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Elementi di Informatica a.a. 2020/21 - Prof. G.A. Di Lucca

Dipartimento di Ingegneria Università del Sannio

CdL Ingegneria Energetica1

66Elementi di Informatica

Prof. G. A. Di Lucca - Univ. del Sannio

Concetto di Elaborazione

Elaborazione di dati Trasformazione di dati

L’ elaborazione avviene tramite la definizione ed esecuzione di

determinate regole da eseguirsi secondo un definito ordineLa elaborazione viene definita sulle informazioni ed eseguita sui dati

Dato: (rappresentazione del) valore di un’informazione

Dati Iniziali Dati Finali

Elaborazione



Concetto di ElaborazioneUn semplice esempio: calcolare il perimetro di una stanza quadrata

• Tipo e valori iniziali delle informazioni con attributo Lato e

Perimetro (indefinito inizialmente)

5 m

Regola di

elaborazionePerimetro = Lato x 4

Lato = 5

Perimetro = ?

Attributivalore iniziale

Lato = 5

Perimetro = 20

valore finale

• valori finali di Lato e di Perimetro – tra cui il/i risultato/i

• una regola, eseguita da un esecutore

Informazioni del problema:

Lato (Iniziale /input) Tipo: numero Intero

Perimetro (Finale /output) Tipo: numero Intero






... alcune considerazioni e puntualizzazioni

• non confondere le informazioni Lato e Perimetro con i

valori che assumono

– Lato e Perimetro sono attributi

• non confondere i valori con la loro rappresentazione

• la regola è definita sulle informazioni (su Lato e

Perimetro), non sui loro valori

• l’elaborazione avviene sui valori delle informazioni, sui

dati



Y=F(X)

X insieme dei dati iniziali

Y insieme dei dati finali

F regola di trasformazione dei dati (da X a Y)

Modello di Elaborazione

• F definisce la AZIONE ELABORATIVA che deve essere fatta sui dati per ottenere la trasformazione desiderata

• una azione elaborativa può essere semplice (atomica) o complessa (composta da azioni elaborative semplici)

• la semplicità o la complessità di una azione elaborativa dipende (anche) dalle capacità dell'ESECUTORE

• la trasformazione F più che una regola, in generale, costituisce un procedimento






... Procedimento: un insieme di azioni elaborative che vanno eseguite

secondo un definito ordine ...

... una azione elaborativa ‘semplice’ per un esecutore, può risultare‘complessa’ per un diverso esecutore,

… in funzione delle capacità dell’esecutore, un’azione elaborativa puòrichiedere la sua scomposizione in azioni elaborative più semplici, e laeventuale organizzazione di queste ultime in un diverso procedimento



ALGORITMO

Termine, originariamente, usato per indicare un procedimento

matematico per risolvere un problema

L'informatica lo eredita ... con qualche variante semantica;

… una definizione informale:

Un algoritmo è una sequenza finita di azioni elaborative (o di“passi di elaborazione”) che risolve automaticamente unproblema






il concetto di sequenza si riferisce all'ordine in cui le azioni

elaborative debbono essere eseguite

SEQUENZA

La sequenza deve essere FINITA, con riferimento allo spazio ed

al tempo

• spazio: numero finito di azioni elaborative (passi)

• tempo: ogni azione elaborativa si completa in un tempo finito

NB: nelle tecnologie informatiche il concetto di infinito è una astrazione teorica non modellabile e quindi intrattabile

ALGORITMO



AUTOMATICAMENTE

• esiste una macchina che può eseguirlo in modo autonomo

• la macchina una volta avviata è in grado di evolvere da sola

realizzando la elaborazione

• il procedimento descritto dall'algoritmo è DETERMINISTICO:

la sequenza è rigidamente fissata e niente è lasciato al caso (a

fattori probabilistici): a parità di dati (e condizioni) iniziali una

stessa elaborazione deve produrre sempre gli stessi risultati






Algoritmo• Sequenza finita di istruzioni,

• comprensibili da un esecutore (si può trattare di uno strumento

automatico),

• che descrive come realizzare un compito

(come risolvere un “problema”).

• Alcuni esempi

– Istruzioni di montaggio di un mobile

– Uso di un terminale Bancomat

– Calcolo del massimo comune divisore di numeri naturali

– Come realizzare una pietanza (ricetta di cucina)



Algoritmi ed esecutori• La descrizione di un algoritmo (metodo di soluzione di un problema)

dipende dalle capacità dell’esecutore

• Esempio:

Calcolo della superficie di un cerchio

– esecutore con un livello medio di scolarità ⇒“calcola la superficie s di un cerchio di cui è noto il raggio r”;

– esecutore che non conosce come calcolare l’area del cerchio ⇒“… applica la formula s = π r2”;

– esecutore che non conosce ⇒… ⇒ “eleva al quadrato il raggio e quindi moltiplica il risultato per 3.1415”;

– … e se non conosce l’elevazione a potenza ⇒

– … ⇒ “moltiplica il raggio per se stesso e poi il risultato per 3.1415”;






Algoritmi ed esecutori

• La descrizione della soluzione di un problema deve essere comprensibile all’esecutore, ovvero adeguarsi alle conoscenze/capacità dell’esecutore

• L’esecutore deve conoscere le azioni da svolgere e gli elementi/oggetti a cui applicarle

• Se il problema è complesso:

– si scompone il problema originario in sottoproblemi più semplici ;

– ovvero in problemi ciascuno più semplice del problema totale

– si prosegue nella scomposizione fino a giungere a problemi elementari (o primitivi), cioè problemi che possono essere risolti direttamente dall’esecutore mediante la descrizione di algoritmi che l’esecutore riesce a comprendere ed eseguire



Un esempio di algoritmo

• inizio operazioni

• accendere il fornello del gas

• prendere una padella, un uovo e 10 g. di burro

• mettere il burro nella padella

• mettere la padella sul fuoco

• aspettare che il burro si è sciolto,

• rompere il guscio dell’uovo

• versare delicatamente nella padella l’albume ed il tuorlo

• aspettare che l’albume sia ben rappreso

• spegnere il fuoco

• versare l’uovo fritto in un piatto

• fine operazioni

Cucinare un uovo fritto al burro:

… sequenza di azioni, ciascuna comprensibile ed eseguibile dall’esecutore… accendere, prendere, mettere, aspettare, rompere, versare, spegnere, ...

... fornello, padella, uovo, burro, piatto, ...






…. E se l’esecutore non sa accendere il fornello del gas?

…. Scomposizione in azioni più semplici di “accendere il fornello del gas”:

• prendere l’accendigas

• avvicinare l’accendigas al fornello

• girare la chiavetta del gas verso destra

• premere il pulsante dell’accendigas per innescare la scintilla

• aspettare che compare la fiamma

• smettere di premere il pulsante dell’accendigas

• allontanare l’accendigas dal fornello

• regolare l’intensità della fiamma sul valore ‘medio’

Un esempio di algoritmo



Algoritmo

• Lo stato iniziale, del contesto in cui è eseguito, può condizionare la

correttezza dell’esecuzione …

• … nell’esempio precedente si è dato per scontato che:

• il fornello fosse spento ...

• l’accendino funziona ;

• ….

Vanno specificate le eventuali precondizioni …






Un esempio di algoritmoCalcolare l’area di un terreno agricolo avente la forma riportata in figura

A

B

C

Calcola l’area del trapezio A

Calcola l’area del triangolo B

Calcola l’area del rettangolo C

Somma le tre aree calcolate

Area_trapezio = [(Bmag + bmin) * h]/2

Area_triangolo = (Base * h)/2

Area_rettangolo = Base * h

Area_terreno = Area_trapezio + Area_triangolo + Area_rettangolo

Decomposizione in problemi più semplici



Un esempio di algoritmoCalcolare l’area di un terreno agricolo avente la forma riportata in figura

Calcola l’area del trapezio Tp1

Calcola l’area del trapezio Tp2

Calcola l’area del parallelogramma P1

Somma le aree calcolate

Area_trapezio = [(Bmag + bmin) * h]/2

Area_parallelogramma = Base * h

Area_terreno=Area_Tp1+Area_Tp2+Area_Tr1+Area_Tr2+ Area_P1

Decomposizione in problemi più semplici... più soluzioni per uno stesso problema ...

Calcola l’area del triangolo Tr1

P1

Tr1

Tp1

Tp2

Tr2 Calcola l’area del triangolo Tr2






Algoritmo• Dati un problema P e un esecutore E, l’algoritmo definisce una soluzione

effettiva della classe dei problemi P per l’esecutore E, ovvero una sequenza finita di istruzioni elementari tale che:

– l’esecutore è in grado di interpretare, associando a ciascuna di esse l’azione (o la successione di azioni più elementari) che deve compiere per eseguirla

– la successione di azioni risultante dall’interpretazione delle istruzioni costituisce una procedura effettiva per l’esecutore stesso terminante in un tempo finito

• In generale, possono esistere diverse soluzioni effettive (algoritmi) dello stesso problema per lo stesso esecutore



Proprietà di un algoritmo Un algoritmo, e quindi ciascuna istruzione che lo compone, deve

soddisfare le seguenti proprietà:

• Finitezza– L’algoritmo/l’azione deve concludersi in un tempo finito

• Osservabilità– L’algoritmo/l’azione deve avere un effetto osservabile, cioè deve produrre qualcosa

• Riproducibilità– a partire dallo stesso stato iniziale, la stessa azione deve produrre sempre lo stesso

risultato

• Correttezza– L’algoritmo perviene alla soluzione del compito cui è preposto, senza difettare di alcun

passo fondamentale

• Efficienza– L’algoritmo perviene alla soluzione del problema usando la minima quantità di risorse

fisiche disponibili

• tempo di esecuzione, memoria, …






Rappresentazione degli algoritmi

• Algoritmo formulato per essere comunicato tra/eseguito da esseri umani

– sintetico e intuitivo

– rappresentato in linguaggi informali o semi-formali (linguaggio naturale, diagrammi di flusso, …)

• Algoritmo formulato per essere eseguito da macchine automaticamente

– preciso ed eseguibile dalla macchina

– codificato in linguaggi comprensibili dagli esecutori automatici (linguaggio macchina o linguaggio di programmazione di alto livello)



Algoritmo, Linguaggio, ProgrammaUn algoritmo viene descritto tramite un LINGUAGGIO

Il linguaggio di descrizione di un algoritmo deve essere comprensibile

all’esecutore, ovvero alla macchina automatica che lo esegue

Un PROGRAMMA è la descrizione formalizzata di un algoritmo, espressa

in un linguaggio di programmazione

Un PROGRAMMA è una sequenza finita di ‘frasi’ (istruzioni) ciascuna

esprimente operazioni che l’esecutore può comprendere ed eseguire

Il PROGRAMMA che deve essere eseguito è memorizzato nei registri

della memoria dell’esecutore

Il linguaggio deve essere ‘non ambiguo’, ovvero ciascuna frase

realizzata con esso deve evocare un’unica azione elaborativa

(il linguaggio ‘naturale’ non lo è)

Che bella fiera ! Mi piace la pesca È stato schiacciato dalle imposte

Pagare la mora Immerso nello stagno Ha dato una caramella al lama






Algoritmo e Programma

• Un algoritmo descrive il metodo generale per risolvere una determinata

classe di problemi, un programma è la sua descrizione specifica per un

dato esecutore

• Un programma è un algoritmo che è stato specializzato per la risoluzione,

sotto specifiche circostanze, di una specifica classe di problemi da parte

di un determinato tipo di esecutore e descritto utilizzando uno specifico

linguaggio comprensibile a quell’esecutore

• Un Programma deve soddisfare le 5 proprietà di un algoritmo

… finitezza, osservabilità, riproducibilità, efficienza, correttezza …… deterministico, non ambiguità …



Modello di Elaborazione

Dati Iniziali Dati Finali

Esecutore

Programma






Un semplice esempio

Un esecutore con le seguenti conoscenze/capacità operative:

• sa leggere ed interpretare le istruzioni indicate in una lista scritta su un

foglio;

• sa leggere da/scrivere su appositi fogli i valori da usare;

• sa usare una semplice calcolatrice;

• sa leggere e trascrivere su appositi fogli i risultati intermedi e finali

dell’elaborazione

L’esecutore deve risolvere il problema di calcolare il perimetro,

espresso in metri, di una stanza quadrata

Bisogna istruirlo circa come e cosa fare con un programma



Risultati

P

Dati iniziali

L 5

20

1

0.

2 3

54 6

7 98

0 =.

+ - * / C

L = 5

P =20

1. Inizia operazioni calcola

‘perimetro stanza quadrata’

2. Prendi la misura del

lato e scrivila sul foglio L

3. Azzera la calcolatrice

4. Leggi il valore sul foglio L

e copialo sulla calcolatrice

5. Premi il tasto * della calcolatrice

6. Premi il tasto 4 della calcolatrice

7. Premi tasto = della calcolatrice

8. Leggi il dato sul display

calcolatrice e copialo sul foglio P

9. Leggi valore sul foglio P e

forniscilo come risultato

10. Termina operazioni

0.

5.

5.

20.

4.

Il Perimetro

è 20 metri






L 5

P20

1

0.

2 3

54 6

7 98

0 =.

+ - * / C

1. Inizia operazioni per calcolare

‘perimetro stanza quadrata’

2. Prendi la misura del

lato e scrivila sul foglio L

3. Azzera la calcolatrice

4. Leggi il valore sul foglio L

e copialo sulla calcolatrice

5. Premi il tasto * della calcolatrice

6. Premi il tasto 4 della calcolatrice

7. Premi tasto = della calcolatrice

8. Leggi dato su calcolatrice e

copialo sul foglio P

9. Leggi valore sul foglio P e

forniscilo come risultato

10. Termina operazioni

Registri

•Dati

•Istruzioni

Controllore ElaborazioneInterprete/Esecutore istruzioni

Esecutore operazioni

…

Ambiente di Elaborazione

Principali elementi caratterizzanti



inoltre, acquisizione del programma e sua memorizzazione nei registri

• operazioni di ingresso: i dati vengono acquisiti dall'esterno e

memorizzati nei registri

• operazioni di trasferimento: dei dati tra registri o altri componenti

• operazioni aritmetiche e logiche: eseguite da appositi componenti

• operazioni di uscita, i dati relativi ai risultati vengono letti dai registri

e trasferiti all'esterno

Ambiente di Elaborazione

Principali Tipi di Operazioni






L'esecutore di un programma e` un elaboratore elettronico:

• necessario conoscere l'insieme di istruzioni che esso è in grado di

interpretare ed eseguire

• necessario conoscere quali sono tipi di informazioni che è in grado di

rappresentare

Ciascun tipo di elaboratore possiede un proprio insieme di istruzioni

rappresentate in linguaggio macchina (sequenze di bit)

Un Linguaggio di Programmazione permette di descrivere un programma

con un linguaggio, non ambiguo, più vicino a quello naturale; un tale

programma è poi automaticamente tradotto nel linguaggio macchina che

l’elaboratore eseguirà

Algoritmo e Programma

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