Macroarea di Ingegneria 2016/17. Tutor: prof. Francesco De Vincenzi

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Bernarda Landi
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1 Corso di Fondame enti di Informatica Macroarea di Ingegneria 2016/17 Tutor: prof. Francesco De Vincenzi

2 MATLAB: Una definizione MATLAB (matrix laboratory) è un linguaggio di programmazione di alto livello di quarta generazione ed insieme un ambiente interattivo per il calcolo numerico o, la visualizzazione e l elaborazione di dati. Permette la manipolazione di matrici, la visualizzazione di grafici di funzioni e di dati; l implementazione di algoritmi e la creazione di interfacce utente; l interfacciamento con programmi scritti in altri linguaggi inclusi C, C++, Java e FORTRAN. L analisi di dati Lo sviluppo di algoritmi La creazione di modelli ed applicazioni Possiede numerosi comandi predefiniti e funzioni matematiche che aiutano nel calcolo e nella generazione di grafici.

3 MATLAB: Interfaccia

4 1. Concetti fo ondamentali Dati, Codifica, Algoritmi, Linguaggi

5 Dati e strutture dati Un dato è un elemento caratterizzato da: un nome un formato un «alfabeto» un valore Esempio: Nome: Targa Formato: 2 lettere,3numeri,2 lettere Alfabeto: {A Z,0 9} Valore: AG185NG Una struttura dati consiste di un insieme di dati organizzati secondo una struttura ben definita Esempio: Libretto di circolazione (targa, telaio, data immatricolazione ) Un dato non ha significato per l essere umano. Esso acquista significato (diventando informazione) solo se correlata ad altri dati e perciò intrepretato.

6 Rappresentazione dei dati L utilità di un calcolatore sta nella capacità di memorizzare i dati, elaborarli e trasmetterli. Per farlo, sfruttiamo le proprietà dei segnali. Un segnale è una grandezza fisica di varia naturaa variabile nel tempo Un segnale può essere elettrico, magnetico, acustico, ottico o un onda. Un segnale «digitalizzato» viene utilizzato per rappresentare uno «stato».

7 Rappresentazione dei dati Un computer al suo interno gestisce segnali digitali a due stati, chiamati convenzionalmente «bit» zero e uno. BIT=Binary Digit (cifra binaria) Il segnale può essere elettrico (BUS interni del computer, processore), elettromagnetico (memorie), luminoso (fibre ottiche), radio (WI-FI)sfruttato per rappresentare e trasmettere sequenze di bit. Quasiasi sia la sua natura fisica, viene Combinando opportunamente sequenze di BIT possiamo rappresentare qualsiasi dato.

8 Misura dei dati Nome BIT BYTE KILOBYTE MEGABYTE GIGABYTE TERABYTE PETABYTE EXABYTE ZETTABYTE YOTTABYTE Quantità Misura unitaria (0/1) 8 bit 1024 BYTE 1024 KILOBYTE 1024 MEGABYTE 1024 GIGABYTE 1024 TERABYTE 1024 PETABYTE 1024 EXABYTE 1024 ZETTABYTE

9 Codifica dei dati A seconda del tipo di dato da rappresentare, esiste un meccanismo di codifica universale che fa sì che su qualsiasi calcolatore una stessa sequenza di BIT abbia lo stesso significato. Una CODIFICA è una funzione di trasformazione reversibile (bijettiva) applicabile su un dominio di valori e che associa ad un valore un nuovo valore appartenente ad un altro insieme

10 Spazio dei dati Quanti dati dello stesso tipo si possono codificare in binario? Dipende dal numero di bit che utilizziamo per la codifica. Con un BIT, possiamo creare due codifiche: 0 e 1 Con 2 BIT, possiamo creare quattro codifiche: 00, 01, 10 e 11 Con 3 BIT, possiamo creare 8 codifiche: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 Con 4 BIT, possiamo creare 16 codifiche: Con 8 BIT, possiamo creare 256 codifiche: In generale, con n BIT si possono creare 2 n sequenze binarie differenti.

11 Codifica dei dati numerici (interi nonn negativi) =157 La codifica binaria(con 0/1) di 157 è Con 1 byte(8 BIT) posso codificare tutti i numeri da 0 a 255. Con 2 byte tutti i numeri da 0 a 65535, e così via.

12 Decodifica dei dati numerici (interi non negativi) Divido ripetutamente 157 il numero per 2 78 finchè diventa zero Segno il resto della divisione per 2. A fine divisione leggo il A fine divisione leggo il risultato dal basso verso l alto. La codifica binaria di 157 è

13 Decodifica dei dati numerici (interi con segno) Esempio su 8 BIT: Bit del segno: 0 positivo 1 negativo 7 Bit per il valore Esempi: Corrisponde a C Corrisponde a -6 La presenza del BIT del segno dimezza il valore massimo codificabile. Con 7 bit per il valore infatti il range dei valori va da -128 a +127

14 Decodifica dei dati numerici (numeri reali) Esempio su 32 BIT: Bit del segno: 0 positivo 1 negativo La formula per la 8 Bit per l esponente decodifica è: (+/-) 1,m * 2 (e-127) Bit per la mantissa La mantissa è la codifica in binario della parte decimale di un numero che per convenzione a la parte intera uguale a 1; L esponente è un numero intero senza segno ad 8 bit. Sottraendo 127 si ottengono esponenti da -127 a + 128

15 Decodifica dei dati numerici (numeri reali) Esempio: La formula per la decodifica è: (+/-) 1,m * 2 (e-127) m = e = Si intende (altre cifre a zero non si considerano) = quindi l'esponente è 5 Quindi il numero è * 2 5 = = +34,5 10

16 Codifica di caratteri di testo Ogni carattere ha, secondo un sistema di codifica internazionale, una sua codiifca binaria. Per esempio, il carattere C viene rappresentato come

Il processore e la codifica delle istruzioni Come i dati, anche le

Ogni processore ha un proprio SET di istruzioni, le quali compiono

). L attività continua di un calcolatore è quella di prelevare un flusso

RAM DATI PROCESSORE 10011001 ISTRUZIONI 001100101 NUOVI DATI 10011001 In

17 Il processore e la codifica delle istruzioni Come i dati, anche le istruzioni che un calcolatore può effettuare sono codificate in binario. Ogni processore ha un proprio SET di istruzioni, le quali compiono operazioni di basso livello (somme, prodotti, spostamenti in memoria,etc) ). L attività continua di un calcolatore è quella di prelevare un flusso di dati e istruzioni dalla memoria e applicare le istruzioni ai dati. RAM DATI PROCESSORE ISTRUZIONI NUOVI DATI In un processore moderno ogni secondo avvengono dagli 1 ai 4 miliardi di ooperazioni al secondo.

18 Linguaggi di programmazione: basso vs alto livello Per rendere più semplice e più veloce lo sviluppo di applicazioni sono stati sviluppati linguaggi di livello più alto. Più vicino all uomo Linguaggi Visuali Linguaggio Java s=new Studente(); s.setnome(«mario»); Linguaggio C X=1; printf(«%d%»,x); Linguaggio Assembler SUM CX,DX Più vicino alla macchina Linguaggio macchina

Linguaggi di programmazione: compilatori vs

macchina generato «al volo» una istruzione

19 Linguaggi di programmazione: compilatori vs interpreti Alcuni linguaggi di programmazione prevedono che il codice «sorgente» venga compilato prima di essere eseguito. Altri linguaggi non hanno la compilazione: il codice sorgente viene «interpretato» istruzione per istruzione. Codice sorgente Compilazione Codice eseguibile Linguaggio macchina Linguaggio macchina generato «al volo» una istruzione lla volta Esecuzione Progra mma in esecuzi one PRO: Maggior controllo sulla correttezza del programma. PRO: Maggiore velocità di esecuzione.

20 Linguaggi di programmazione: paradigmi Per «paradigma» si intende l insieme di costrutti messi a disposizione da un linguaggio, i quali determinano un approccio alla programmazione che mette in risalto un modo (rispetto ad altri) di organizzare un programma. PARADIGMA Procedurale o imperativo Funzionale Logico Ad oggetti Approccio Il programma è un insieme di comandi (istruzioni). L esito del programma è dato dall esecuzione della sequenza di istruzioni Il programma è inteso come composizione di funzioni matematiche. L esito del programma è dato dall esecuzione del calcolo della funzione composta. Il programma consiste in un insieme di asserzioni di fatti logici. L e esito del programma è dato dal calcolo delle conseguenze logiche dellee asserzioni. Il programma è un insieme di oggetti, ovvero dati dotati di comportamenti. L esito del programma è dato dall interazione di questi oggetti. ESEMPI DI LINGUAGGI Pascal, C ML, Lisp Prolog Java, C++

Problemi, Modelli, Algoritmi e Implementazione Astrazione

Chiedi b 2. Chiedi h 3. Calcola p=b*h 4. Calcola area=p/2 5.

double p,a; scanf(«%d»,b); scanf(«%d»,h); p=b*h; a=p/2;

21 Problemi, Modelli, Algoritmi e Implementazione Astrazione Modello h b Area? Definizione Algoritmo Algoritmo: 1. Chiedi b 2. Chiedi h 3. Calcola p=b*h 4. Calcola area=p/2 5. Risultato: area Implementazione Codice sorgente int b,h; double p,a; scanf(«%d»,b); scanf(«%d»,h); p=b*h; a=p/2; printf(a); b=5, h=3 INPUT Programma In esecuzione area=7,5 OUTPUT Esecuzione

22 Concetti base della programmazione: variabili (tipi) Per poter manipolare i dati in un programma si Una variabile è uno spazio della memoria RAM caratterizzato da: usano le variabili. RAM 1) Una dimensione (in byte) 2) Una posizione nella RAM (indirizzo) 3) Un nome 4) Un tipo (insieme dei valori possibili) 5) Un valore Nell esempio: la variabile prezzo è una variabile di tipo numerico (intero) che occupa 4 byte di memoria. Il suo indirizzo di memoria è e il suo valore è 101 (cioè 5) prezzo byte

23 Operazioni sulle variabili (lettura/scrittura) Una variabile può essere vista come un contenitore che può contenere un solo dato per volta. LETTURA La lettura consiste nella crezione di una copia del valore della variabile. Il valore presente non viene modificato. SCRITTURA La scrittura consiste nella sostituzione del valore presente con un nuovo valore. prezzo 5 prezzo 5

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