Silvia Rossi. Prime nozioni di Programmazione. Lezione n. Corso di Laurea: Informatica. Insegnamento: Programmazione I

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1 Silvia Rossi Prime nozioni di Programmazione Lezione n. 1 Corso di Laurea: Informatica Insegnamento: Programmazione I Docente: silvia.rossi@unina.it A.A

2 Informazioni: docente/corso Programmazione I Contatto: silvia.rossi@unina.it Orario di Ricevimento: Martedì: 14:00-15:00 PRISCA Lab (Edificio 8b, livello -1) Libri di testo consigliati: Deitel H.M., Deitel P.J. C Corso completo di programmazione, ed. Apogeo Kernighan B., Ritchie D. Linguaggio C, Pearson Education Italia Online: Facebook: Programmazione I gr.2

3 Informatica Per definire cosa è l informatica è necessario definire le seguenti nozioni. Informazione Rappresentazione Elaborazione Algoritmo

4 Informazione Informazione: notizia, dato o elemento che consente di avere conoscenza più o meno esatta di fatti, situazioni, modi di essere. Dato: elementi di informazione costituiti da simboli che debbono essere elaborati. 4

5 Rappresentazione In generale ogni rappresentazione è una funzione che associa ad ogni elemento una sequenza di simboli. Per ogni rappresentazione, oggetti (numeri) distinti devono avere differenti rappresentazioni e la rappresentazione di ogni oggetto deve essere unica. Le rappresentazioni usate sui calcolatori impiegano tutte sequenze finite di simboli, tali quindi da rappresentare insiemi finiti di naturali. 5

6 Elaborazione L elaborazione è una trasformazione: Y=F(X) dove: X è l insieme di dati iniziali o di ingresso Y è l insieme dei dati finali o di uscita F è una regola che fa corrispondere Y ad X La trasformazione F si può ottenere attraverso una o più azioni elaborative (o passi di elaborazione), cioè trasformazioni elementari che devono essere eseguite per ottenere una trasformazione.

7 Algoritmo L algoritmo è una sequenza finita di azioni elaborative che portano alla realizzazione di un compito. Un algoritmo deve essere: Comprensibile Corretto Efficiente

8 INFORMATICA Informazione + automatica = Informatica L informatica è una disciplina nata dalla necessità di velocizzare le operazioni di calcolo matematico e per gestire le informazioni automatizzate. Hardware: parola inglese il cui significato letterale è ferramenta (da Hard=duro e Ware=merce). In riferimento al computer indica l'insieme di tutto ciò che compone fisicamente il computer, ovvero tutto ciò che si può toccare con mano: monitor, tastiera, hard-disk, ecc., inclusi i cavi elettrici. Software: parola inglese Soft=morbido e Ware=merce, che, nel linguaggio informatico, indica la parte invisibile del computer, cioè l'insieme dei programmi ed istruzioni che guidano un elaboratore e che gli consentono di risolvere i problemi che gli sono posti.

9 HARDWARE tutto quello che quando non funziona puoi prendere a calci SOFTWARE tutto quello che quando non funziona puoi solo imprecare 9

10 Il calcolatore Il calcolatore è una entità (reale o astratta) in grado di accettare dati in input, immagazzinarli ed elaborarli per lo svolgimento di un certo compito A tale fine il calcolatore esegue una sequenza ordinata di comandi (istruzioni) Il software è l insieme di istruzioni che il calcolatore deve eseguire per svolgere un certo compito L hardware è l insieme delle componenti fisiche necessarie al calcolatore per eseguire le istruzioni

11 Il calcolatore: il software Programmazione: realizzazione di software per diversi scopi: Tradurre un linguaggio in un altro (compilatore) Gestire l intero hardware (sistema operativo) o un suo dispositivo (driver) Aiutare a scrivere testi (word processor) Gestire banche dati Programmi applicativi (DBs, word processors, ) Utilities, drivers Compilatore (Linguaggi di Programmazione) Sistema Operativo HARDWARE SOFTWARE

12 Il calcolatore come esecutore Esecutore - qualsiasi entità E (umana o non) in grado di: Riconoscere un insieme finito S di istruzioni (linguaggio) scritte con l uso di simboli di un alfabeto (C) Interpretare ogni istruzione associando a essa una ben definita, univoca e finita azione di un insieme finito di azioni (A) azioni istruzioni alfabeto c 1... c m C a 1 s 1 a 2 s 2 s 2 =c 3 c 1 c 5 c 1 A... a n... s n S

13 Il calcolatore come esecutore Definizione di Calcolo di E Un algoritmo (G) è un insieme finito di azioni di A tali che eseguite una per volta risolvono un problema dato Le azioni sono estratte da A anche con ripetizioni ma in numero finito Un programma (P G ) è l insieme finito di istruzioni corrispondenti alle azioni dell algoritmo G E esegue P G (E calcola P G ) significa: memorizzare e interpretare la sequenza di istruzioni P G eseguire, in modo deterministico e in un numero discreto di passi, la sequenza di azioni di G a esse associate (eseguire l algoritmo) esecutore esegue input algoritmo a 1 G=a 3 a 2 a 3 a 7 a 1 a 3 programma P G =s 3 s 2 s 3 s 7 s 1 s 3 A a 2... a n S s 1 s 2... s n

14 Il calcolatore come esecutore Un esempio di esecutore: un braccio meccanico che disegna poligoni S = insieme di istruzioni Abbassa Alza Input x Output x Alza la penna Abbassa la penna Ruota la penna verso destra di x gradi Ruota la penna verso sinistra di x gradi Avanti la penna di x quadretti Indietro la penna di x quadretti A = insieme di azioni meccaniche del baccio meccanico x x Avanti di x Ruota verso destra di x

15 Il calcolatore come esecutore Un esempio di esecutore: un braccio meccanico che disegna poligoni P (problema) = disegnare un rettagolo di base x e altezza y P G Input x Input y Abbassa la penna Avanti la penna di y quadretti Ruota la penna verso destra di 90 gradi Avanti la penna di x quadretti Ruota la penna verso destra di 90 gradi Avanti la penna di y quadretti Ruota la penna verso destra di 90 gradi Avanti la penna di x quadretti y x G = insieme di azioni di A che risolvono il problema

16 Lo pseudocodice è un linguaggio artificiale e non del tutto formalizzato per esprimere le (macro)azioni che costituiscono l algoritmo Lo pseudocodice I programmi scritti in pseudocodice non sono destinati al computer ma ai programmatori Strumento valido per mettere nero su bianco gli algoritmi Un linguaggio semplice di rapida traduzione nel linguaggio di programmazione da usare (C) leggi(input) if condizione: fai_qualcosa() else: fai_qualcosaltro() stampa(messaggio)

17 Il calcolatore: architettura Registri CPU ALU Unità logico aritmetica UC Unità Di controllo dati istruzioni INPUT Memoria principale Memoria secondaria Memoria OUTPUT calculus = sassolino computare = tagliare

18 Il calcolatore: hardware Stampante Monitor RAM Mem. Principale CPU Cache (L1/L2) Mem. Primaria Scheda Audio Scheda Video CDROM Mem. Secondaria Tastiera Mouse HD Mem. Secondaria 18

19 Il calcolatore: la piramide di memoria Registri CPU Cache L1 L2 RAM Fisica Virtuale Memoria secondaria Hard Drives (Dischi, CDROM, Floppy), Drive Removibili, Network Dispositivi di input/output Tastiera, Mouse, Scanner, VideoCamera, Device Remoti, etc.

20 Informazione Una sequenza di bit Il calcolatore: memoria RAM Rappresenta dati o istruzioni Oggi le architetture più diffuse sono a 32 (e 64) bit Un registro a n bit può contenere 2 n valori diversi può indirizzare una memoria RAM di dimensione fino a 2 n bytes bits word byte 2 10 = 1024 = 1 Kilo 1KB = 2 10 bytes = 2 13 bits = 8 Kbit 2 20 = = 1 Mega 1MB = 2 20 bytes = 2 23 bits = 8 Mbit 2 30 = = 1 Giga 1GB = 2 30 bytes = 2 33 bits = 8 Gbit

21 Il calcolatore: memoria RAM Random Access Memory (RAM) Memoria volatile Contiene informazioni (istruzioni e dati) codificate in byte contigui L indirizzo del 1 o byte fa accedere all area di memoria contenente l informazione RAM Registro Indice Registro Prossima Istruzione CPU D E V C P P D/I OPCODE 0 0REGISTER/CTRL MEM ADDRESS dati istruzioni

22 Rappresentazione dell informazione In generale ogni rappresentazione è una funzione che associa ad ogni elemento una sequenza di simboli. Per ogni rappresentazione, oggetti (numeri) distinti devono avere differenti rappresentazioni e la rappresentazione di ogni oggetto deve essere unica. Una rappresentazione è strettamente correlata al tipo di mezzo impiegato. 22

23 Rappresentazione Numerica Ogni sistema di rappresentazione dei numeri deve essere caratterizzato: da una base costituita da un insieme di simboli diversi (cifre); da un sistema (insieme di regole) che permette di associare ai diversi numeri le diverse stringhe di simboli. 23

24 Rappresentazione Il sistema decimale utilizza dieci simboli per rappresentare un numero Il sistema binario utilizza due simboli 0 1 Il sistema ottale utilizza otto simboli Il sistema esadecimale utilizza sedici simboli A B C D E F 24

25 Rappresentazione dell informazione Il sistema numerico decimale è un sistema di tipo posizionale ovvero: Le cifre che compongono un numero cambiano il loro valore secondo la posizione che occupano 7237 (settemiladuecentotrentasette) in base 10 7x x x x10 0 7x x x10 + 7x =

26 Il calcolatore: rappresentazione dati Un generico numero N in base p è rappresentato da una sequenza di cifre (numerale) «N» p = a n, a n -1,, a 1, a 0 (numerale) dove ciascun a i rappresenta un numero compreso fra 0 e p-1, a n è la cifra più significativa e a 0 la meno significativa.

27 Rappresentazione dell informazione 27

28 å = - - = = n i i i o o n n n n p p a p a p a p a p a N = Il sistema decimale

29 å = - - = = n i i i o o n n n n p p a p a p a p a p a N ) 2 8 ( = = = = Il sistema binario

30 Conversione decimale-binario 43 : 2 = 21 con resto di 1 21 : 2 = 10 con resto di 1 10 : 2 = 5 con resto di 0 5 : 2 = 2 con resto di 1 2 : 2 = 1 con resto di 0 1 : 2 = 0 con resto di 1 43 =

31 0 1 BIT BYTE

32 Rappresentazione dell informazione Numero di bit Combinazioni Totale

33 Somma binaria Nel sistema di numerazione in base 2 esistono due soli simboli: 0 e 1 e quindi quando si effettua l'operazione 1 + 1, non si ha un unico simbolo per rappresentare il risultato, ma il risultato è 0 con il riporto di 1, cioè 10 (da leggere uno, zero e non dieci). Le regole per effettuare l'operazione di somma di due cifre binarie sono riassunte di seguito: = = = = 0 con riporto di 1

34 Somma binaria La somma dei due numeri interi e è pari a: =

35 Moltiplicazione binaria Le regole per la moltiplicazione sono: 0 * 0 = 0 0 * 1 = 0 1 * 0 = 0 1 * 1 = 1

36 Quale è il maggiore? A) B) C)

37 Rappresentazione dei Caratteri Oltre che le lettere (maiuscole e miniscole) dell alfabeto inglese e le cifre decimali, ci si riferisce con il termine caratteri anche ad altri caratteri quali: i caratteri di interpunzione (la virgola, il punto, i due punti, ecc.) caratteri di varia origine (il meno, l asterisco, le parentesi, ecc.) Per rappresentare l insieme di tutti i caratteri sono sufficienti 7 bit.

38 Rappresentazione dei Caratteri I caratteri che costituiscono un testo vengono codificati tramite sequenze di bit, utilizzando un codice di traduzione. Un codice di traduzione è una tabella che stabilisce una corrispondenza tra un carattere e la stringa di 7 bit che la rappresenta. Poichè esistono numerose possibilità di costruire le tabelle di traduzione, per motivi pratici è opportuno sceglierne una di riferimento e utilizzare sempre quella prescelta (standard). L uso di un codice di traduzione standard consente a sistemi diversi di comunicare tra loro.

39 Codice ASCII

40 Rappresentazione dell informazione 7 bit 128 combinazioni diverse di numeri Lettere dell alfabeto 25 Maiuscole 25 Numeri 10 Punteggiatura 15 Simboli 6 Comandi 34 Caratteri speciali 13 Totale 128

41 Problema Algoritmo di risoluzione Programma

42 Problema Un esempio di esecutore: un braccio meccanico che disegna poligoni P (problema) = disegnare un rettagolo di base x e altezza y P G Input x Input y Abbassa la penna Avanti la penna di y quadretti Ruota la penna verso destra di 90 gradi Avanti la penna di x quadretti Ruota la penna verso destra di 90 gradi Avanti la penna di y quadretti Ruota la penna verso destra di 90 gradi Avanti la penna di x quadretti y x G = insieme di azioni di A che risolvono il problema

43 1. INPUT lato 2. abbassa la penna 3. vai avanti di lato quadretti 4. ruota verso destra di 90 gradi 5. vai avanti di lato quadretti 6. ruota verso destra di 90 gradi 7. vai avanti di lato quadretti 8. ruota verso destra di 90 gradi 9. vai avanti di lato quadretti 10. ruota verso destra di 90 gradi

44 Con un linguaggio più ricco: 1. INPUT lato 2. abbassa la penna 3. ripeti 4 volte le seguenti istruzioni: 4. ruota verso destra di 90 gradi 5. vai avanti di lato quadretti

45 1) INPUT lato 2) abbassa la penna 3) vai avanti di lato quadretti Lato = 20??? A A 45

46 1. INPUT lato 2. abbassa la penna 3. ripeti 4 volte le seguenti istruzioni: 4. ruota verso destra di 90 gradi 5. se lato è minore di 10 allora: 6. vai avanti di lato quadretti Con un linguaggio più ricco (2):

47 Scrivere in pseudo codice un algoritmo per trasformare numeri decimali in numeri binari. Esercizio

48 Determinare il passaggio dalla numerazione decimale alla binaria. Prendiamo in considerazione il numero 25 e dividiamolo per 2 più volte: ogni volta il quoziente viene sempre diviso per 2 finché l ultimo quoziente è minore del divisore e diverso da zero (e quindi 1). Il numero in base 2 cercato è uguale all ultimo quoziente seguito da tutti i resti presi in ordine inverso (le cifre evidenziate in neretto): 25 : : : :