizzare
l’informazione:
ANALOGICO
DIGITALE
L’informazione analogica è continua
e cresce proporzionalmente alla
sorgente di informazione
Es: termometro di mercurio, segnali
elettrici
La tecnologia digitale spezza
l’informazione in tanti pezzi
che rappresenta come numeri
Es: compact disc
21
I computer moderni sono digitali:
Ogni tipo di informazione è spezzato in
blocchi. Ogni blocco è rappresentato da un
numero e l’informazione è memorizzata sotto
forma di sequenza di numeri.
Il computer digitale memorizza l’informazione
sotto forma di numeri binari (base 2).
La singola cifra binaria si chiama bit (binary
digit). La base del sistema indica quante cifre
si hanno a disposizione e il valore posizionale
di ogni cifra in un numero.
22
Sistemi posizionali
Il sistema di numerazione decimale è basato
sull’alfabeto decimale {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} ed
ogni numero è rappresentato come sequenza di
simboli di tale alfabeto. Ad ogni simbolo è
associato un peso a seconda della posizione.
Es:
2863=2x103 +8x102+6x101+3x100
23
In generale i sistemi numerici posizionali in base
b2 rappresentano ogni numero con m cifre in
base b:
N=cm-1…….c0
Dove i ci denotano elementi di un insieme di b
simboli che corrispondono ai primi b numeri
naturali 0…..b-1.
Vale N=∑cibi
Es:11002=1x23+1x22+0x21+0x20
24
Come comunicare
Linguaggio macchina:
sequenze di 0 ed 1
rigoroso
essenziale
Linguaggio assembler:
simbolico
semplice traduzione aggiuntiva
Linguaggio naturale:
linguaggio preferito dall’essere umano
ambiguo, ridondante, non preciso
Linguaggio di programmazione ad alto livello
25
Storia Moderna
PASCAL (1970)
Programming in Logic (1971)
C (1974)
ADA(1980)
26
Storia Contemporanea
C++ (1985)
Java (1994)
27
Tipi di programmazione
Funzionale
Logica
Procedurale
Orientata agli oggetti
28
Traduttori
macchina
traduttore
programma
Codice in l.
macchina
macchina
dati
Codice in l.
macchina
risultati
29
Compilatori ed interpreti
Compilatore
programma che traduce un programma in linguaggio ad
alto livello in un programma in linguaggio più semplice
che il calcolatore può eseguire (più o meno) direttamente.
Interprete
programma che traduce ed esegue una dopo l’altra le
istruzioni che compongono il programma sorgente
30
L’approccio di Java
Sia compilato che interpretato
Codice intermedio: “Byte Code”
codice a basso livello portabile
simile al codice assembler ma indipendente dall’hardware
invisibile ai programmatori Java
L’interprete traduce dal byte code in un programma nel
linguaggio macchina della macchina specifica
31
L’ambiente Java
Programma Java
Programmi precedentemente
compilati
Dati in input
Compilatore Java
Programma in
Byte-Code
Interprete
Esecuzione
Output del Programma Java
32
