FONDAMENTI DI INFORMATICA

Transcript

1 FONDAMENTI DI INFORMATICA INTRODUZIONE AL CORSO E ALL INFORMATICA Prof. Alfredo Accattatis Slide (rielaborate) del prof. Emiliano Casalicchio

2 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 2 Comunicazione E stata abilitata la sezione iscrizione al corso sulla piattaforma DELPHI (delphi.uniroma2.it) La richiedo per fini statistici e per meglio programmare il corso

3 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 3 Info INGEGNERIA ENERGETICA/MECCANICA Aula 4: Lunedi e Giovedì dalle alle 15.45

4 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 4 L informatica, dunque, ha sostanzialmente due anime : Tecnologica: comprende lo studio dei calcolatori e dei sistemi che li utilizzano; Metodologica: studia i metodi per la soluzione di problemi e la gestione delle informazioni (algoritmi, dbms). In particolare il Calcolatore o Elaboratore o Computer è uno: Strumento programmabile per rappresentare, memorizzare ed elaborare informazioni

5 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 5 Entrambi hanno una storia relativamente lunga - methodologies (Euclid ~300 B.C.,, al-kuwarizmi ~1000 A.D., Hilbert ~1800 A.D., Gödel, Turing, ~1900 A.D., ) - machines (abacus?b.c.,, Babbage engine ~1800 A.D., ENIAC ~1940 A.D., )

6 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 6 Hardware: insieme dei circuiti fisici comprendenti la memoria, la logica di calcolo (microprocessori, unità grafiche, co-processori etc.) le periferiche di ingresso uscita (tastiere, monitor, stampanti, mouse, penne ottiche etc.); Software di base o Sistema Operativo Software applicativo: è l insieme dei programmi o app che mettono in grado l hardware di svolgere dei compiti utili

7 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 7 Interfaccia utente : modalità di interazione con la macchina

8 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 8 Windows (interfaccia a finestre, GUI)

9 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 9 DOS (interfaccia a caratteri, riga di comando)

10 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 10 -Linux - Mac/OS - IOS - Android - Z/OS - OSE - VxWorks

11 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 11 Nascita dell elaboratore? La macchina analitica di Babbage ( ) Realizzata nel 1853 Realizzata nel 1991 (Museo della scienza di Londra)

12 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 12 Il sistema di Input dei dati Unità di ingresso dati

13 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 13 La prima programmatrice: Algoritmo per generare numeri di Bernoulli Ada Lovelace = Augusta Ada Byron ( ) Matematica Inglese Linguaggio di programmazione : ADA, standard militari

14 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 14 Durante la seconda querra mondiale il matematico Alan Turing cercò di craccare (con successo) il codice enigma

15 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 15 Colossus: II guerra mondiale Ha consentito di decifrare messaggi in codice

16 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 16 Architettura di Von Neumann Prima semplice schematizzazione

17 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 17 Letture suggerite

18 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 18 Von Neumann RAM = Random Access Memory: vengono immagazzinate istruzioni e dati. Perde i dati in mancanza di alimentazione. Input/Output : ingresso e uscita dati CPU = Central Processing Unit : effettua fisicamente elaborazioni algebriche e logiche

19 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 19 Andiamo in maggiore dettaglio Come detto, esegue calcoli e confronti: Central Processing Unit (CPU). La CPU parla alla memoria Pensate la memoria come una sequenza di milioni di mailbox ognuna formata da un byte, e con un suo indirizzo L hard disk fornisce una capacità di memoria enorme rispetto alla RAM, ma è enormemente più lento Input è :Tastiera, mouse, Microfono, touchscreen, sensori etc. Output è: display, altoparlanti, attuatori 19

20 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 20 Punto della situazione (repetita juvant) Rappresentazione dell informazione Algoritmi lavorano su astrazioni (rappresentazioni) ed ora dovremmo sapere di cosa stiamo parlando Macchine (Computer) eseguono gli algoritmi, ossia li automatizzano senza sapere cosa fanno

21 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 21 Che cosa «capiscono» i computer Dalla slide precedente: Macchine (computer) eseguono gli algoritmi, ossia li automatizzano senza sapere cosa fanno Importante: non sono affatto multimediali!..sono unimedia (parole di Nicholas Negroponte, fondatore del MIT Media Lab ) Ogni cosa è costituita da 0 e 1 solo NUMERI I computer sono esageratamente stupidi Gli unici dati che capiscono sono 0 e 1 Con queste cifre ( 0 e 1 ) possono fare solo cose molto semplici Spostare un valore Sommare, moltiplicare, sottrarre, dividere Effettuare confronti, e se uno è minore di un altro andare ad un passo invece che un altro Ma una enormità di cose elementari può fare cose incredibili! 21

22 Central Processing Unit (CPU) Esegue le operazioni elencate in un algoritmo L algoritmo è memorizzato in memoria Macchine a programma memorizzato Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 22 Cicli di esecuzione 1. Fetch (prelievo) di una operazione (istruzione) dalla memoria 1. Ogni operazione è codificata in hardware oppure a microcodice 2. Decode (decodifica) istruzione 3. Execute (Esecuzione) istruzione Ogni CPU è caratterizzata da un suo insieme di istruzioni (linguaggio macchina) :

23 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 23 Memoria Memoria principale: central memory Memorizza DATI e ISTRUZIONI dei programmi in esecuzione in formato binario (base 2) volatile random access (RAM) Tempo di accesso costante SRAM, DRAM, etc. veloce (~ nsec), costosa Capacità limitata (fino a qualche Gigabyte) Struttura gerarchica Cache di primo e secondo livello, Memoria secondaria (di massa) : hard disk, CD, etc.. Non volatile Grande capacità (centinaia di Gigabytes) Lenta (~ms e più), economica 23

24 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Memoria centrale Costituita da celle (locazione), ognuna a sua volta costituita da un certo numero di BIT Ogni elemento binario (un bit) memorizza (RAPPRESENTA) solo due valori : 0 o 1 standard: una cella = 1 byte (8 bit) word sono gruppi di byte: 2, 4, 5 bytes = 16, 32, 64 bits Ogni cella è associata ad un indirizzo nel range [0,1,,M-1] M: dimensioni della memoria (e.g. 4 Gbyte, 2 Mbyte, 512 Kbyte) La memoria principale può vedersi come un vettore of byte 24 byte M-1 byte M-2 Memoria byte 1 byte 0 8 bit CPU legge/scrive il contenuto delle celle specificando l indirizzo read: fetch il contenuto di una cella write: modifica il contenuto di una cella Indirizzo a m bit address space 2m Non obbligatorio: M = 2m 24

25 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 25 Livelli di astrazione Non abbiamo la visione «a basso livello» di un computer Operazioni ad alto livello Funzioni matematiche (log, sin, ) Elaborazione testi... Memoria ad alto livello Insieme di celle identificate da un nome Definite dall utente Contenuto delle celle ad alto livello testo, immagine, insieme di, Memoria secondaria organizzata come insieme di file Hardware System Software Application Software Ottenuti attraverso strati gerarchici di software (layers)

26 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 26 Effettiva data di nascita dell informatica Quando la tecnologia ha reso possibile la costruzione di macchine capaci di processare algoritmi milioni di volte più velocemente di un essere umano? metà del secolo scorso La MACCHINA (il computer) esegue l algoritmo Per quanto pesante, noioso e complesso. Esempi: Macinatore di numeri: processamento su larga scala di numeri Calcolo del genoma umano Trovare una individuo in un campus di 30,000 persone Processare un milione di punti luminosi od un milione di campioni sonori Cercare una parola chiave con google Nessun problema! Prudenza : non abbiamo (ancora?) algoritmi e macchine per risolvere OGNI problema Problemi intrattabili Problemi non calcolabili

27 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 27 L Informatica riguarda lo studio degli algoritmi Gli Informatici studiano Come sono scritti gli algoritmi algoritmi, software engineering Le unità usate negli algoritmi Strutture dati, database, DBMS Per COSA è possibile definire algoritmi sistemi, AI, teoria, etc Interazione uomo-macchina (intefacce)

28 Specializzazioni: Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 28 Gli Informatici si possono specializzare su classi di algoritmi foto, suoni, film, animazione (grafica, computer music) Come del resto altre persone si specializzano in altri campi... Altri si orientano su problematiche emergenti: Cosa succede quando algoritmi diversi dialogano tra loro (reti, sistemi non lineari) Argomento di estrema attualità: sicurezza informatica! Noi ci occuperemo di algoritmi atti a risolvere problemi ingegneristici: Calcolare il livello di un liquidio, misurare un oggetto, movimento del braccio di un robot, cifratura, elaborazioni immagini, azionamenti a motori asincroni/sincroni (auto elettriche, azionamenti industriali), Nonostante la specializzazione, condividono alcuni concetti con altre branche dell Informatica

29 Concetto chiave: codifica Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 29 Possiamo interpretare gli 0 e 1 contenuti nella in memoria del computer come vogliamo. Possiamo considerarli numeri. Possiamo codificare informazioni in questi numeri Persino la nozione che il computer comprende solo numeri è una interpretazione Noi codifichiamo le tensioni sui fili come 0 e 1, a gruppi di otto definisce un byte che possiamo, di converso, interpretare come numeri decimali A proposito perché interpretiamo questa sequenza di bit come il numero 74? 29

30 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 30 La codifica può essere stratificata in un qualsiasi numero di livelli Codifica ASCII dei caratteri A codificato come 65 B codificato come 66 Se esiste un byte che contiene il numero 65, e decidiamo che è un carattere voilà diventa una A! Possiamo costruire una serie di numeri per definire un testo 77, 97, 114, 107 sta per Mark 60, 97, 32, 104, 114, 101, 102, 61 sta per <a href= (HTML)

31 Strati di codifica Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 31 Un numero è solo un numero Se bisogna considerarlo un carattere, ci sarà un software (o hardware) che lo farà Per esempio, che associa il numero 65 con la rappresentazione grafica del carattere A Se bisogna considerarlo come parte di un documento HTML ci sarà un software preposto allo scopo (browser)..che capisce che <A HREF= è l inizio di un link La parte che conosce HTML comunica con la parte che conosce che 65 è una A