Perché usare le macchine M5 U1-1. Concetti legati all'informatica. Domande. Informatica. Differenza. Elementi di base

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1 Perché usare le macchine M5 U1-1 Elementi di base perché la macchina riesce a eseguire la procedura in modo molto più rapido di quanto non possa fare l'uomo; perché l'uomo può commettere errori durante l'esecuzione della procedura, mentre la macchina applicherà sempre in maniera corretta la procedura che è stata predisposta dall'uomo; perché, lasciando alla macchina l'esecuzione dei compiti più lunghi, noiosi e ripetitivi, l'uomo può concentrarsi su attività "intellettuali" che non sono di competenza delle macchine. Domande Cosa è l'informatica Di cosa si occupa Quale sono le sue applicazione Concetti legati all'informatica le tecniche di progettazione degli algoritmi; le metodologie per la produzione del software; i linguaggi di programmazione; i programmi traduttori (compilatori e interpreti). Differenza La matematica si occupa di scoprire un procedimento per risolvere il problema; L'informatica si occupa di codificare questo procedimento in un linguaggio comprensibile ed eseguibile da una macchina. informatique Informatica contrazione di informazione automatica si riferisce alla disciplina scientifica che aiuta a risolvere problemi di una parte semplificata della realtà, tramite tecniche e metodi di analisi, la rappresentazione, elaborazione, la memorizzazione e trasmissioni delle informazioni

2 Cosa è l'informatica La scienza che studia i metodi e i processi per risolvere i problemi La scienza del ragionamento automatico La scienza che ha come principale applicazione il mondo dei computer e del software (linguaggi. Algoritmi. Architetture applicazioni. interfacce. Web). Azione Azione un qualunque evento di cui sono noti: Soggetto (esecutore) Oggetto/i su cui l esecutore deve agire Trasformazione prodotta su di essi in un unità di tempo. Cosa non è l'informatica Lo studio dei calcolatori. L'uso dei computer L'abilità di navigare su Internet La tecnica per assemblare i computer La conoscenza di particolari software La tecnica per installare software La conoscenza di svariati linguaggi di programmazione Soltanto programmare Esempio Mario parcheggia il motorino soggetto trasformazione oggetto Definizioni Un azione si dice elementare quando non può essere ulteriormente scomposta in altre azioni Un processo è un azione composta da azioni elementari Un processo si dice sequenziale se le azioni di cui è composto devono essere ordinatamente una dopo l altra. Mario e Luca Mangiare la mela Io suono Mario prende la mela Mario mangia la mela Mario sbuccia la mela Azioni sequenziali

3 L algoritmo Abu Ja'far Muhammad ibn Musa al Khwarizm Padre di Ja far, Maometto, figlio di Mosè, nativo di Kovarizm Per gli amici (Fibonacci) Algoritmo Sinonimo di procedura effettiva; procedimento di calcolo; metodo di risoluzione di un problema; insieme di regole per eseguire una data operazione., L algoritmo L' Algoritmo è la descrizione di un processo Cioè La descrizione di un procedimento che riporti la sequenza finita e ordinata di azioni elementari (istruzioni) per risolvere il problema Esempio: Il distributore di caramelle Inizio Inserire 4 monete da 0.10 centesimi Selezionare il prodotto Estrarre il pacchetto Ritirare resto Fine Esempio Massimo Comun Divisore (MCD) tra due numeri. Opera «Elementi intorno al 300 a.c.», Seconda definizione Si dice algoritmo una sequenza di azioni, valida per un insieme di dati iniziali ben definito, compiuta da un opportuno esecutore trasformi i dati nel risultato finale, attraverso un numero finito di passi elementari e non ambigui.

4 elementi fondamentali: dati iniziali e dati finali; sequenza di azioni (istruzioni oppure passi elementari); esecutore (oppure processore). Esecutore: è il soggetto che "compie" le azioni: legge le istruzioni che devono essere eseguite sui dati in ingresso, le interpreta e le esegue in modo da elaborare tali dati per trasformarli in risultati, cioè dati in uscita. L'esecutore è una persona oppure una macchina automatica Dati iniziali e finali: Dati iniziali o in ingresso vengono elaborati dall'algoritmo Finali: i risultati prodotti dall'algoritmo Per esempio, in un'addizione (algoritmo), gli addendi sono i dati in ingresso e la somma risultante i dati in uscita. I tre aspetti dell informatica Programmazione : l insieme delle operazioni per istruire la macchina (sviluppo software) Comunicazione : Metodi per trasmettere i dati e diffondere le informazioni (le reti) Miglioramento degli strumenti di elaborazione : (Sviluppo Hardware) azioni Già descritte Quindi, algoritmo e problema sono inscindibili: se c'è un algoritmo questo è stato concepito per risolvere un problema; viceversa, dove c'è un problema da risolvere è necessario scrivere un algoritmo che lo risolva esistono infatti problemi che non possono essere risolti (tutte le cifre decimali del pigreco)

5 Esempio: Il distributore di caramelle Inizio Inserire 4 monete da 0.10 centesimi Selezionare il prodotto Estrarre il pacchetto Ritirare resto Fine Non finitezze Esempio: Individuare i successori di N se N =O, il successore è l; se N = 1, il successore è il numero ottenuto sommando 1, quindi successore(n) = 1+1=2; se N = 2 il successore è il numero ottenuto sommando 1, quindi successore(n) = = 3, e l'istruzione +1 non viene eseguita un numero finito di volte, quindi non termina mai. Determinatezza Esempio1: "Se un numero è abbastanza grande allora dividilo per 3, altrimenti dividilo per 2". Che cosa significa "abbastanza grande"? Prelevare una somma dal bancomat Dati iniziali: C: codice segreto I: importo da prelevare processo risolutivo possiamo 1. introdurre la carta nel lettore 2. digitare il codice segreto C 3. digitare l'importo. da prelevare I 4. ritrarre la carta dal bancomat 5. prelevare le banconote

6 Problema mal formulato M5 U1-2 Elementi di base Trovare il perimetro del quadrato Problema non risolvibile Comprare un macchina per volare sulla luna Attenzione Risolvere X^2<0 Cosa vuol dire programmare La programmazione è l'insieme di quelle attività, a partire da un problema, che conducono alla stesura di un programma la cui esecuzione da parte di un calcolatore ha come risultato la soluzione del problema Domande In che cosa consiste il problema? Come si costruisce la soluzione di un problema? Qual è il giusto punto di partenza? Quali metodologie o tecniche occorre utilizzare? Cosa è un problema un problema è una questione in base alla quale si devono trovare uno, o più elementi ignoti (la soluzione) partendo dagli elementi noti contenuti nell'enunciato della questione stessa Come si puliscono i panni con una lavatrice? Come si possono comprare dei dolci dal distributore automatico Come si accredita in un conto bancario? Strategia risolutiva è insieme di passi da compiere per giungere alla soluzione di un problema

7 esempio Fasi strategia risolutiva la progettazione, che specifica le azioni da intraprendere per risolvere il problema, ossia per trasformare i dati iniziali in dati finali; la verifica della soluzione, che consente di di verificare che i risultati finali ottenuti siano rispondenti agli obiettivi iniziali. In caso contrario, si dovranno rivedere le specifiche rilevate in fase di analisi, apportare le modifiche al progetto e verificare nuovamente la soluzione. Verifica dei risultati Metodi Procedimento per tentativi Sfruttando l'esperienza Ripercorrere il camino all'indietro Scomposizione in sotto problemi Fasi strategia risolutiva l'analisi del problema, che rappresenta lo studio attraverso il quale si riesce a identificare l'obiettivo da raggiungere e lo stato iniziale del problema, ossia l'insieme dei dati iniziali oggettivi e significativi che si han no a disposizione; L'analisi Quindi l'analisi consiste nell affrontare il problema in modo sistematico, considerando i vari aspetti della formulazione e scomponendo situazioni complesse e piene di incognite in elementi riconoscibili e accessibili.

8 Scopo Trovare una soluzione: Obiettivo che vogliamo raggiungere Trovare un processo risolutivo : Un insieme di passi da compiere per raggiungere la soluzione di un problema Trovare un criterio di verifica: Controllo sui risultati finali e che siano rispondenti agli obiettivi prefissati Tradurlo per poter eseguire la soluzione in modo automatico Prima di tutto Comprensione del problema passi 1. Analisi 2. Tabella dei dati 3. Processo risolutivo 4. Verifica dell algoritmo Analisi Emissione ferroviario Bisogna prima di tutto fare una analisi scritta del problema individuando Gli obiettivi I dati I passi principali Criterio di verifica Analisi consiste nell affrontare il problema in modo sistematico, considerando i vari aspetti della formulazione scomponendo situazioni complesse e piene di incognite in elementi riconoscibili e accessibili. Obbiettivi evidenziare: i reali obiettivi del problema; le regole; i dati espliciti e impliciti; eliminare: i dettagli inutili e ambigui.

9 riformulare eliminare qualunque possibile forma di ambiguità del testo che porterebbe a identificare obiettivi errati; evidenziare le informazioni effettivamente necessarie eliminando i dati inutili, superflui o ridondanti; individuare ed evidenziare le informazioni che sono presenti nel testo non esplicitamente, ma in forma implicita o sottintesa. Definire e descrivere l'area di interesse: Dati iniziali Dati finali Esempio prodotto X * Y utilizzando l'addizione. Dati iniziali: i due valori Dati finali: il prodotto finale descrizione Descrizione: L'analisi del problema deve fornire una breve descrizione di che cosa si vuole fare evidenziando i possibili vincoli inerenti il problema e i requisiti, ossia specifiche richieste che devono essere soddisfatte Primo esempio Un treno merci parte ogni tre giorni alle ore 12 dalla stazione Almonte, a quota 800 m s.l.m., completamente vuoto e raggiunge dopo 4 ore la stazione Belpiano, a quota 300 m s.l.m. Al suo arrivo viene iniziata subito l'operazione di carico, che necessita mediamente di 6 ore di lavoro. A operazione di caricamento completata, il treno riparte immediatamente alla volta di Almonte, che raggiunge alle ore 16. Sapendo che l'orario di lavoro degli addetti alle operazioni di carico e scarico va dalle 8 alle 12 e dalle 14 alle 18, esiste un punto lungo la tratta Almonte-Belpiano, lunga 300 km, in cui il treno transita alla stessa ora sia in' andata che al ritorno? esempio prodotto X * Y utilizzando l'addizione. Dobbiamo anche dettagliare i casi che potrebbero verificarsi e cioè: se Y = O, il prodotto è O se Y > O, il prodotto si ottiene sommando Y volte il valore di X. Cose inutili Un treno merci parte ogni tre giorni alle ore 12 dalla stazione Almonte, a quota 800 m s.l.m., completamente vuoto e raggiunge dopo 4 ore la stazione Belpiano, a quota 300 m s.l.m. Al suo arrivo viene iniziata subito l'operazione di carico, che necessita mediamente di 6 ore di lavoro. A operazione di caricamento completata, il treno riparte immediatamente alla volta di Almonte, che raggiunge alle ore 16.

10 Frase implicita percorrendo un unico binario Alla fine Un treno parte alle ore 12 dalla stazione A, raggiunge la stazione B alle ore 16, riparte alla volta di A alle ore 12 e vi arriva alle ore 16, percorrendo un unico binario. Esiste un punto lungo la tratta A-B in cui il treno transita alla stessa ora sia all' andata che al ritorno? ragionando siccome l'orario di lavoro termina alle 18 e il caricamento richiede 6 ore, tale operazione può essere conclusa solo il giorno dopo alle ore 12; il treno, quindi, può ripartire alla volta di Almonte, che raggiunge alle ore 16. Esempio:Emissione biglietto ferroviario La soluzione finale del problema è data da un foglio di carta dove vi è scritto tutti i dati che permettono ad un ipotetico viaggiatore di usufruire del treno come mezzo pubblico (dato in output). I dati che devono essere presenti nel biglietto sono: 1. Il luogo di partenza 2. destinazione 3. Data e ora di partenza 4. costo Semplificato Un treno merci parte alle ore 12 dalla stazione Almonte e raggiunge dopo 4 ore la stazione Belpiano percorrendo un unico binario. Al suo arrivo viene iniziata subito l'operazione di carico: siccome l'orario di lavoro termina alle 18 e il caricamento richiede 6 ore, tale operazione può essere conclusa solo il giorno dopo alle ore 12; il treno, quindi, può ripartire alla volta di Almonte, che raggiunge alle ore 16. Esiste un punto lungo la tratta AlmonteBelpiano, lunga 300 km, in cui il treno transita alla stessa ora sia ali' andata che al ritorno? Il luogo di partenza,la destinazione,data e ora di partenza sono i dati che necessariamente l utente deve inserire dall esterno (sono dati iniziali di input) Inoltre ci servono altri dati iniziali che sono però memorizzati in una tabella che contiene non solo il tempo di percorrenza ma anche il costo ti tutte le tratte possibili (dati di lavoro). Il nostro processo risolutivo permetterà, una volta acquisiti i dati in input di calcolare automaticamente sia il tempo di percorrenza che il costo del biglietto.

11 Il passo principale sarà di cercare nell elenco delle tratte il nome della stazione di partenza il nome della stazione di arrivo e stampare nel biglietto tutti i dati di ingresso e gli altri dati presenti nell elenco. Per la verifica si procederà cosi si darà in input Cagliari come città di arrivo Oristano come quella di partenza La data 6/9/2010 e ore Si deve ottenere il biglietto con scritto Cagliari-Oristano,6/9/2010, ore 12.00, costo 8.99 Tempo 2 ore. Tabella dei dati Verrà spiegata in seguito Comprare del cioccolato al distributore automatico L obiettivo alla fine del processo risolutivo è quello di avere in mano fisicamente una confezione di cioccolato (dato di output). Per fare questo l utente dovrà avere i soldi per poter acquistare il cioccolato e dovrà indicare anche che tipo di cioccolato vuole. (darti iniziali di input) I soldi verranno inseriti nel distributore automatico Mentre il tipo di cioccolato sarà calcolato automaticamente, l utente dovrà solo digitare il codice del prodotto. Perché ci soffermiamo su il processo risolutivo Creare un programma non è nient altro che descrivere ( In un linguaggio comprensibile al computer ) il processo risolutivo IL COMPUTER è COME UN BAMBINO Servirà anche la tabella dei codici e dei costi (dati di lavoro) I passi principali saranno due: il primo sarà la verifica che l inserimento del denaro che dovrà essere superiore al costo del cioccolato desiderato Il secondo sarà il confronto del codice con la tabella dei codici e l erogazione del prodotto Per la verifica inserirò 60 centesimi di euro e digiterò A1 dovrà essere erogato il cioccolato Bounty Trovare un processo risolutivo Dobbiamo descrivere ciò che bisogna fare attraverso un elenco di passi Dobbiamo farlo in modo che chiunque possa capirci Dobbiamo farlo ad uno che non sa niente.

12 esempi M5 U1-3 Elementi di base Segnali di fumo Il fumo(significante), inizia la guerra (significato) Linguaggio morse (-- --) insieme di punti e linee, significato (richiesta d aiuto) Il simbolo o ;) Modi di comunicare Linguaggio verbale Suoni, regole grammaticali (chiacchieroni) Linguaggio scritto Segni, regole grammaticali (poeti) Gestuale Gesti, regole (audiolesi) Ideografico Disegni,regole (egizi,musica) Differenza segni Segni naturali Legati da causa ed effetto (fumo-fuoco) Segni artificiali Il rapporto tra significante e significato e frutto di una convenzione Cingomma (solo in Sardegna per convenzione sociale) Cicca in Sicilia Muovere la testa per annuire Tutto si basa su convenzioni I segni Mezzo attraverso il quale si trasmettono particolari messaggi Significante Elemento formale che viene percepito dai sensi Significato Idea, il concetto che la mente umana collega ad un certo segno Il linguaggio è un insieme di segni segno = significante + significato

13 Prima differenza linguaggi Verbali Suoni Lettere (normali, brail) Non verbali Vista (egizi) Corpo (danza,mimica)(quando comunichiamo) Tatto (bacio) Udito (musica)(il tono, volume) Olfatto (odore di gas) Gusto (cibi avariati o buoni) regole Grammatica Comprende l alfabeto,insieme di regole indispensabili per formare le parole e frasi(wile) Sintassi Insieme di regole per definire le struttura di frasi corrette (cin>>) Semantica La matita mangia la mela Seconda differenza linguaggi Naturali Formali I linguaggi Storia e classificazione L algoritmo deve essere tradotto in un linguaggio formale chiaro e non ambiguo, che consenta al computer di interpretarlo ed eseguirlo. Il linguaggio utilizzato si chiama linguaggio di programmazione e la traduzione si chiama codifica o implementazione. L algoritmo tradotto costituisce il programma. DIF. Linguaggi verbali Naturali Le lingue (italiano, latino, tedesco.)» Simboli (alfabeto)» Parole (regole) Azzurro, igiktew» Frasi (regole) Formali (simboli astratti) Matematica, informatica Simboli» un solo significato» Lo stesso in contesti diversi» Non cambia a seconda di chi lo usa Evoluzione dei linguaggi I linguaggi di programmazione si sono evoluti insieme ai computer, per cui si può parlare di generazioni di linguaggi: 1 generazione (anni 50 ): linguaggio macchina strettamente aderente all hardware, si programma in binario; 2 generazione: ASSEMBLY - linguaggi orientati alla macchina o di basso livello. Le sequenze di bit sono sostituite da sigle, e il programma viene tradotto da un traduttore (assembler) (drive delle penne usb );

14 Evoluzione dei linguaggi 3 generazione. Linguaggi ad alto livello o orientati al problema. Anche questi programmi devono essere tradotti in linguaggio macchina da un compilatore o da un interprete per poter essere eseguiti. 4 generazione. Linguaggi ad altissimo livello (anni 80 ), risolvono problemi di ogni tipo con un linguaggio simile a quello utilizzato normalmente. Compilatori e interpreti I compilatori e gli interpreti sono programmi in grado di tradurre le istruzioni scritte in linguaggio ad alto livello in istruzioni comprensibili al computer, cioè in linguaggio macchina. I linguaggi ad alto livello I moderni linguaggi di programmazione sono di tipo evoluto (ad alto livello) in quanto usano termini del linguaggio naturale e facilitano il lavoro del programmatore. Vengono utilizzati per risolvere problemi applicativi ed esistono linguaggi specifici per certi tipi di problemi e linguaggi adatti invece a tutti i problemi (general purpose). Compilatori e interpreti I compilatori accettano in ingresso il programma in linguaggio ad alto livello (programma sorgente) e lo traducono interamente in un programma in linguaggio macchina (programma oggetto). Finita la traduzione il programma potrà essere eseguito. Gli interpreti accettano una istruzione sorgente alla volta, la traducono e la eseguono. I linguaggi ad alto livello Caratteristiche Usabilità: facilità d uso e di apprendimento Versatilità: elevata comprensibilità e modificabilità dei programmi Portabilità: indipendenza dalla macchina. I programmi possono essere eseguiti su computer differenti e sistemi operativi differenti vantaggi svantaggi Compilatore Traduce una sola volta e produce un solo programma L esecuzione di un programma compilato e più veloce Avvenuta la compilazione non è necessario avere il compilatore in memoria Può rilevare errori diversi dall interprete consente la segretezza del programma sorgente In caso di modifica bisogna effettuare una nuova compilazione Interprete Il programma può essere modificato continuamente in maniera interattiva riducendo così i tempi Traduce il programma ogni volta che deve essere eseguito L esecuzione è più lenta avviene assieme alla traduzione Il programma per essere interpretato risiede sempre in memoria Non consente segretezza del codice

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