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1 FACOLTÁ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA in Ingegneria Civile Classe L/7 Insegnamento di Informatica 6 C.F.U. A.A Docente: Prof. Massimo Cefalo massimo.cefalo@unicusano.it Presentazione del corso L'informatica è una disciplina che si occupa dello studio e delle applicazioni dei computer. Abbraccia sia aspetti teorici che pratici e richiede quindi di pensare sia in termini astratti che concreti. Il lato pratico dell informatica può essere visto ed apprezzato ovunque. Oggi, praticamente tutti sono utenti di un computer, e molte persone sono anche programmatori di computer. Vista da un livello più alto, l informatica può essere considerata una disciplina scientifica, orientata in particolare al problem solving. Nata come mezzo per velocizzare i processi manuali di calcolo, oggi l informatica è la base di potenti mezzi di comunicazione, di raccolta e di elebarozione automatica delle informazioni. L informatica ha fatto nascere attività e professioni nuove, impensabili fino a pochi anni fa. Queste professioni si occupano di aspetti che vanno dal miglioramento dei processi produttivi, all'entertainment, da nuovi metodi per la gestione aziendale, a tecniche sofisticate di animazione e di generazione di suoni. Dalla cinematografia, alla simulazione multifisica dei sistemi meccanici e biologici. Gli informatici sono professionisti che devono possedere buone abilà nell ambito della modellazione astratta e della modellazione fisica, spiccate capacità di analisi dei problemi e una forte conoscenza del funzionamento dell hardware dei calcolatori. Ai progettisti di software è spesso richiesto di avere una buona cultura generale e un ottima conoscenza della matematica per essere in grado di progettare soluzioni e verificarne la corretteza. Il problem solving richiede infatti precisione, creatività e un attento ragionamento. L'informatica ha anche forti connessioni con altre discipline. Molti problemi nel campo della scienza, dell'ingegneria, della medicina, dell organizzazione aziendale sono affrontati e risolti efficacemente

2 con l uso dei calcolatori elettronici, ma trovare una soluzione, oltre alle conoscenze avanzate del dominio di applicazione richiede spesso particolari competenze ed abilità informatiche. L informatica assume dunque un ruolo molto importante nella formazione accademica di un ingegnere. Indipendentemente dal percorso di specializzazione infatti, le conoscenze dell informatica di base e di programmazione sono imprescindibili da qualunque applicazione professionale di successo. Il corso di Informatica è organizzato in quattro parti. La prima parte del corso, oltre ad alcune note storiche sulla nascita dei computer e dell informatica, fornisce informazioni sull organizzazione hardware di un calcolatore ed introduce gli argomenti necessari per comprendere i meccanismi di base dell elaborazione artifificiale ed automatica dell informazione. La seconda parte del corso è relativa al software e presenta i fondamenti della programmazione mediante l introduzione al linguaggio C, un linguaggio procedurale, multipiattaforma, versatile e di assoluto valore per qualunque applicazione professionale ingegneristica. La terza parte del corso fornisce una preparazione di base sulle principali tecniche di programmazione utilizzate per risolvere alcuni problemi classici di tipo astratto. L ultima parte del corso introduce infine il sistema operativo Linux, un esempio di sistema operativo libero, open source, molto efficiente e particolarmente apprezzato negli ambienti scientifici e per gli impieghi professionali in genere. Il Regolamento didattico del Corso di Laurea prevede che lo studente sia in grado di prepararsi a sostenere l esame nell arco di un periodo di 12 settimane. Propedeuticità Non vi sono esami propedeutici alla preparazione del corso di Informatica. E' tuttavia necessario il possesso delle seguenti conoscenze: una buona cultura generale; capacità logico-analitiche; una buona conoscenza delle nozioni fondamentali della matematica. Sono da riternersi sufficienti allo scopo le conoscenze fornite dai percorsi formativi della scuola secondaria. Ricevimento studenti Consultare il calendario alla pagina seguente del nostro sito verificando gli orari di Videoconferenza di Informatica: Orario delle lezioni Consultare il calendario alla pagina seguente del nostro sito verificando gli orari di Modulo di Informatica: Date degli appelli Consultare il calendario alla pagina per gli appelli presso la sede di Roma, e alla pagina per gli appelli presso le sedi esterne.

3 Programma del corso PARTE I - ARCHITETTURA DI UN CALCOLATORE 1 Introduzione 1.1 Cenni storici Modulo Terminologia La rappresentazione dell informazione in un calcolatore Tipi di computer e tendenze del mercato Il software... 2 La rappresentazione binaria 2.1 Sistemi di numerazione Modulo Il sistema ottale e il sistema esadecimale Conversioni di base Modulo Calcoli tra numeri interi Modulo Addizioni e sottrazioni Calcoli tra numeri in virgola mobile Modulo 5 3 La macchina di von Neumann 3.1 Struttura Modulo La memoria Il sottosistema di calcolo e il sottosistema di controllo... 4 Il linguaggio macchina 4.1 Il formato istruzioni Modulo Il ciclo vita di una istruzione e il linguaggio macchina Modulo 8 e Esempi di programma in linguaggio assembly Modulo 10 e 11 PARTE II - FONDAMENTI DI PROGRAMMAZIONE IN C 5 Introduzione al C 5.1 Note storiche Modulo Il primo programma in C Compilazione di un programma C... 6 I dati 6.1 Tipi di dati primitivi, variabili e costanti Modulo Tipi di dati non primitivi I typedef e gli enum Modulo Conversioni tra tipi... 7 Le istruzioni 7.1 Gli operatori Modulo Gli operatori aritmetici, relazionali e logici L operatore di assegnamento Gli operatori di incremento e decremento...

4 7.1.4 Precedenze tra gli operatori Le istruzioni condizionali Modulo Le istruzioni di controllo dei cicli... 8 Struttura dei programmi 8.1 Le funzioni Modulo Alcune funzioni di Input/Output Alcune funzioni matematiche Modulo Le direttive del preprocessore e i file header... 9 I puntatori 9.1 Introduzione Modulo Passaggio di parametri per riferimento Allocazione dinamica della memoria Modulo Alcune funzioni di manipolazione delle stringhe Modulo 21 PARTE III - ALGORITMI FONDAMENTALI 10 Strutture dati astratte 10.1 Liste Modulo Pile e code Alberi Modulo Alberi binari di ricerca Algoritmi 11.1 Algoritmi per array e liste semplici Algoritmo di ricerca sequenziale Modulo Algoritmo di ricerca dicotomica Algoritmo di ordinamento InsertionSort Modulo Algoritmo di ordinamento SelectionSort Modulo Algoritmo di ordinamento BubbleSort Modulo Algoritmo di ordinamento QuickSort Modulo Algoritmo di ordinamento MergeSort Modulo Algoritmi di visita di un albero binario Algoritmo di visita in ordine anticipato Modulo Algoritmo di visita in ordine simmetrico Modulo Algoritmo di visita in ordine posticipato Modulo 32 PARTE IV - FONDAMENTI DI LINUX 12 Introduzione 12.1 Cenni storici Modulo Il progetto GNU Il kernel Le distribuzioni Linux Il File System

5 13.1 Nomi di file e cartelle Modulo Permessi e modalità di accesso ai file Struttura del file system Command shell 14.1 Tipi di shell Comandi per il login e il logout Modulo Comandi per le directory Comandi per i file Modulo Comandi per la stampa Altri comandi... Testi di riferimento 1. Dispense del docente. 2. Sulla parte I del corso: Architettura e organizzazione dei calcolatori elettronici - Fondamenti, McGraw-Hil - G.Bucci. 3. Sulla parte II del corso: C - Corso completo di programmazione, Prentice Hall Inc. - Harvey M. Deitel & Paul J. Deitel, 4. Sulla parte III del corso: Introduzione agli algoritmi e strutture dati, McGraw-Hil - Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein Obiettivi formativi Il corso ha lo scopo di far acquisire allo studente una conoscenza generale dei principi di funzionamento di un calcolatore elettonico, dei principi alla base della rappresentazione e dell elaborazione automatica dell informazione e i fondamenti della programmazione in C. Il corso ha inoltre lo scopo di far conoscere allo studente lo logica alla base di alcuni algoritmi fondamentali e di introdurre il sistema operativo Linux. Risultati attesi di apprendimento Conoscenza dell architettura di un calcolattore elettronico, della rappresentazione binaria e dei relativi metodi di calcolo per l implemtentazione delle operazioni aritmeriche principali sui numeri interi e decimali. Padronanza nell utilizzo del linguaggio assembly presentato nel corso che dimostri la conoscenza dell organizzazione logica di un calcolatore. Conoscenza e padronanza del linguaggio di programmazione C per la realizzazione autonoma di programmi di calcolo strutturati ed efficienti, che sfruttano i puntatori e la gestione dinamica della memoria. Capacità di implementare in C gli algoritmi fondamentali presentati nel corso relativi a ricerca, ordinamento, visita, inserimento e cancellazione dati per strutture dati astratte come liste ed alberi.

6 Programma ridotto Gli studenti che a seguito dell avvenuto riconoscimento di un esame affine, sostenuto in una precedente carriera accademica, devono sostenere l esame di Informatica in forma ridotta (non da 6 c.f.u.) saranno esaminati sugli argomenti del corso relativi alla programmazione in C e agli algoritmi fondamentali (ovvero sulle parti 2 e 3 del programma: moduli da 12 a 32, estremi compresi). Modalità d esame e di valutazione L esame consiste in una prova scritta della durata di 90 minuti, sia quando svolto nella sede di Roma, sia quando svolto in un polo esterno. Non è prevista una prova orale obbligatoria. Tuttavia, gli studenti che hanno sostenuto la prova scritta presso la sede di Roma, conseguendo un voto almeno pari a 18/30, possono chiedere in modo del tutto facoltativo di sostenere una prova supplementare orale allo scopo di migliorare il punteggio finale. Tale prova consisterà in una interrogazione libera, potenzialmente su tutti gli argomenti coperti dal corso, compreso lo svolgimento di piccoli esercizi di programmazione. L esito di tale prova facoltativa potrà contribuire a far crescere il voto finale così come a farlo decrescere, nel caso di una prova scarsa. Durante la prova scritta NON è consentito utilizzare dispense, appunti, testi o formulari in formato cartaceo né digitale ad eccezione di un manuale di programmazione C, consultabile esclusivamente per le parti relative alla definizione dei costrutti linguistici. L uso della calcolatrice è consentito solo nel caso di calcolatrici non programmabili. Prof. Massimo Cefalo

7 Massimo Cefalo Curriculum vitae Adjunct professor in Computer Science at University Niccolò Cusano of Rome Via Don Carlo Gnocchi 3, Rome, Italy Researcher at DIAG - Dipartimento di Ingegneria Informatica, Automatica e Gestionale Sapienza University of Rome Via Ariosto 25, Rome, Italy BIOGRAPHICAL NOTES Massimo Cefalo attained a Laurea degree in Computer Science Engineering at the University of Rome La Sapienza in May In April 2006, he attained a Ph.D. in Systems Engineering at DIS (Dipartimento di Informatica e Sistemistica) in the same University. His main research theme has been the motion control of underactuated mechanical systems. During the Ph.D. he also attended a three-year high training international school (NewMinE) on the elearning topic. In 2008 Massimo won a research fellowship at IRI (Istitut de Robotica Industrial - Barcelona, Spain) and worked on the topic of modeling and control of Tensegrity systems (a special class of underactuated mechanical structures). In 2010 Massimo won a new research fellowship at SBAI (Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'ingegneria Sapienza University of Rome). The topic of this collaboration concerned the development of new mesh generation algorithms for the numerical approximation of second order transmission problems across highly conductive layers of fractal type. In October 2011, Massimo won a research fellowship at DIAG at the same University, where he is currently working on the field of robot motion and path planning for redundant robot systems. In January 2015 Massimo won the position of adjunct professor in the University Niccolò Cusano of Rome for the course of Computer Science in the degree courses of civil engineering and industrial engineering.

8 PUBLISHED PAPERS: INTERNATIONAL JOURNALS Cyclic task-constrained motion plannig, M.Cefalo, G.Oriolo, submitted to IEEE Trans. on Robotics (2014). An optimal mesh generation algorithm for domains with Koch type boundaries, M.Cefalo, M.R.Lancia, accepted for publication on Mathematics and Computers in Simulation; April 2014 Heat flow problems across fractal mixtures: regularity results of the solutions and numerical approximation, M.Cefalo, M.R.Lancia, H.Lyang, Differential and Integral Equations, 26 (2013) Numerical approximation of transmission problems across Koch-type highly conductive layers, M.Cefalo, G.Dell Acqua, M.R.Lancia, Applied Mathematics and Computation 218 (2012) Real-Time self collision detection algorithms for tensegrity systems, M.Cefalo, J.M.Mirats Tur, International Journal of Solids and Structures 47 (2010) A comprehensive dynamic model for class-1 tensegrity systems based on quaternions, M.Cefalo, J.M.Mirats Tur, International Journal of Solids and Structures 48 (2011) INTERNATIONAL CONFERENCES Task-constrained motion planning for underactuated robots, M.Cefalo, G.Oriolo accepted for publication to 2015 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA 2015), Seattle, USA KUKA LWR4 dynamic modeling in V-REP and remote control via Matlab/Simulink, Selected contribution at workshop session at IROS 2014, Chicago, USA Boundary design for fast diffusion across (pre)fractal boundaries, M.Cefalo, M.R.Lancia 8 th European Conference on Elliptic and Parabolic Problems, Gaeta Italy, May 2012 Dynamically Feasible Task-Constrained Motion Planning with Moving Obstacles, M.Cefalo, G.Oriolo 2014 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA 2014), Hong Kong, China, June 2014 Task Constrained Motion Planning with Moving Obstacles, M.Cefalo, G.Oriolo, M.Vendittelli 2013 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS 2013), Tokyo, Japan, pp , 2013 Planning Safe Cyclic Motions under Repetitive Task Constraints, M.Cefalo, G.Oriolo, M.Vendittelli 2013 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA 2013), Karlsruhe, Germany, pp , 2013 Numerical approximation of evolution problems in (pre)fractal domains, M.Cefalo, M.R.Lancia, H. Liang 7 th European Conference on Elliptic and Parabolic Problems, Gaeta Italy, May 2012 An optimal mesh generation for domains with Koch-type boundaries, M.Cefalo, M.R.Lancia, Mascot11 11 th Meeting on Applied Scientific Computing and Tools, Rome Italy, October 2011 Numerical approximation of some conditioned heat flow problems across fractal layers, M.Cefalo, G.Dell Acqua, M.R.Lancia; SIMAI 2010 Biannual Congress, Cagliari Italy, June 2010 Energy-based control of the Butterfly robot, M.Cefalo, L.Lanari, G.Oriolo; Syroco 2006, 8 th International IFAC Symposium on Robot Control, Bologna - Italy, September 2006 The REAL Lab: Remote Experiments for Active Learning, M.Cefalo, L.Lanari, G.Oriolo, M.Vendittelli; XLI AICA Annual Congress, Trento - Italy, September 2003