FONDAMENTI DI INFORMATICA

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1 FONDAMENTI DI INFORMATICA Prof. Alfredo Accattatis Tutor: prof. Marcello Colella

2 Fondamenti di Informatica a.a. 201/18- A.Accattatis - accattatis@ing.uniroma2.it 2 Problemi installazione Matlab mencattini@ing.uniroma2.it Chiedere via posta all Ing. Arianna Mencattini per problematiche inerenti l attivazione della licenza «student» di matlab, eventualmente si fissa un appuntamento per incontro. Secondo piano edificio Ingegneria dell Informazione stanza B2-02

3 Concetto chiave: codifica Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 3 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? 3

4 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 4 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)

5 Strati di codifica Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 5 Un numero è solo un numero Se bisogna considerarlo un carattere, ci sarà un software (o hardware) che lo interpreta come tale 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

6 6 Multimedia e unimedia Ma lo stesso byte che contiene il valore 65 potrebbe essere interpretato come Suono (una piccolissima parte p. es. 1/44100 di secondo) La quantità di colore rosso di un singolo punto di una immagine La quantità di colore rosso di un singolo punto di una immagine che è un singolo fotogramma di un film Usiamo software e hardware per gestire tutti questi strati Come decidere il significato di un numero e come organizzare i numeri per rappresentare i dati desiderati? Tramite le strutture dati I dati da organizzare in strutture possono essere numerosi Per rappresentare tutti i punti di una schermata tipica possono volerci milioni di byte: esempio : 1280x800 = punti normalmente si usano 24 bit (3 byte) per punto ossia 3* = byte Ogni secondo di musica in un CD occupa 44100x2 byte

7 7 Architettura di un sistema informatico L architettura di un sistema informatico descrive come interagiscono hardware e software. Ciascuno strato (livello di astrazione) aggiunge nuove funzionalità al sistema.

8 8 Linguaggi di programmazione La codifica permette di scambiare informazioni con il computer (attraverso un «vocabolario») dati: campioni sonori, pixel, rilevazioni di grandezze Il linguaggio di programmazione permette di istruire il computer alla soluzione di problemi (algoritmo). «Astrae» nuove proprietà. app, pacchetto software, Tipologie di linguaggi di programmazione: Prima generazione (I): linguaggi macchina Seconda generazione (II): linguaggio assembly Terza generazione (III): C,C++, fortran, Basic Quarta generazione (IV): Java, Matlab

9 9 Linguaggi di programmazione e livelli di astrazione Si usano linguaggi diversi per differenti livelli di astrazione Linguaggio macchina (I) Linguaggio assembly (II) LOAD X ADD Y STORE Z Linguaggio di alto livello (III, IV) def fun(): a = 0; print a+5 Sequenza di istruzioni binarie eseguibili direttamente dalla CPU Istruzioni in corrispondenza diretta (1-a-1) con le istruzioni binarie ma espresse in formato simbolico Machine independent: non è legato al tipo di hardware e sistema operativo

10 10 Linguaggio di programmazione Formalizzato da Alfabeto Grammatica (vocabolario) Sintassi (sequenze) Semantica (significato) Vocabolario Parole chiave (Keywords) Variabili (Variables) Una frase in linguaggio naturale (soggetto-verbo-complemento) può essere grammaticalmente e sintatticamente corretta ma non avere significato: L erba scrive il gatto

11 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Linguaggio di programmazione La frase: Il gatto mangia il topo E invece corretta grammaticalmente, sintatticamente ed anche semanticamente.

12 12 Sequenza di realizzazione di un programma Java Language Program Progettazione e stesura del codice sorgente

13 13 Esecuzione di un programma Input: Codice eseguibile + Dati di elaborazione Processor (CPU) Devices Control Memory Input Datapath Output

14 14 Esecuzione di un programma Codice e dati caricati in memoria Processor (CPU) Control Datapath Memory Devices Input Output

15 15 Esecuzione di un programma FETCH : Il processore preleva l istruzione Processor (CPU) Control Datapath Memory Devices Input Output

16 16 Esecuzione di un programma DECODE : La CPU decodifica le istruzioni Control Datapath Processor (CPU) Memory Devices Input Output

17 17 Esecuzione di un programma EXEC : La CPU esegue l istruzione, se necessario interagisce con la memoria per caricare operandi e registrare risultati Control Datapath Processor (CPU) contents Reg #4 ADD contents Reg #2 results put in Reg #2 Memory Devices Input Output

18 18 Esecuzione di un programma Fetch Exec Decode

19 19 Esecuzione di un programma Quando il programma termina, i risultati vengono inviati al dispositivo di output Processor Memory Devices Control Input Datapath Output

20 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Usiamo Matlab: primi rudimenti della scrittura dei programmi Si parlerà di Variabili e assegnazioni di valori Caratteri e codifica Tipi di dati numerici Interi Floating point (numeri in virgola mobile) Cenno al tipo carattere e vettore Espressioni numeriche

21 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Usare Matlab/Octave Installazione Lancio Matlab oppure Octave

22 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Usare Matlab/Octave 2 Linguaggio di programmazione; Calcolatrice scientifica; Ambiente grafico.

23 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Variabili ed assegnazioni Assegnazione di valore nomevariabile = espressione = è l operatore di assegnazione; non significa uguale. La sintassi è simile all algebra convenzionale ma ha un significato differente! z = x + y z = 4*x - y Algebra: implica relazione tra x e y per mezzo di addizioni e semplificazioni: 2y = 3x Programmazione: cambio di mentalità devo cambiare il modo di pensare in merito a quello che voglio memorizzare nella variabile z (x e y devono avere valori) z = z Che significa?

24 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Nome della variabile Deve sempre essere alla sinistra e l espressione sulla destra Puo essere una combinazione di lettere maiuscole e minuscole, numeri ed i caratteri speciali _ e $. Lo spazio non è permesso. DEVE iniziare con una lettera dell alfabeto myfirstvariable myfirstvar my_1st_var 1stvarofmine NO MATLAB è case sensitive : le variabili mynum, MYNUM e Mynum sono differenti! Le Reserved words o keywords non possono essere usate come nomi di variabili

25 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Comandi utili namelengthmax who whos clear clear variablename clear variablename1 variablename2

26 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Tipi di dati Come un liguaggio di programmazione tratta i dati memorizzati in una variabile come appartenti ad una determinata categoria (es. Interi, Reali, Caratteri etc.) Non tipizzati Tipizzati, e.g. C, Fortran, Java Nome e Tipo devono essere specificati Tipizzazione debole Tipizzazione forte a Metri; b Secondi; c,d MetriPerSecondo; a+b, b+a,c+a KO c=a*b + d OK

27 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Tipi di dati MATLAB ha entrambe le possibilità: variabili tipizzate e non tipizzate Non tipizzate >> a = [2 3] % a è un vettore con due elementi a = 2 3 >> x=0.5*a x = e e+00 Tipizzate (effettuiamo un typecast) >> ai = uint8(a) %Per informazioni aggiuntive sul tipo uint8 %digitare «help uint8» sulla console %e/o consultare la documentazione online ai = 2 3 >> x = 0.5*ai x = 1 2

28 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Uso di MATLAB senza tipi espliciti >> letter = A letter = A >> letter = letter+1 letter = 66 letter è un carattere (character) letter è un double

29 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Tipi di default Di default, MATLAB memorizza tutti i valori numerici come reale doppia precisione Tipi di dati addizionali memorizzano testo, interi o valori a singola precisione, oppure una combinazione di dati correlati in una variabile singola >> thisnumber= 42.0 %una variabile è una istanza di un oggetto che memorizza I valori thisnumber = 42 >> whos thisnumber Name Size Bytes Class Attributes thisnumber 1x1 8 double

30 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Gli script Lo script è generalmente contenuto in un file Contiene una sequenza di comandi Sono (per esempio) gli stessi che abbiamo visto sinora Esempio: assegnazione di valore a variabile Esempio: comando who Esempio: operazione di somma, sottrazione divisione Una volta creato lo script con estensione.m lo potremo usare come un comando predefinito di Matlab, chiamandolo da linea di comando

31 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Un primo problema Creare uno script che faccia uso del teorema di Pitagora per il calcolo dell ipotenusa di un triangolo rettangolo: H 2 = A 2 + B 2 Dove A e B sono i cateti, ed H è l ipotenusa. clear clc B H A = 3; % primo cateto B = 4; % secondo cateto hypsq = A^2 + B^2; % quadrato dell ipotenusa(algoritmo) H = sqrt(hypsq) % il risultato A

32 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis Gli script Creare uno script «vuoto» da Octave o Matlab in tempo reale

33 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 33 Caratteri e codifica Un carattere in MATLAB è rappresentato usando le virgolette singole 'a', 'x', '3' I caratteri sono ordinati usando una codifica dei caratteri specifica La più comune e la codifica ASCII In MATLAB c è una funzione per convertire un carattere nel suo equivalente numerico >> numequiv = double('a') numequiv = 97

34 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 34 La codifica ASCII ASCII sta per American Standard Code for Information Interchange. I Computer comprendono solo numeri, pertanto un codice ASCII è la rappresentazione numerica di un carattere come p. es. 'a' oppure '@. ASCII fu sviluppato tanto tempo fa ed attualmente I caratteri non stampabili sono usati raramente (lo scopo per cui furono creati è venuto meno ) Di seguito la tabella ASCII con la descrizione dei primi 32 caratteri nonstampabili. ASCII fu in realtà progettato per uso con dispositivi (teletypes) oramai non più esistenti. Se qualcuno vi dice che vuole il vostro CV in formato ASCII significa semplicemente che vuole il testo puro (in inglese plain-text) ossia un testo senza caratteri di formattazione come tabs, neretto o sottolineatura il formato grezzo che ogni computer può comprendere. In tal modo è possibile importare il file in ogni applicazione senza problemi. Notepad.exe crea testo in ASCII puro, oppure in MS Word è possibile selezionare il salvataggio come solo testo.

35 La tabella ASCII Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 35

36 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 36 Tipi interi in MATLAB (ed altri linguaggi) Per conoscere il range di un tipo intero usare le funzioni intmin e intmax, e.g. intmin( int16 ) MATLAB memorizza i dati numerici come double per default: per memorizzare dati come interi bisogna convertirli da double al tipo intero desiderato. Usare una delle funzioni di conversione seguenti:

37 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 37 Conversione Double Integer Esempio: memorizzare 325 come un 16-bit intero con segno assegnato alla variabile X >> x = int16(325); Se il numero da convertire in intero ha una parte decimale (parte frazionaria), MATLAB arrotonda all intero più vicino. Se la parte frazionaria è esattamente 0.5, allora tra due interi «equidistanti» MATLAB sceglie quello maggiore (quello il cui valore assoluto e più elevato in ampiezza) : >> x = ; >> int16(x) ans = 325 >> x = x +.001; >> int16(x) ans = 326

38 Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 38 Double Integer: schemi di arrotondamento alternativi Se avete bisogno di arrotondare un numero con criteri diversi da quelli standard (di default) MATLAB fornisce quattro funzioni: round: verso l intero più vicino fix: verso lo zero floor: verso infinito (numero intero immediatamente inferiore con segno ) ceil: verso +infinito (numero intero immediatamente superiore con segno) >> x = 325.9; >> int16(fix(x)) ans = 325

39 Numeri reali rappresentati da un single sono rappresentati con meno precisione rispetto ai numeri rappresentati da un tipo double. Fondamenti di Informatica - A. Accattatis 39 Tipo Floating point Tipo doppia precisione (o double) : IEEE Standard 754 : ogni valore memorizzato come double occupa 64 bit. Tipo singola precisione (o single) : IEEE Standard 754: ogni valore memorizzato come single occupa 32 bit.