Informatica: Evoluzione dei Linguaggi di Specifica e Programmazione. Informatica: Evoluzione dei Linguaggi di Specifica e Programmazione

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1 Informatica: Evoluzione dei Linguaggi di Specifica e Programmazione Ugo Montanari Dipartimento di Informatica, Università di Pisa 0

2 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 1

3 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 2

4 Perchè i Linguaggi? Inizialmente linguaggio macchina Separazione tra parte analogica e parte digitale del computer Èun interprete universale: può eseguire tutti i programmi Oggi migliaia di linguaggi con obiettivi assai diversi Linguaggi di programmazione Procedurali, object-oriented, funzionali, logici Piu usati: C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python, Ruby, Shell, SQL, Visual Basic Linguaggi di specifica Markup (ad es. HyperText Markup Language: HTML, Extensible Markup Language: XML) Query languages: SQL per database relazionali, DATALOG deduttivi 3

5 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 4

6 Cosa è un Linguaggio? Definisce una classe di programmi (sentenze, frasi) programs 5

7 Cosa è un Linguaggio? Definisce una classe di programmi (sentenze, frasi) Definisce una classe di modelli: dominio semantico programs meanings 6

8 Cosa è un Linguaggio? Associa un modello ad ogni programma: interpretazione semantica programs meanings 7

9 Cosa è un Linguaggio? Sintassi: programmi definiti mediante una grammatica Analisi sintattica: struttura gerarchica di sottoprogrammi programs meanings 8

10 Cosa è un Linguaggio? Semantica denotazionale Semantica di un programma in termini della semantica dei sottoprogrammi programs meanings 9

11 Cosa è un Linguaggio? Programmi equivalenti: hanno la stessa semantica programs meanings 10

12 Cosa è un Linguaggio? programs meanings Composizionalità della semantica: se rimpiazziamo un sottoprogramma con un sottoprogramma equivalente, la semantica del programma non cambia 11

13 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 12

14 Un Esempio: i Numeri Binari Programmi: le sequenze di cifre binarie es Dominio semantico: i numeri naturali (astratti) 0, 1, 2, 3, Interpretazione semantica: es. [001001] = 9 Sintassi: b::= b & 0 b & 1 13

15 Un Esempio: i Numeri Binari, II Struttura gerarchica: = ((((( & 0 )& 0 )& 1 )& 0 )& 0 )& 1 Semantica denotazionale: [ ]=0 [b& 0 ]=2[b] [b& 1 ]=2[b]+1 Esempio [001001] = 2(2(2(2(2(0)+0)+1)+0)+0)+1 = 2(2(1+0)+0)+1 = 9 Programmi equivalenti: [001001] = [01001] = [1001] = 9 Composizionalità: [001001]=[1001] ==> [001001&1101]= [1001&1101] 14

16 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 15

17 Modelli di Calcolo Macchina astratta al giusto livello Punto di partenza per: semantica formale metodi di verifica e validazione di programmi progetto di linguaggi e implementazioni standard Modelli procedurali, funzionali, logici, concorrenti, nondeterministici, distribuiti 16

18 Calcoli di Processo Structural Operational Semantics (SOS) della composizione parallela per il Calculus of Concurrent Processes (CCS) di Robin Milner (~1980) 17

19 Modelli di Calcolo Calcoli di processo: modelli e linguaggi di specifica Model checking a stati finiti per verifica di hardware e protocolli Turing award 2008 a Clark, Emerson e Sifakis 18

20 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 19

21 Implementazione Compilazione vs. interpretazione Type checking Moduli, librerie, configurazione, riconfigurazione Ciclo di vita del software Interoperabilità al livello de: Linguaggio (es. JAVA) Sistema operativo (es..net) Deployment a run time Parte della informazione di progetto disponibile a run time 20

22 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 21

23 Sfide del Mondo Globale Sistemi distribuiti su larga scala Global Computing (GC): il web come calcolatore globale Open endness Eterogeneity Transazioni, negoziazioni, decisioni distribuite (commits) Causalità, concorrenza, distribuzione Costrutti linguistici e modelli formali Coordinamento, orchestrazione, coreografia Qualità del servizio e service level agreements 22

24 Sfide del Mondo Globale, II Future internet: dovunque, sempre, per ogni dato, per ogni servizio Supporto a comunità virtuali Supporto ad aziende B2B zero time Supporto alle decisioni Intra, inter, distretti Accesso a informazione locale/globale Security, trust Information retrieval di seconda generazione Modelli stocastici Dei servizi Dello sviluppo del web 23

25 Roadmap Perchè i linguaggi? Che cosa sono i linguaggi? Esempio: i numeri binari Modelli di calcolo Implementazione Sfide del mondo globale Conclusioni 24

26 Conclusioni Sviluppo di nuovi linguaggi limitato dalla messa a punto di modelli di calcolo adeguati Sempre nuovi problemi proposti dallo sviluppo tecnologico e sociale Studio dei modelli di calcolo come scienza sperimentale Verifica di sistemi critici molto problematica Possibilita di disastri di grandi dimensioni Attackers di nuova generazione 25

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