Indice. 3 Reti logiche Reti logiche Algebra di Boole Espressioni booleane e funzioni... 48

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1 Indice 1 Introduzione Storia dell evoluzione dei calcolatori Generazione zero - Calcolatori meccanici ( ) Prima generazione - Valvole ( ) Seconda generazione - Transistor ( ) Terza generazione - Circuiti integrati ( ) Quarta generazione - Integrazione a grandissima scala (1980-) Quinta generazione - Mobile computing (1990-) Andamenti di crescita Riepilogo Rappresentazione dell informazione Il concetto di informazione Dati digitali ed analogici La codifica dei dati nell elaboratore Bit e byte La codifica binaria dei numeri Numeri naturali Rappresentazione posizionale Numeri interi ed aritmetica Aritmetica Numeri razionali Limitazioni dell aritmetica finita La codifica binaria dei dati non numerici Dati enumerativi Rappresentazione del testo Digitalizzazione Audio e video Riepilogo Reti logiche Reti logiche Algebra di Boole Espressioni booleane e funzioni

2 3.2.2 Proprietà dell algebra Completezza funzionale Reti combinatorie Decodificatori Selettori Addizionatore La funzione di memoria Segnali a livelli e a impulsi Un modello di rete sequenziale Flip-flop e registri Reti sequenziali sincrone Reti autonome e contatori Contatori Registri a scorrimento a retroazione lineare La memoria ad accesso diretto Unità di elaborazione Riepilogo Architettura del calcolatore Il calcolatore Architettura di Von Neumann (Omni)bus Memoria centrale Memoria cache L unità centrale di elaborazione Organizzazione della CPU Istruzioni macchina Il ciclo macchina Un linguaggio macchina di esempio Parallelismo Parallelismo a livello di istruzione Parallelismo a livello di processore La memoria secondaria Dischi magnetici Dischi ottici Dischi allo stato solido Gerarchia di memoria Dispositivi di ingresso/uscita Il controllore Istruzioni di I/O Accesso diretto alla memoria Riepilogo

3 5 Sistemi operativi Le funzioni del sistema operativo Il sistema operativo come una macchina virtuale Il sistema operativo come un gestore di risorse Il sistema operativo come controllore Estensioni della CPU Interrupt Modalità operative Gestione dei processi Multiprogrammazione Il processo Lo stato del processo Schedulazione dei processi Algoritmi di schedulazione Timer Commutazione di contesto Gestione della memoria centrale La spazio di indirizzamento Paginazione e memoria virtuale La segmentazione della memoria Gestione della memoria di massa Organizzazione gerarchica Allocazione dei blocchi del disco Gestione delle periferiche Driver di perifrica Modalità dell I/O Software indipendente dal dispositivo Comunicazione e sincronizzazione Corsa critica e mutua esclusione Semafori Implementazione dei semafori Stallo Caratterizzazione dello stallo Prevenzione dello stallo Struttura dei sistemi operativi Sistemi monolitici Modello a strati Gerarchia di macchine virtuali Microkernel Client-Server Riepilogo

4 6 Reti di calcolatori Mezzi di trasmissione Tipo di canale trasmissivo Tipo di connessione Commutazione di circuito Commutazione di pacchetto Estensione Reti locali Reti geografiche Internetworks Architettura del software di rete Gerarchie dei protocolli Servizi di comunicazione Il modello di riferimento Apparati di commutazione Internet Il modello di riferimento TCP/IP Lo strato di collegamento Ethernet Wi-Fi Lo strato rete Internet Protocol (IP) Lo strato trasporto TCP e UDP Lo strato applicazione Sistemi distribuiti Architetture client/server Architetture peer-to-peer Il Domain Name System Il World Wide Web Posta elettronica Il tragitto di un messaggio attraverso Internet Riepilogo Programmazione Lo sviluppo dei linguaggi di programmazione I linguaggi di programmazione di basso livello I linguaggi di programmazione di alto livello Interprete e compilatore Caratteristiche dei linguaggi di programmazione di alto livello Le variabili e l assegnamento Tipi di dato

5 7.2.2 Tipi strutturati Collezioni omogenee Collezioni eterogenee Le istruzioni di controllo Selezione Iterazione Interruzione dei cicli Programmazione strutturata I sottoprogrammi Definizione di funzioni Invocazione di funzioni Ambito di visibilità Variabili globali Il passaggio dei parametri per indirizzo Introduzione alla programmazione ricorsiva Pila di attivazione Ricorsione Riepilogo Computability Algorithms, or effective procedures The unlimited register machine Computations URM-computable functions Decidable predicates and problems Computability on other domains Church s thesis Undecidability of the Halting Problem Riepilogo Algoritmi Algoritmi Alcuni esempi di problemi computazionali Algoritmi come tecnologia Il problema dell ordinamento Ordinamento per inserimento Invarianti di ciclo e correttezza dell ordinamento per inserimento Ordinamento per selezione Analisi degli algoritmi Analisi di insertion sort Analisi del caso peggiore e del caso medio Tasso di crescita Progetto degli algoritmi

6 9.5.1 Il metodo divide et impera Ordinamento per fusione Analisi dell ordinamento per fusione Ordinamento per partizione Cenni alle strutture dati NP-Completezza Le classi P e NP Riepilogo Codifica e cifratura dell informazione L informazione secondo Shannon Entropia ed informazione Modello di un sistema di trasmissione Codifica di sorgente Codici Blocco - Lunghezza Variabile Codice di Shannon-Fano Codice di Huffman Codici Lunghezza Variabile - Blocco Codice LZW Codice run-length Codifica relativa Compressione dei dati audiovisivi Compressione delle immagini Compressione audio e video Codifica di canale Bit di parità Codici di correzione degli errori Crittografia Segretezza e cifratura dei messaggi Cifrari Crittografia a chiave simmetrica Crittografia a chiave asimmetrica Autenticazione e firma digitale Funzioni hash Firma digitale Certificazione delle chiavi Protocolli crittografici di Internet Riepilogo Programmare in Matlab Introduzione Operazioni di base Variabili Tipi di dati

7 Scripts Creazione di script Directory corrente Esecuzione degli scripts Array Vettori Array n-dimensionali Creazione di un array Indicizzazione Indicizzazione numerica nei vettori Indicizzazione lineare e subscripted negli array Indicizzazione logica Operazioni matematiche sugli array Operazioni aritmetiche Operazioni relazionali e logiche Applicazione delle funzioni di libreria Altre operazioni Slicing Accorciare ed allungare Proiezioni Concatenazione Rimodellazione Matrici Operazioni matriciali Moltiplicazione Divisione matriciale Potenza di matrice Stringhe (cenni) Grafici (cenni) Programmazione strutturata Istruzione switch Modello generale del ciclo for Vettorizzazione del codice Sulla valutazione della guardia Alcuni esempi non banali Programmazione procedurale Numero variabile di parametri Documentazione M-files Funzioni locali Funzioni anonime Ricorsione Algoritmi di ricerca e ordinamento

8 Ricerca Lineare Binaria Ordinamento Inserimento Selezione Fusione Partizione Indice analitico 333 8