1

Parte 2

Fondamenti di programmazione

2

Definizione intuitiva di algoritmo Elenco finito di istruzioni che specificano una serie di operazioni, eseguendo le quali e’ possibile risolvere ogni istanza di un problema di un dato tipo

3

Proprietà degli algoritmi FINITI NON AMBIGUI GENERALI

4

Soluzione di ax2+bx+c=0

1. inizio dell’algoritmo;2. acquisire dall’esterno i valori dei coefficienti a, b e c;3. calcolare il valore b2-4ac;4. se , allora non esistono radici reali: eseguire 8;5. se , allora x1=x2=-b/2a: eseguire 7;6. se , allora x1=(-b+)/2a e x2=(-b-)/2a;7. comunicare all’esterno i valori di x1 ed x2;8. fine dell’algoritmo.

5

Descrizione degli algoritmi

Diagramma a blocchi (flow chart): rappresentazione grafica di un algoritmo che indica il flusso delle trasformazioni descritte dall’algoritmo che devono essere eseguite a partire dai dati iniziali per ottenere i risultati finali.

6

Blocchi elementari

begin

end

input

output

azione

Cverofalso

7

Esempio su ax2+bx+c=0

end

begin

a, b, c

b2-4ac

V F

FV x1=-b/2a

x2=-b/2a

x1=(-b+)/2a

x2=(-b-)/2a

radici c.c. x1, x2

8

Il gioco dei quindici

Quindici oggetti, ad esempio fiammiferi, sono su una tavola. Il primo giocatore ne raccoglie 1, 2 o 3. Il secondo giocatore ne raccoglie a sua volta 1, 2 o 3. Quindi è ancora il primo giocatore a raccogliere 1, 2 o 3 fiammiferi. I giocatori alternano le loro mosse finchè sul tavolo non esistono più fiammiferi. Il giocatore che è costretto a raccogliere l’ultimo fiammifero è il perdente.

Descrivere una strategia vincente per il primo giocatore

9

Problema delle dodici monete

Tra 12 monete di identico aspetto potrebbe nascondersene una falsa e pertanto di peso diverso. Disponendo di una bilancia a 2 piatti per confrontare gruppi di monete, si vuole individuare la moneta falsa e stabilire se essa pesi più o meno delle altre, mediante non più di 3 pesate.

10

Soluzione del gioco dei quindici

Siano A il primo giocatore e B il secondo

1. Prima mossa: A raccoglie 2 fiammiferi

2. Mosse successive: se B raccoglie k fiammiferi (k<=3), allora A raccoglie 4-k fiammiferi

11

Soluzione del gioco delle monete

1, 2, 3, 4 : 5, 6, 7, 8

1, 2, 5 : 3, 4, 6 1, 2, 5 : 3, 4, 6

9, 10 : 11, 1

1:2 7:8 1:2

9:10

7P 8P

1L

9L 0

1L 2L 3L 4L5P 6P 7P 8P

1P 2P 3P 4P5L 6L 7L 8L

9L 10L 11L 12L9P 10P 11P 12P01L 2L 6P 5P 3L 4L 5L 3P 4P 7L 8L 1P 2P 6L

9L 10L 11P12L 12P 0

9P 10P 11l

7:8 3:4 3:4

6P 2L 8P imp 7P 3L 5P 4L 4P 5L 3P 7L imp 8L 2P 6L

12:1 9:10

11P 10L 12L 12P 10P 11L 9P

1P

12

Breve storia dei calcolatori

Primi strumenti di calcolo meccanici

Abaco1600

Pascal (somma e sottrazione)Leibniz (moltiplicazione e divisione)

1800Babbage (quadrato e stampa)Babbage (macchina analitica)

Ada Augusta Lovelace (prima programmatrice)Schede perforate utilizzate nel 1890 (inizio di IBM)

13

1944Mark I (primo calcolatore elettromeccanico)

1946ENIAC

1949EDSAC (macchina di tipo Von Neumann)

Anni successiviStessa architettura ma tecnologia più avanzata

1960Internet (fine anni sessanta per esigenze militari, si chiamava Arpanet)

1989www (word wide web: enorme enciclopedia)

14

HardwarePezzi fisici tangibili che supportano l’elaborazione (chip di silicio, fili elettrici, tastiera, dischi, stampanti….)SoftwareI componenti hardware sono inutili se non ricevono precise istruzioni. Un programma è una serie di istruzioni che l’hardware esegue in sequenza.

15

Componenti hardware principali

Dispositivi di input

Ad es.: mouse, tastiera

Dispositivi di output

Ad es.: monitor, stampante

Insieme in uno stesso contenitore

Processore (CPU)Central Processing UnitInterpreta e esegue le istruzioni

Memoria

Organizzazione hardware standard

Memoria

Processore(CPU)

Dispositividi

input

Dispositivi di output

16

Due Tipi di Memoria

Principalearea di lavoromantiene temporaneamente programmi e dati (mentre il programma è in esecuzione)

Ausiliariapermanentesalva programmi e risultati Esempi: floppy & hard disk, CD, nastri

17

Indirizzo Dato

3021 1111 0000

3022 1100 1100 Dato 1: 2 byte

3023 1010 1010 Dato 2: 1 byte

3024 1100 1110

3025 0011 0001

3026 1110 0001

Dato 3: 3 byte

3027 0110 0011

3028 1010 0010 Dato 4: 2 byte

3029 … Etc.

Organizzazione della Memoria Principale

Bit = una cifra binaria

valori: 0 o 1Byte = 8 bitLa memoria principale è una lista di locazioni numerate ciascuna di un byteIl numero di byte utilizzato per memorizzare un dato varia con il tipo di dato

18

Radice

Organizzazione della Memoria Ausiliaria

File Directory Directory

File Directory Directory

File

File

File FileDirectory

Directory

19

Programma

Insieme di istruzioni che il calcolatore deve eseguire

Calcolatore

Programma

Input Output

20

Tipi di Programmi

Sistema OperativoProgramma supervisore

DOS, Windows, MacOS, UNIX, LinuxApplicazioni esistenti

word-processor/editorweb browsercompilatori o assembler

Applicazioni create dall’utente

21

Informazione

Esistono due formati per memorizzare l’informazione:ANALOGICO DIGITALE

L’informazione analogica è continua La tecnologia digitale spezza e cresce proporzionalmente alla l’informazione in tanti pezzisorgente di informazione che rappresenta come numeriEs: termometro di mercurio, segnali Es: compact discelettrici

22

I computer moderni sono digitali:Ogni tipo di informazione è spezzato in blocchi. Ogni blocco è rappresentato da un numero e l’informazione è memorizzata sotto forma di sequenza di numeri. Il computer digitale memorizza l’informazione sotto forma di numeri binari (base 2).La singola cifra binaria si chiama bit (binary digit). La base del sistema indica quante cifre si hanno a disposizione e il valore posizionale di ogni cifra in un numero.

23

Sistemi posizionali

Il sistema di numerazione decimale è basato sull’alfabeto decimale {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} ed ogni numero è rappresentato come sequenza di simboli di tale alfabeto. Ad ogni simbolo è associato un peso a seconda della posizione.Es:2863=2x103 +8x102+6x101+3x100

24

In generale i sistemi numerici posizionali in base b2 rappresentano ogni numero con m cifre in base b:N=cm-1…….c0

Dove i ci denotano elementi di un insieme di b simboli che corrispondono ai primi b numeri naturali 0…..b-1.Vale N=∑cibi

Es:11002=1x23+1x22+0x21+0x20

25

Come comunicare

Linguaggio macchina:sequenze di 0 ed 1rigorosoessenziale

Linguaggio assembler:simbolicosemplice traduzione aggiuntiva

Linguaggio naturale:linguaggio preferito dall’essere umanoambiguo, ridondante, non preciso

Linguaggio di programmazione ad alto livello

26

Storia Moderna

PASCAL (1970)

Programming in Logic (1971)

C (1974)

ADA(1980)

27

Storia Contemporanea

C++ (1985)

Java (1994)

28

Tipi di programmazione

Funzionale

Logica

Procedurale

Orientata agli oggetti

29

Traduttori

traduttore

programma

macchina

Codice in l. macchina

dati

macchina

Codice in l. macchina risultati

30

Compilatori ed interpreti

Compilatoreprogramma che traduce un programma in linguaggio ad alto livello in un programma in linguaggio più semplice che il calcolatore può eseguire (più o meno) direttamente.

Interpreteprogramma che traduce ed esegue una dopo l’altra le istruzioni che compongono il programma sorgente

31

L’approccio di Java

Sia compilato che interpretato

Codice intermedio: “Byte Code”codice a basso livello portabilesimile al codice assembler ma indipendente dall’hardwareinvisibile ai programmatori Java

L’interprete traduce dal byte code in un programma nel linguaggio macchina della macchina specifica

32

L’ambiente Java

Programma Java

Compilatore Java

Programma inByte-Code

Dati in input

Esecuzione

Interprete

Programmi precedentementecompilati

Output del Programma Java