Esecuzione dei programmi

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1 LEZIONE 4 Memorie, Algoritmi e Variaili Esecuzione dei programmi Per essere eseguito dalla macchina di Von Neumann, un programma, che è costituito da una sequenza di istruzioni e dai dati, deve essere presente nella DATI E ISTRUZIONI memoria centrale, IN MEMORIA in forma CENTRALE di sequenze di (SKETCH) it allocate in parole successive di memoria. Memoria Per esempio, supponendo che il caricamento avvenga a partire dalla locazione di indirizzo 0: Istruzioni halt Dati La parte istruzioni e la parte dati sono nell esempio separate dalla istruzione di halt, una istruzione particolare che arresta il funzionamento della

2 LINGUAGGIO MACCHINA Istruzioni codificate in inario: istruzioni aritmetico-logiche (es. somma di due numeri, confronto tra due numeri ) prevedono indicazione dei dati su cui operare istruzioni di trasferimento dati (es. da RAM a CPU, da CPU a RAM, input, output ) prevedono indicazione dei dati su cui operare istruzioni di controllo modificano il flusso di esecuzione (altrimenti sequenziale) delle altre istruzioni in ase ad eventi esterni (es. clic del mouse) o a risultati precedenti 3 LA MEMORIA CENTRALE (/2) La Memoria Centrale (comunemente detta RAM - Random Access Memory) è il dispositivo di memorizzazione con cui la CPU interagisce Tramite il Bus Per leggere e scrivere istruzioni e dati (rappresentati in inario) La RAM consiste in un insieme di unità elementari di memorizzazione dette Celle Ogni Cella è costituita da un insieme (multipli potenza di 2: 8, 6, 32, ) di dispositivi istaili (che possono memorizzare it, appunto) per memorizzare un dato o una istruzione 4 2

3 LA MEMORIA CENTRALE (2/2) La Memoria Centrale è volatile: VOLATILE -> Richiede un flusso continuo di alimentazione elettrica per memorizza dati e istruzioni CENTRALE -> Per indicare l importante ruolo che essa gioca nell amito dell Architettura di Von Neumann Altri tipi di memorie sono dette persistenti: PERSISTENTE -> Mantiene i dati anche senza l alimentazione elettrica 5 LE MEMORIE DI MASSA (/2) La Memoria Centrale è particolarmente adatta a supportare l esecuzione dei programmi dati i suoi ridotti tempi d accesso non è adatta per archiviare dati su orizzonti temporali più lunghi data la sua volatilità Il calcolatore è dotato di altri dispositivi di memorizzazione chiamati Memorie di Massa (Memorie Secondarie) La loro funzione principale è di garantire la persistenza dei dati Capacità più elevate, costo per yte inferiore, tempi di accesso più lunghi delle memorie centrali 6 3

4 LE MEMORIE DI MASSA (2/2) Possono essere fisse (e.g. Hard Disk) o rimoviili (pen drive USB, Cd, DVD, ) Le tecnologie più utilizzate per la realizzazione di memorie di massa sono: Dispositivi Magnetici Dispositivi Ottici Memorie Flash 7 IN SINTESI (ELABORAZIONE) Con i COMPUTER, le macchine diventano strumenti per risolvere prolemi asati sulle informazioni. Aiamo isogno di codificare e memorizzare opportunamente dati e informazioni 2. Aiamo isogno di impartire le giuste istruzioni (programmi o software) per risolvere correttamente i prolemi dati 3. Aiamo isogno di dotare queste macchine di una logica di funzionamento in grado di interpretare le nostre istruzioni ed eseguirle sui dati forniti 8 4

5 PREMESSA Caratteristica fondamentale che rende potente la Macchina di Von Neumann è la possiilità di memorizzare oltre ai dati da elaorare anche le istruzioni eseguite dal calcolatore per condurre l elaorazione: SOFTWARE Con l impiego di software diversi, il calcolatore risolve prolemi molto diversi tra loro 9 GLI ALGORITMI (/5) Un algoritmo è una sequenza di istruzioni la cui esecuzione consente di realizzare un particolare trattamento dell informazione o più in generale di risolvere uno specifico prolema: Calcolare la somma di due numeri Calcolare la lunghezza dell ipotenusa di un triangolo rettangolo Risolvere una equazione di secondo grado Una ricetta di cucina Le istruzioni per montare un moile 0 5

6 IL TERMINE ALGORITMO DERIVA DA GLI ALGORITMI (2/5) Un algoritmo presuppone la presenza di qualcuno (o qualcosa) in grado di eseguirlo: l esecutore (in informatica è il calcolatore) Ogni esecutore ha il suo modello di elaorazione ed il suo ciclo di esecuzione: Es. Macchina di Turing, Macchina di Von Neumann L algoritmo viene letto dall esecutore il quale, partendo dai dati in input, esegue, in un en preciso ordine, le istruzioni in esso riportate giungendo, al termine, a ottenere i dati in output Per essere eseguito, l algoritmo deve essere formulato in un linguaggio comprensiile dall esecutore Un esecutore può eseguire un algoritmo formulato in un linguaggio che non conosce a patto che l algoritmo stesso sia preventivamente tradotto in un linguaggio che invece gli è noto 2 6

7 UN ESEMPIO DI ALGORITMO Procedura per fare la frittata 3 GLI ALGORITMI (3/5) L algoritmo deve prevedere soltanto istruzioni elementari, che richiedono all esecutore la conduzione di operazioni elementari (operazioni che egli sa compiere senza isogno di ulteriori specificazioni) Un algoritmo può richiedere l esecuzione di altri algoritmi precedentemente specificati all esecutore L algoritmo deve essere formulato in un linguaggio non amiguo, in cui cioè ogni istruzione caratterizzi univocamente una delle operazioni che l esecutore è in grado di compiere L algoritmo deve specificare senza amiguità l ordine di esecuzione delle istruzioni cui l esecutore deve attenersi scrupolosamente 4 7

8 Area di una campana () Prolema Scomposizione del prolema in tre sottoprolemi r Sottoprolema s = ½ r 2 h 2 h r=/ 2 B s =?? h 2 h B Sottoprolema 2 s = h 2 Sottoprolema 3 s =?? 5 5 Area di una campana (2) Scomposizione del sottoprolema 3 in tre ulteriori sottoprolemi h B Sottoprolema 3 h effettiva: h h s = ½ (½(B ) h ) + ½ (B ) ½ (B ) h + ½ (½(B ) h Sottoprolema 3. Sottoprolema 3.2 ) Sottoprolema 3.3 s =½ (½(B ) h ) s = h s =½ (½(B ) h ) Composizione delle soluzioni dei tre sottoprolemi 3., 3.2 e 3.3 per risolvere il sottoprolema

9 Area di una campana (3) h 2 h Prolema r=/ 2 B effettiva: s = ½ r 2 + h 2 + ½ (½(B ) h ) + h + ½ (½(B ) h ) Composizione delle soluzioni dei tre sottoprolemi, 2 e 3 per risolvere il prolema originario h 2 h r B Sottoprolema s = ½ r 2 Sottoprolema 2 s = h 2 Sottoprolema 3 effettiva: s = ½ (½(B ) h ) + h + ½ (½(B ) h ) 7 7 GLI ALGORITMI (4/5) L algoritmo deve essere formulato in un numero finito di istruzioni L esecuzione di un algoritmo deve terminare fornendo i dati in output in un tempo finito L algoritmo deve essere deterministico: eseguendo lo stesso algoritmo più volte sugli stessi dati di input, l esecutore deve generare sempre gli stessi dati di output Dott. Francesco Orciuoli 8 9

10 GLI ALGORITMI (5/5) Un algoritmo parametrico è un algoritmo che, facendo riferimento ai dati di input È in grado di risolvere non un solo prolema ma una classe di prolemi Algoritmo per risolvere Algoritmo parametrico per risolvere X + Y dove X e Y possono essere rimpiazzati da qualsiasi numero X e Y si dicono variaili e funzionano come registri di memoria nei quali si possono scrivere e leggere dati Dott. Francesco Orciuoli 9 LE VARIABILI Sono contenitori Occorre stailire che tipo di «contenuto» possono contenere Il tipo di contenuto è fisso Il loro contenuto può variare Le variaili contengono dati Il «senso» che le fa diventare informazioni si aggiunge con la programmazione Prof. Sergio Miranda 20 0