ARGOMENTI
(EVOLUZIONE DEL SOFTWARE: ALCUNI PERCORSI)
•
SOFTWARE: DI COSA PARLIAMO?
•
PERIODO PIONIERISTICO:
LINGUAGGIO MACCHINA = STRUTTURA HARDWARE
•
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
•
INGEGNERIA E INDUSTRIA DEL SW
•
APPENDICE: ESEMPI FORTRAN E COBOL
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Lo sviluppo dei linguaggi di programmazione è
stato motivato da diverse istanze la prima delle
quali, facilmente intuibile, è stata quella di rendere
meno ostico il lavoro di programmazione.
La risposta iniziale a tale requisito è stata
l’introduzione dei linguaggi cosiddetti assemblativi
(Assembler).
N. B. Con il termine “assemblatore” (assembler) si
designano sia il linguaggio e sia il programma
traduttore.
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label
op. code
operands / arguments
comments
Brano di un programma scritto in assembler (IBM 360)
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Pur mantenendo una corrispondenza uno a uno con le istruzioni del linguaggio macchina, un linguaggio di tipo assembler presenta i
seguenti principali vantaggi:
- il codice operativo (op.code) è tendenzialmente mnemonico (p.e.
LA = Load Address);
MVI = MoVe Immediate;
BC = Branch on Condition;
- l’etichetta (= indirizzo) o label dell’istruzione e degli operandi (campi di dati) può essere espressa con nomi di comodo scelti dal
programmatore;
- i campi di dati vengono definiti mediante le pseudo-istruzioni che, nell’esempio, compaiono nelle ultime tre righe (DS = Define
Storage; DC = Define Constant, con indicazione del valore iniziale);
- i commenti esplicativi sono ad uso del programmatore e vengono ignorati dal programma traduttore.
Un gran numero di linguaggi di questo tipo, più o meno sofisticati, furono sviluppati autonomamente da gruppi di programmatori per
uso “locale” sul computer che avevano in dotazione. Quelli di cui è rimasta memoria sono tuttavia legati ai computer che avevano la
maggiore diffusione e quindi, inevitabilmente, ai vari modelli IBM: tra i più precoci - metà degli anni ‘50 - il SOAP (Symbolic
Optimizer and Assembly Program) per l’IBM 650.
Gli assembler rimanevano comunque linguaggi di una notevole complessità - comportavano anche la necessità di imparare a
conoscere con un notevole grado di dettaglio il funzionamento interno del computer su cui si lavorava - e per di più lasciavano
irrisolto un aspetto critico: tutto il software sviluppato per una certa macchina risultava inutilizzabile su macchine differenti, anche
se possedute da una stessa organizzazione, o quando si passava a macchine più evolute.
Per di più, se da un lato il progresso delle tecnologie hardware offriva al programmatore in assembler un corredo di istruzioni native
sempre più ampio e versatile, dall’altro lato - e quasi paradossalmente - l’eccessiva proliferazione di opzioni gli veniva a complicare
l’apprendimento e l’uso ottimale del linguaggio.
Le figure che seguono, anche senza commento, possono dare un’idea dei livelli di complessità raggiunti (a titolo esemplificativo, il
riferimento è alla famiglia di elaboratori IBM 360, messa sul mercato nel 1964).
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Alcune delle 130 istruzioni disponibili nel linguaggio
assembler per l’IBM 360 (1964)
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Formati delle istruzioni del sistema IBM 360.
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parola
mezza parola
byte
0000 0100 1101 0010
come sopra ma su una parola
0100 0011 0100 1101 0010 0000 0000 0000
come sopra ma su due parole
4
4
Digit Sign
0000 0001 0010 0011 0100 1100
4
4
Sign Digit
1111 0001 1111 0010 1111 0011 1100 0100
Sei modi per rappresentare uno stesso numero: +1234
(sistema IBM 360)
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Nel corso degli anni Sessanta, solo la Control Data Corporation era andata in controtendenza con il CDC 6600 che - pur
appartenendo alla classe dei supercomputer - era basato su un instruction set piccolo e semplice.
Nel 1975, il problema fu affrontato e avviato a soluzione da un gruppo di ricerca dei laboratori IBM diretto da John Cocke. Ne scaturì
la cosiddetta architettura RISC (Reduced Instruction Set Computer) che prevedeva un numero limitato di istruzioni native di
formato unico ed assai veloci (eseguibili in un solo ciclo di macchina), assistito da un gran numero di registri. Per certi versi - altro
paradosso! - era un ritorno alle semplici strutture che avevano caratterizzato i computer pionieristici.
L’acronimo RISC fu proposto da David Patterson (Università di Berkeley); lui e John Hennessy (Università di Stanford)
approfondirono le ricerche iniziate dalla IBM e l’architettura RISC riscosse l’adesione di numerosi costruttori.
Per sottolineare la rottura rispetto alla precedente tendenza, le architetture tradizionali vennero poi designate come CISC (Complex
Instruction Set Computer).
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L’invenzione dei cosiddetti linguaggi “di alto livello” o
“problem oriented” va inquadrata nella prospettiva
FACILITÀ D’USO
+
MACHINE INDEPENDENCE
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FACILITÀ D’USO:
comprensibilità, concisione,
aderenza al tipo di problemi
Due brevi esempi della programmazione in
Fortran e in Cobol (vedi Appendice) illustrano
questi aspetti in maniera intuitiva.
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MACHINE INDEPENDENCE:
il flusso elaborativo
PROGRAMMA
TRADUTTORE A
(compilatore o interprete)
PROGRAMMA
SORGENTE
PROGRAMMA
TRADUTTORE B
(compilatore o interprete)
PROGRAMMA OGGETTO
ESEGUIBILE SULLA
MACCHINA A
PROGRAMMA OGGETTO
ESEGUIBILE SULLA
MACCHINA B
(linguaggio di
alto livello)
PROGRAMMA
TRADUTTORE N
(compilatore o interprete)
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PROGRAMMA OGGETTO
ESEGUIBILE SULLA
MACCHINA N
MACHINE INDEPENDENCE:
il punto di vista del programmatore
PROGRAMMA
SORGENTE
MACCHINA
ASTRATTA
(linguaggio di
alto livello)
(grammatica
del linguaggio)
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Il passo successivo ai linguaggi simbolici tipo Assembler fu quindi inteso a conferire ai linguaggi di programmazione un drastico
miglioramento in termini di comprensibilità, di facilità di apprendimento e di predisposizione verso una specifica classe di
problemi.
A tale istanza se ne aggiunse però un’altra, nuova e del tutto inattesa: la tendenza all’indipendenza dalla macchina (machine
independence), nel senso in cui si parla anche di portabilità del software.
Alla lunga, è stata proprio l’indipendenza dalla macchina a determinare un salto di qualità nella cultura informatica: l’invenzione dei
linguaggi di alto livello.
Si è trattato di una vera e propria rivoluzione copernicana dopo la quale l’interlocutore dell’agente umano non è stata più una
specifica macchina fisica, bensì una macchina astratta stabilmente definita dalla grammatica, dalla sintassi e dalla semantica del
linguaggio di alto livello.
Il software scritto in un determinato linguaggio di alto livello poteva infatti “girare” su computer di qualsiasi tipo, purché dotati di uno
specifico programma traduttore - compilatore o interprete che fosse - scritto una volta per tutte per quel tipo di computer.
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Esempi celebri, dei quali daremo brevi cenni, sono:
FORTRAN - Formula Translator (1955),
COBOL - Common Business Oriented Language
(1959),
LISP - List Processor (1959),
BASIC - Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction
Code (1965).
Del linguaggio ALGOL ci occuperemo più avanti.
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Il Fortran si distingue per la predisposizione al calcolo
scientifico in quanto la sua grammatica si ispira alle
espressioni tipiche dell’algebra; utilizza inoltre un
insieme di parole “riservate” tratte dalla lingua inglese
(p.e. if, do, integer, read, write, goto).
Il Fortran fu definito in casa IBM da un gruppo di ricerca
diretto da John Backus[1] e il primo programma
compilatore (Fortran I) vide la luce nel 1955.
Grazie alla sua efficacia e alla forza di trascinamento
dell’IBM, divenne uno standard “di fatto” e tutti i
concorrenti, volenti o nolenti, svilupparono compilatori
Fortran per i propri computer.
[1]
In parte ispirato da un compilatore che Laning e Zierler avevano realizzato per
Whirlwind.
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E’ verosimile che, nelle intenzioni iniziali dell’IBM, lo sviluppo del Fortran avesse come obiettivo quello di acquisire un vantaggio
competitivo nei confronti della concorrenza e non già quello dell’indipendenza dalla macchina.
Tale intento fu in effetti conseguito per un breve periodo ma, considerato l’enorme gradimento che anche i clienti non-IBM
manifestavano verso il Fortran, le aziende concorrenti si attrezzarono rapidamente per costruire i compilatori per i propri computer.
Del resto le specifiche del linguaggio erano di dominio pubblico - non foss’altro perché erano contenute nei manuali di
addestramento - e, partendo da esse, la cosa non era poi così difficile per i concorrenti.
Una tattica di questo genere, nel caso del Fortran ma anche nella storia di altri linguaggi, funzionò ancor meglio allorché tali
linguaggi, nati come standard di fatto all’interno di qualche azienda o istituzione, divennero standard legali ad opera degli enti di
standardizzazione riconosciuti a livello internazionale.
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Il linguaggio Cobol fu invece definito nel 1959 da un
organismo collegiale denominato CODASYL
(Committee on Data Systems Languages) costituito su
iniziativa del Ministero della Difesa (DOD: Department
of Defense) con la partecipazione di esperti accademici
e dei più importanti costruttori di computer.
Uno dei principali protagonisti nella definizione del
Cobol è stata Grace Murray Hopper, famosa anche per
essere stata la prima donna a raggiungere il grado di
contrammiraglio nella US Navy.[1]
[1] Anche
il Cobol aveva un antecedente: il Flow-Matic che, non a caso, era stato
sviluppato dalla UNIVAC (divisione della Remington-Rand) sotto la direzione di Hopper.
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Il DOD era di gran lunga il più grande e influente utilizzatore di sistemi informatici, con centinaia di centri di elaborazione dotati di
computer delle svariate marche; il suo deciso intervento in favore della definizione di un linguaggio “comune” derivava dalla
confusione organizzativa e dall’enorme spreco di risorse profuse nella produzione di software per la gestione delle procedure
amministrative (“business”).
Ogni centro sviluppava infatti propri sistemi di software per risolvere i medesimi problemi, utilizzando linguaggi i più disparati, tra
loro incompatibili e non “portabili”,da quelli tipo assembler a quelli più evoluti ma ancora rudimentali e inventati localmente.
Da allora in avanti tutti i fornitori che volessero fare affari con gli enti governativi USA - e si trattava spesso di affari enormi dovettero garantire la disponibilità di un compilatore Cobol per lo sviluppo di software gestionale. L’esempio del DOD fece scuola
presso la generalità degli utilizzatori di computer anche se la programmazione nei vari assembler, considerata più efficiente, rimase
in voga per lungo tempo.
La drastica presa di posizione del DOD intendeva reagire ai primi sintomi della cosiddetta “crisi del software” di cui parlerò più
avanti.
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Avendo menzionato Grace Murray Hopper, citiamo quasi a mo’ di aneddoto l’origine del
termine bug (insetto) e derivati (p. e. debugging) usato nel senso di “errore informatico
difficile da individuare”: un insetto sul contatto di un relè interruppe il funzionamento di
un calcolatore elettromeccanico che stava eseguendo una serie di calcoli matematici.
Il reperto storico, incollato con un pezzo di scotch, è conservato nel quaderno di lavoro
tenuto dalla Hopper, alla data del 9/9 (1945), mentre lavorava sul Mark I del laboratorio
di Harvard diretto da Howard Aiken. Malgrado abbia tratto origine da un problema di
hardware, è con riferimento al software che oggi si parla correntemente di bug.
La Encyclopedia of
Computer Science, alla
voce Bug, c’informa che la
parola in questione era già
stata usata, col significato
di malfunzionamento, in
una lettera di Thomas Alva
Edison datata 1878.
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La genesi degli altri due linguaggi prima menzionati,
Lisp e Basic, è invece avvenuta nell’ambiente
accademico.
Il Lisp fu concepito da John McCarthy e Marvin Minsky
nell’ambito dell’Artificial Intelligence Project del MIT
(1959) e si affermò come strumento di elezione per le
ricerche sull’intelligenza artificiale.
Ne derivarono una quantità di varianti e di dialetti
sviluppati negli Stati Uniti entro un intreccio di interessi
industriali, di ricerca accademica e di finanziamenti
pubblici, sostenuti specialmente dall’ARPA (Advanced
Research Project Agency) che, nel 1981, tentò senza
successo di pervenire a uno standard. Solo in seguito
fu definito lo standard ANSI Common Lisp.
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Al Dartmouth College, nel 1965, John Kemeny e
Thomas Kurz inventarono il Basic come strumento per
iniziare gli studenti all’arte della programmazione
nell’ambiente Time Sharing di cui disponeva il college;
il traduttore di tipo interprete lo rendeva specialmente
adatto a questo uso.
Questa stessa caratteristica si rivelò più tardi
appropriata anche alle capacità dei primi
microprocessori; il Basic fornito alla Apple da Bill Gates,
non senza qualche astuzia affaristica da parte di questo
intraprendente giovanotto, segnò il primo business di
rilievo nella travolgente storia della Microsoft.
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Si è visto come i linguaggi di programmazione di maggiore successo siano nati come standard “di fatto”.
Tuttavia, anche a causa della loro rilevanza sotto il profilo economico, essi si sono ben presto imposti all’attenzione degli organismi
di standardizzazione riconosciuti a livello internazionale.
Con le opportune revisioni critiche, tali organismi hanno conferito lo status di standard “legali” ai linguaggi di programmazione di
maggiore interesse; solo allora il requisito della machine independence è stato conseguito nella sua interezza.
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Cronologia della prima definizione degli standard
ANSI (American National Standards Institute) e
ISO (International Organization for Standardization)
LINGUAGGIO
Standard ANSI
Standard ISO
FORTRAN (1955)
1966
1972
COBOL (1959)
1968
1972
LISP (1959)
1994
1997
BASIC (1965)
1987
1991
Da notare che gli standard sono successivamente
sottoposti a revisioni periodiche.
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La proliferazione dei linguaggi
di programmazione è tutt’altro
che cessata; il loro numero
attuale è di oltre 2.500.
Questo trend - anche se in
molti casi giustificato da
oggettive necessità di
specializzazione - ha dato
luogo alla metafora della “torre
di Babele” che fu proposta
dall’autorevole periodico
Communications of the ACM
(Association for Computing
Machinery).
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Fonte: [3] nella bibliografia di questa lezione (con adattamenti del docente)
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I linguaggi assemblativi non hanno richiesto alcuno speciale accorgimento per la loro formulazione in quanto, nella sostanza, si
limitavano a sovrapporre una nomenclatura simbolica al preesistente linguaggio macchina di cui ricalcavano la struttura.
La situazione cambiò radicalmente con l’avvento dei linguaggi di alto livello che sono delle vere e proprie lingue artificiali
autonome.[1] Dopo i primi tentativi di sapore artigianale, ci si rese conto che la definizione di questi linguaggi artificiali trovava un
supporto quanto mai appropriato nei risultati che, giusto in quel periodo, stavano emergendo dalle ricerche degli studiosi di
linguistica e di logica matematica.
Risultarono di speciale rilevanza e pertinenza le ricerche di Noam Chomsky sulla struttura delle grammatiche generative e
trasformazionali applicate ai linguaggi liberi dal contesto, nei quali ogni termine ha un’interpretazione univoca, a prescindere dal
contesto entro il quale è formulato.[2]
[1] Il
problema a cui mi riferisco è quello della definizione formale di un linguaggio; problema ben distinto da quello
dell’implementazione di un programma traduttore (compilatore o interprete che sia).
[2] La
relativa facilità con cui si poteva realizzare la traduzione tra due linguaggi artificiali (tali sono infatti, seppure di natura diversa,
i linguaggi di alto livello e i linguaggi macchina) suscitò ottimistiche previsioni sulla possibilità di pervenire rapidamente alla
traduzione automatica anche tra lingue “naturali”. Previsioni che andarono deluse tanto che questo problema rimane a tutt’oggi
aperto alle ricerche in intelligenza artificiale; la causa principale consiste proprio nella dipendenza semantica che i termini del
linguaggio naturale manifestano nei confronti del contesto sia testuale che situazionale. Basta pensare alle metafore, ai doppi sensi,
all’evoluzione delle accezioni correnti, agli omonimi se non addirittura alla mimica e alla gestualità.
Risultati soddisfacenti si sono conseguiti solo nella traduzione e nel sunteggio della letteratura scientifica grazie al fatto che la prosa
scientifica è di norma poco fantasiosa e tendenzialmente non ambigua e, per di più, fa largo uso di quel particolare linguaggio
universale che è la notazione matematica.
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Tale connubio interdisciplinare[3], che già aveva influenzato la definizione e l’affinamento del Fortran e del Cobol, fu espressamente
adottato come metodo di riferimento allorché si costituì un gruppo indipendente, di estrazione prevalentemente accademica, allo
scopo di definire un linguaggio di alto livello, denominato Algol - Algorithmic Language, adatto ad ogni circostanza applicativa.[4]
Dopo due anni di lavoro, la prima versione dell’Algol fu messa a punto nel corso di un convegno svoltosi a Zurigo nel 1958; una
nova versione fu definita da un comitato riunitosi a Parigi nel 1960 e fu pubblicata due anni dopo, con minori aggiustamenti. [5]
[3]
Nel quale confluivano altri strumenti teorici e metodologici quali le funzioni ricorsive, gli automi a stati finiti, la teoria dei grafi etc.
[4]
In tema di linguaggi algoritmici è necessario menzionare due notevoli precedenti: il Plankalkül (Piano di calcolo) proposto da
Konrad Zuse nel lontano 1945 e il linguaggio che Corrado Böhm aveva definito nella sua tesi di dottorato al Politecnico Federale
di Zurigo (tesi del 1952, pubblicata in Italia nel 1954).
La comunità di lavoro dell’Algol vedeva una partecipazione paritetica di studiosi americani ed europei (tra questi ricordiamo almeno i
nomi del danese Peter Naur, dell’olandese Edsger W. Dijkstra e dello svizzero Niklaus wirth); un fatto inusuale, visto che
nell’Europa continentale si era ancora fermi alla concezione di computer scientifici costruiti in esemplare unico mentre americani e
inglesi erano ormai assuefatti all’impiego di macchine prodotte industrialmente per un ampio mercato.
Riuscire a conciliare i due punti di vista fu una bella manifestazione di reciproca buona volontà anche se, in questo come in altri
casi, non mancarono dispute su questioni sostanziali e anche su argomenti apparentemente minori; tra queste ultime va ricordata la
questione dell’adozione del punto decimale (uso anglosassone) piuttosto che della virgola (uso dell’Europa continentale) il cui esito
di compromesso fu quello di introdurre nel Cobol la clausola opzionale “decimal point is comma”.
[5]
Entrambe le riunioni, precedute da intensi lavori preparatori, si protrassero per otto giorni. Con evidente riferimento agli eventi, il
rapporto finale sulla prima versione fu chiamato Algol 58 o Zürich Report e la seconda versione Algol 60. Il successivo Algol 68
risultò un linguaggio notevolmente diverso dal genitore e fu specificato da un gruppo di lavoro costituito all’interno di un organismo
sovranazionale e indipendente: IFIP - Internatinoal Federation for Information Processing.
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Nessuna delle versioni dell’Algol divenne popolare come linguaggio di programmazione; in parte a causa della sua concezione
marcatamente teorica e lontana dalla sensibilità comune del popolo dei programmatori e in parte a causa dalla freddezza con cui fu
accolto dai maggiori costruttori di computer, specialmente quelli americani, che ormai avevano puntato quasi tutte le carte su
Fortran e Cobol, il cui successo di pubblico non accennava a declinare. [6]
In compenso, l’Algol influì profondamente sull’ambiente scientifico, tanto che la branca specialistica dell’informatica teorica prese
corpo e identità ad opera soprattutto di quanti avevano contribuito alla sua definizione. [7]
Tra i numerosi risultati delle ricerche connesse al progetto Algol ricordiamo i metalinguaggi per la specifica dei linguaggi di
programmazione (in particolre: BNF - Backus Naur Form[8]; VDL - Vienna Definition Language) e le Reti di Petri per il trattamento
dei processi con precedenze. [9]
[6]
Vanno tenuti in conto anche gli analoghi insuccessi in cui incappò perfino la grande IBM con lo sviluppo di due nuovi linguaggi di
alto livello: l’APL (A Programming Language) e il PL/ I (Programming Language I).
APL derivava da una notazione formale che Howard Aiken - famoso pioniere dei computer nella Harvard University - aveva
concepito nel 1955 come strumento didattico. Ripreso dieci anni dopo da Kenneth Iverson e trasformato in un potente linguaggio
per il calcolo numerico, risultava tuttavia di uso altamente specialistico e inoltre prevedeva un set di caratteri esotici che comportava
l’uso di tastiere speciali.
Il PL/ I, al contrario, era pensato come linguaggio general purpose; fu proposto nel 1965 per enfatizzare la carica di innovazione che
accompagnava l’uscita del Sistema /360 ma si scontrò anch’esso con l’inerzia con cui Fortran e Cobol si opponevano al
cambiamento.
Anche la Olivetti incappò in un problema analogo: come linguaggio standard per l’ELEA 6001 (1961) era stato scelto il Palgo,
sviluppato da Mauro Pacelli e collaboratori in analogia con l’Algol. La “Associazione Utenti 6001”, composta in massima parte da
ricercatori universitari, reclamò invece un compilatore Fortran che fu messo a punto in gran fretta da un team diretto da Marisa
Bellisario.
[7]
Tra di essi il già ricordato Corrado Böhm.
[8]
L’acronimo BNF fu inizialmente letto come Backus Normal Form ma poi apparve opportuno riconoscere il contributo paritetico del
danese Peter Naur.
[9]
Carl A. Petri era ricercatore e docente nell’Università di Berlino; le Reti di Petri furono usate, tra l’altro, per la gestione delle
risorse all’interno di un Sistema Operativo.
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CENNO AI NUOVI PARADIGMI
Linguaggi “strutturati” (p.e. “goto-less” languages), che incorporano o rendono
agevole l’applicazione delle norme della programmazione strutturata.
Capostipite: Pascal, Niklaus Wirth, 1971).
Linguaggi non procedurali “orientati agli oggetti” (object oriented). Esempi
tipici di uso attuale: C++ (1980), Java (1995). Capostipite: Smalltalk, 1971.
Tecnologia delle “interfacce grafiche” (GUI: Grapical User Intrfaces). L’origine
è nelle ricerche condotte allo Xerox PARC (Palo Alto Research Center) nel
decennio 1970 e portate al successo commerciale con la esplosiva diffusione
dei personal computer (Apple, IBM, Microsoft).
Chi volesse approfondire questo argomento può consultare sul web l’articolo [11] in bibliografia.
Applicativi specializzati “user friendly”: editori di testi (text editors / word
processors); fogli elettronici (spreadsheets), il cui capostipite è stato VisiCalc
(Robert Frankston e Daniel Bricklin, 1979); disegno, dal semplice Power Point
ai sofisticati software CAD (Computer Aided Design).
Videogiochi; Navigazione sul Web; … .
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Nel decennio 1950 comparvero i primi elementi del software “di base” o “di sistema” (p.e. Linkers e Loaders, Sort-Merge,
Compilatori, IOCS - Input/Output Control System), embrioni dei complessi Sistemi Operativi che raggiunsero prestazioni
soddisfacenti solo con la metà del decennio 1960.
La complessità di questi sistemi crebbe di pari passo con l’insorgere di nuove problematiche quali la sovrapposizione (overlapping)
tra elaborazione e operazioni di I/O, i segnali di Interrupt, la protezione della memoria, la multiprogrammazione, il time Sharing,
l’elaborazione in tempo reale, il calcolo parallelo, le basi di dati relazionali, i sistemi distribuiti, Le interfacce grafiche e via elencando.
Tuttavia in questa lezione non intendo esplorare il percorso evolutivo dei sistemi operativi.
Riguardo al software applicativo, col tempo presero piede le “librerie” fornite dai costruttori di hardware oppure rese disponibili dagli
utenti (contributed programs) nell’ambito delle loro comunità organizzate, senza peraltro riuscire a intaccare la sostanziale
“autarchia software” di ciascun utente.
Ed è stato proprio il software applicativo ad emergere, nel corso del decennio 1960, come problema cruciale per l’universo degli
utilizzatori di sistemi informatici: era la cosiddetta crisi del software (Software Crisis).
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La “Curva di (Barry)
Boehm”.
All’inizio degli anni ‘70
essa fece il giro del
mondo dando evidenza e
popolarità al fenomeno
della crisi del software.
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La crisi del software
appariva ancor più grave
quando si andava a
distinguere il costo per lo
sviluppo di nuovo
software dal costo per la
manutenzione di quello
già esistente.
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I grafici erano basati su
dati empirici, non sempre
tra loro omogenei e
relativi a un campione
ristretto.
Fornivano tuttavia una
rappresentazione del
trend sostanzialmente
attendibile.
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La produzione di software evolveva dalla scrittura di singoli programmi verso la costruzione di sistemi software sempre più
complessi e sofisticati. Divenne quindi a tutti chiaro come la produzione di nuovo software, e ancor di più la manutenzione
dell’esistente, fosse caratterizzata da costi crescenti derivanti dall’elevato contenuto di lavoro umano insito in tutte le fasi del ciclo
di vita (CVS) di un sistema software.
E’ stata questa l’ottica in cui hanno preso avvio le varie branche dell’ingegneria del software, intese sia a migliorare la qualità dei
prodotti e sia a razionalizzare e a rendere meno costoso il processo produttivo.
Però, a dispetto dei progressi di questa moderna disciplina, entrambi gli obiettivi sono stati raggiunti solo parzialmente, in stridente
contrasto con le tecnologie hardware, in particolare la microelettronica, che hanno generato prodotti caratterizzati da prestazioni
sempre più spinte (vedi la “legge di Moore”) e da prezzi unitari rapidamente decrescenti.
Il paradigma del ciclo di vita del software, allorché si cominciò a parlarne, veniva semplicisticamente ridotto alla sequenza
“progettazione-sviluppo-manutenzione”.
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PROGETTAZIONE
(analista)
SVILUPPO
(programmatore)
MANUTENZIONE
(anal. e/o progr.)
Ciclo di vita del software (CVS):
il paradigma rudimentale.
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ESERCIZIO
(operatore)
CVS: modello di Freeman (1978);
suddivisione in fasi specialistiche.
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Successivi modelli più articolati, come quello di Freeman, comportarono importanti conseguenze organizzative e metodologiche e
definirono le principali linee di sviluppo per l’ingegneria del software nei suoi aspetti teorici e applicativi; clamorosi fallimenti o mezzi
disastri in alcuni gradi progetti software stavano a testimoniare la necessità di un approccio sistemico e tendenzialmente
quantitativo.
Tra l’altro fu chiarito che ciascuna fase del ciclo di vita
- richiedeva degli skill specialistici che rendevano obsoleta la classificazione professionale che, fino ad allora, si era cristallizzata
attorno alle figure tradizionali dell’analista e del programmatore;
- comportava metodologie e metriche specifiche per la previsione/controllo dei requisiti di costo e di qualità. [1]
L’ingegneria del software incorporava peraltro una serie di regole empiriche alcune delle quali, col senno di poi, possono apparire
ovvie e banali ma che fino ad allora erano state ignorate o disattese. [2]
Il modello semplice “a gradini” aveva il grave difetto di focalizzare il controllo di qualità esclusivamente sul test finale del software
realizzato (verifica e correzione).
[1]
Quanto alle metriche, va ricordato che per lungo tempo si dette fiducia all’unità di misura più soggettiva e aleatoria che si possa
immaginare: la linea di codice (codice sorgente, beninteso). Su questo piede d’argilla si costruivano poi modelli di valutazione e di
previsione della produttività (p.e. “linee di codice / mese uomo”) che pretendevano di essere credibili, con tutte le conseguenze del
caso.
[2]
Basti un esempio. Era prassi normale che l’autore di qualcosa (p.e. di un programma software) fosse anche responsabile del test
di questo qualcosa. L’approccio razionale bollava invece tale prassi come inefficace e dannosa dal momento che l’efficacia del test
si misura dal numero di errori scoperti e non dal “tutto va bene” con cui l’autore dell’oggetto testato tenderebbe inevitabilmente ad
autogratificarsi.
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?
CVS: insufficienza della
validazione “a fine percorso”.
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CVS: validazione “passo a passo”.
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I canoni dell’ingegneria del software vennero invece a chiarire che il controllo di qualità va distribuito “passo a passo” lungo l’intero
CVS e consiste nel verificare, prima di procedere oltre, che il prodotto di ciascuna fase sia conforme e congruente a quanto
specificato nella fase precedente.
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CVS: manutenzione
come riciclo nel cvs.
A
B
C
D
E
}
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produzione
Inoltre, la manutenzione del software non venne più concepita come un processo accessorio e separato bensì come un riciclo sul
CVS, a partire di volta in volta dalla fase corrispondente ai motivi che hanno determinato l’intervento di manutenzione.
Gli interventi immediati sul software (manutenzione “correttiva”) corrispondono ai percorsi del tipo D o E mentre i ben più
impegnativi interventi dovuti a nuove o diverse esigenze dell’utente (manutenzione “evolutiva”) o all’opportunità di sfruttare nuove
tecnologie (manutenzione “adeguativa”) comportano dei ricicli a partire dalle fasi alte del CVS (percorsi A o B).
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CVS: il costo degli errori.
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Programmazione strutturata
Grafi di controllo di un programma ben strutturato (A) e di uno non strutturato (B).
B
A
Una situazione degenere di tipo B può determinarsi fin dall’inizio oppure insorgere per
successivi interventi incontrollati su un software di tipo A.
Teorema di G. Jacopini - C. Böhm (1966); E. Dijkstra “Goto statement considered
harmful” (1968).
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Si è già visto come l’igegneria del software abbia sviluppato tecniche e metodologie specifiche ognuna delle fasi del CVS.
Particolare attenzione si è dedicata alla fase di effettiva scrittura del software (codifica), che rimane comunque la più “pesante” in
termini di impiego di risorse umane; in tale campo hanno avuto enorme importanza e notevole successo le metodologie di
programmazione strutturata; il loro fondamento teorico è stato stabilito dal celebre teorema dimostrato da Corrado Böhm e
Giuseppe jacopini nel loro articolo Flow diagrams, Turing machines and languages with only two formation rules (1966) poi reso
popolare da E. Dijkstra con l’articolo Goto statement considered harmful (1968) che ebbe vasta risonanza.
Alla fine del 1968, a seguito di un procedimento antitrust verso la IBM, fu resa obbligatoria la vendita separata (unbundling) dei
prodotti software che prima venivano forniti gratuitamente, o per meglio dire “compresi nel prezzo”, dai costruttori di hardware.
Questo aprì finalmente le porte alla nascita e poi alla crescita vigorosa di una vera e propria industria indipendente: l’industria del
software, qualificata come “industria” a dispetto della immaterialità dei suoi prodotti.
La produzione industriale di software, fin dall’inizio, si è articolata in due filoni distinti e ben caratterizzati:
- quello dei sistemi dedicati (custom software o software personalizzato) sviluppati su commessa di un cliente singolo avente
necessità specifiche (grosse aziende di servizio (banche, assicurazioni, trasporti, …) e manifatturiere, enti pubblici centrali e locali);
- quello del software preconfezionato (packaged software) che risolve invece problemi ricorrenti presso una vasta categoria di
utilizzatori. Problemi che possono essere di interesse generale (p.e. Sistemi Operativi, Software matematico, CAD, Spreadsheet,
Videoscrittura ...) oppure squisitamente applicativi (p.e. Contabilità, Magazzino, Servizi demografici …). Nel primo caso si parla di
prodotti, e mercati, “orizzontali”; nel secondo caso di “verticali”.
Da notare che molte aziende qualificabili, almeno al loro esordio, come produttori di software abbinano sempre più intensamente alla
loro attività l’offerta di servizi ICT (outsourcing, consulenza, formazione, servizi in rete…)
Lindustria del software in Italia decolla nel 1969, subito dopo l’unbundling americano; tra le prime aziende a entrare in questo nuovo
settore di attività segnalo la Syntax del Gruppo Olivetti e l’Italsiel, nata in seno all’IRI e poi rapidamente cresciuta trasformandosi nel
Gruppo Finsiel.
I prospetti che seguono illustrano per sommi capi la struttura e il trend dell’industria del software a partire dal decennio 1980.
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%
1983-89
%
%
%
Fonte: [9] nella bibliografia di questa lezione (con adattamenti del docente)
Industria del software nel decennio 1980:
un business che cresce di oltre il 20% all’anno.
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Europa Occ.
Tasso annuo medio
di crescita 1983-89
%
%
%
%
%
Fonte: [9] nella bibliografia di questa lezione (con adattamenti del docente)
Industria del software nel decennio 1980:
il Packaged Software alla conquista del mercato.
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Fonte: [9] nella bibliografia di questa lezione (con adattamenti del docente)
Industria del software nel decennio 1980:
SAP non è ancora alle viste.
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Fatturato medio per singola impresa
In complesso
58%
32%
6%
3%
0,4%
19%
26%
12%
15%
28%
0,3
0,9
2,2
5,5
72,5
100%
100%
1,1
Fonte: [9] nella bibliografia di questa lezione (con adattamenti del docente)
Industria del software nel decennio 1980:
Un panorama variegato: dalle numerosissime
microimprese alle grandi aziende con migliaia di
dipendenti.
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Fonte: [10] nella bibliografia di questa lezione
L’irresistibile ascesa di Microsoft
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Bibliografia
[1] M.V.Wilkes, D.J.Wheeler, S.Gill: The preparation of programs for an electronic digital computer; Addison Wesley, 1951.
[2] J.A.Sammet: Programming Languages: History and Fundamentals; Prentice-Hall, 1969.
[3] R.L..Wexelblatt (Editor): History of Programming Languages; Academic Press, 1981.
[4] T.J.Bergin, R.G.Gibson (Editors): History of Programming Languages - II; ACM Press and Addison-Wesley, 1996.
[5] P.E.Ceruzzi: Storia dell’informatica; Apogeo, 2006.
[6] U.Hashagen, R.Keil-Slawik, A.Norberg (Editors): History of Computing: Softwre Issues; Springer, 2002.
[7] A.Ralston, E.D.Reilly, D.Hemmendinger (Editors): Encyclopedia of Computer Science; John Wiley & Sons, 2003 (4th ed.). Si
veda in particolare la Appendix VI: Key High-Level Languages.
[8] S.Lavington: Early Brtish Computers; Digital Press, 1980.
[9] A.Alberigi Quaranta, M. Paoli: “L’industria italiana del software nel contesto europeo: struttura e tendenze evolutive.”;
L’INDUSTRIA, n.4, 1986, pp.645-674.
[10] A.D.Chandler: La rivoluzione elettronica; Egea - Università Bocconi Editore, 2003.
[11] S.Hénin, M.Zaninelli: “Topi, finestre, icone e tendine: le radici dell’interfaccia grafica”; Mondo Digitale, N.27, sett. 2008, pp.4857. ( http://www.aicanet.it )
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ARGOMENTI
(EVOLUZIONE DEL SOFTWARE: ALCUNI PERCORSI)
•
SOFTWARE: DI COSA PARLIAMO?
•
PERIODO PIONIERISTICO:
LINGUAGGIO MACCHINA = STRUTTURA HARDWARE
•
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
•
INGEGNERIA E INDUSTRIA DEL SW
•
APPENDICE: ESEMPI FORTRAN E COBOL
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Brevi esempi di programmazione in Fortran
e Cobol
Si esemplifica la ricerca sequenziale in una stringa ordinata: dato il numero
di matricola di un dipendente (3 cifre decimali), si desidera conoscere il
numero del reparto (4 cifre decimali) in cui egli lavora.
I numeri di matricola sono registrati in un “vettore”, i cui 200 elementi sono
individuati dal nome del vettore seguito dall’indice in parentesi. Gli
elementi del vettore sono ordinati secondo la sequenza ascendente (ma
non necessariamente consecutiva) del valore in essi contenuto.
I 200 elementi di un secondo vettore contengono il numero di reparto che,
a parità di indice, corrisponde al numero di matricola nel primo vettore.
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Esempio Cobol
*
LE RIGHE CHE INIZIANO CON ‘*’ SONO COMMENTI, IGNORATI DAL COMPILATORE
*
… OMISSIS (ALCUNE ISTRUZIONI DICHIARATIVE) …
DATA DIVISION.
*
… OMISSIS (ALCUNE ISTRUZIONI DICHIARATIVE) …
WORKING-STORAGE SECTION.
01
VETTORE-MATRICOLE.
02 NUM-MATRICOLA OCCURS 200 TIMES PICTURE IS 9(3).
01
VETTORE-REPARTI.
02 REPARTO OCCURS 200 TIMES PICTURE IS 9(4).
01
INDICE PICTURE IS 9(3).
01
MATRICOLA-DA-TROVARE PICTURE IS 9(3).
PROCEDURE DIVISION.
*
… OMISSIS (ISTRUZIONI PER LA LETTURA DA FILE E REGISTRAZIONE IN MEMORIA
*
DEL CONTENUTO DEI VETTORI E DELLA “MATRICOLA-DA-TROVARE”) …
RICERCA.
MOVE 0 TO INDICE.
PROSSIMO-ELEMENTO.
ADD 1 TO INDICE.
IF MATRICOLA-DA-TROVARE = NUM-MATRICOLA (INDICE) GO TO TROVATO.
IF MATRICOLA-DA-TROVARE < NUM-MATRICOLA (INDICE)
OR INDICE = 200 GO TO NON-TROVATO.
GO TO PROSSIMO-ELEMENTO.
TROVATO. DISPLAY “IL DIPENDENTE CON MATRICOLA ” MATRICOLA-DA-TROVARE “LAVORA
NEL REPARTO “ REPARTO (INDICE)
STOP RUN.
NON-TROVATO.
DISPLAY “IL NUMERO DI MATRICOLA ” MATRICOLA-DA-TROVARE “ NON ESISTE“
STOP RUN.
*
IL VERBO ‘DISPLAY’, QUI USATO PER EVITARE COMPLICAZIONI INESSENZIALI,
*
NON SCRIVE SU FILE BENSI DIRETTAMENTE SUL DISPOSITIVO DI CONTROLLO
*
DEL SISTEMA (TELESCRIVENTE O MONITOR)
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Esempio Fortran
C
C
C
C
C
C
10
20
30
C
C
C
100
150
C
C
LE RIGHE CHE INIZIANO CON “C” SONO COMMENTI, IGNORATI DAL COMPILATORE
DIMENSION NMAT(200), NREP(200)
… OMISSIS (ISTRUZIONI PER LA LETTURA DA FILE E REGISTRAZIONE IN MEMORIA
DEL CONTENUTO DEI VETTORI E DELLA VARIABILE “MATX” (VEDI APPRESSO) …
IND = 0
LE VARIABILI SEMPLICI (NON DIMENSIONATE) QUALI “IND” E “MATX” SONO
RECEPITE DAL COMPILATORE ALLA LORO PRIMA OCCORRENZA NEL CODICE
SORGENTE
IND = IND+1
IF MATX = NMAT(IND) GO TO 20
IF MATX < NMAT(IND) OR IND = 200 GO TO 30
GO TO 10
WRITE (1,100) MATX,NREP(IND)
STOP
WRITE (1,150) MATX
STOP
NELLA NOTAZIONE “WRITE (X,Y)” LA “X” DESIGNA L’UNITA DI OUTPUT (IN QUESTO
CASO: 1 = STAMPANTE) E “Y” INDICA L’ETICHETTA DEL RELATIVO “FORMAT”
(ISTRUZIONE NON ESECUTIVA)
FORMAT (‘IL DIPENDENTE CON MATRICOLA ‘,I3,’ LAVORA NEL REPARTO ‘,I4)
FORMAT (‘IL NUMERO DI MATRICOLA ‘,I3,’ NON ESISTE’)
END
L’ISTRUZIONE “STOP” COMANDA L’ARRESTO DELL’ESECUZIONE IN FASE DI RUN. C
L’ISTRUZIONE “END” (NON ESECUTIVA) SEGNALA INVECE AL COMPILATORE IL
TERMINE DEL CODICE SORGENTE
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