DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE
DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE
Marco D. Santambrogio – [email protected]
Ver. aggiornata al 24 Agosto 2015
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DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE
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DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE
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Informazione e trattamento dell’informazione
Programmabilità del calcolatore e concetti di hardware e software
Macchina di von Neumann
Comunicazione tra esseri umani e calcolatori
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• Significato 1: [informazione = dati + istruzioni]
insieme dei dati su cui operare e delle istruzioni con cui elaborare tali dati
▶ per esempio, nell’operazione 1+2 sono entità di informazione i numeri 1 e 2 e
l’operatore ‘+’
enfasi sulla distinzione tra struttura e descrizione dell’operazione
▶ che si scriva “uno più due” o “1+2” l’informazione è la stessa
• Significato 2: [informazione = dati con significato]
ciò che si ottiene dai dati a cui è stato attribuito un significato
▶ per esempio, i numeri 1 e 2 sono semplici dati; diventano entità di informazione solo
quando si stabilisce che si riferiscono, per esempio, a mele o a portaerei
enfasi sulla distinzione tra forma e contenuto
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• Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare
informazione:
▶ le matite servono per scrivere
(non per trasferire grafite su carta)
▶ i violini servono per suonare
(non per produrre onde acustiche)
• A differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabili
• Ma cosa significa programmabile?
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Per gestire informazione, si opera su dati mediante istruzioni:
a mente
supporto
materiale
mente
carta e penna
dati
X
dati
istruzioni
X
istruzioni
calcolatore
supporto
materiale
supporto
materiale
X
istruzioni:
esecuzione
X
istruzioni:
controllo
X
X
X
mente
calcolatrice
dati
mente
supporto
materiale
dati
X
Istruzioni: esecuzione
X
Istruzioni: controllo
mente
X
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• Ogni essere umano elabora quotidianamente informazione
in grande quantità senza usare strumenti particolarmente sofisticati
• Due situazioni possono rendere difficile questa attività:
▶ quando il problema supera un certo grado di complessità
▶ quando è necessario elaborare informazione con particolare rapidità
• Nel corso della storia, l’uomo ha creato molti strumenti
in grado di supportarlo nell’elaborazione dell’informazione:
▶ strumenti formali (per es. il sillogismo) che consentono di trattare
entità di informazione dotate di una certa struttura,
ricavandone delle conclusioni per via puramente elaborativa
▶ strumenti materiali (modelli in scala, galleria del vento, …), che “materializzando”
le entità di informazione su cui si opera ne facilitano l’elaborazione
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• Blaise Pascal (1623-1662)
dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per l’esecuzione
di somme e sottrazioni
• Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716)
introduce anche moltiplicazioni e divisioni
(calcolatrice a quattro funzioni)
• Charles Babbage (1792-1871)
progetta e realizza un “difference engine”
▶ calcola tabelle di numeri utili per la navigazione
▶ unico algoritmo: polinomiale alle differenze finite
▶ output: fori su una piastra di rame
(schede perforate)
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1. Input:
dati e istruzioni
2. Elaborazione
3. Output:
dati (risultati
dell’elaborazione)
e quindi, il calcolatore si può intendere come una black box:
Input
calcolatore
Output
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Ricevendo una richiesta dall’utente, il calcolatore svolge in successione
due attività:
• controlla di essere in grado di interpretare il comando, cioè di riconoscere il
comando come corretto e corrispondente a un’azione che è in grado di eseguire
• se il controllo ha dato esito positivo, esegue l’azione associata al comando e,
quando richiesto, presenta il risultato all’utente
Invece di inviare al calcolatore un comando per volta, l’utente può scegliere
di creare una successione di comandi (= programma) e inviarla al calcolatore,
che autonomamente è in grado di interpretare ed eseguire il programma stesso,
un’istruzione per volta
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L’utente-programmatore e il calcolatore
devono parlare uno stesso linguaggio
Un’opzione potrebbe essere di “insegnare al calcolatore” a comprendere
(= interpretare ed eseguire comandi espressi in) una lingua storico-naturale come
l’italiano o l’inglese
• Vantaggi:
▶ lingue semanticamente ricche, e quindi sicuramente in grado di esprimere i comandi
▶ lingue già note all’utente
• Svantaggi:
▶ lingue semanticamente ricche, e quindi a rischio di ambiguità
▶ lingue complesse da insegnare / imparare
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Comando: “nella frase
l'informatica, che in inglese è detta 'computer-science',
è interessante anche se difficile
metti in grassetto la parola X”
• X: “è”  ambiguo: quale delle due “è”?
• X: “in decima posizione”  ambiguo: “computer-science” conta come una o due parole?
Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”
•  ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera?
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Un’opzione alternativa:
• creare un linguaggio “di programmazione”,
dedicato alla comunicazione con il calcolatore
• Vantaggi:
▶ linguaggio progettato specificamente, e quindi efficiente
▶ linguaggio non ambiguo
• Svantaggi:
▶ linguaggio formalizzato, e quindi strutturalmente diverso dalle lingue storico-naturali
▶ linguaggio non noto all’utente
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Non ogni problema ammette una soluzione calcolabile
•Quali problemi ammettono una soluzione calcolabile?
•Esistono problemi calcolabili che i calcolatori non sono in grado di risolvere?
•Esistono problemi che solo certi calcolatori sono in grado di risolvere?
cioè: esistono tipi diversi di calcolatori in relazione alla loro capacità
di risolvere problemi?
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Ipotesi: il calcolo è una trasformazione di dati,
in cui l’output è determinato univocamente dall’input attraverso una funzione:
output = f(input)
input
f
Per esempio, 1+2*3 e 4+5*6 sono due casi particolari della stessa funzione f(x,y,z)=x+y*z
Ipotesi: le funzioni complesse possono essere scomposte
come successioni di funzioni più semplici
Per esempio:
f
x,y,z
x
+
x+y*z
y
z
*
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Un sistema di calcolo molto semplice:
• un nastro organizzato in celle in ognuna delle quali è scritta una barra o nulla
e con codifica “unaria” (1  “ / ”; 2  “ // ”; 3  “ /// ”; …
• un sistema di lettura e scrittura che opera in base a regole della forma:
se sei nello stato ... e nella cella hai letto ...,
allora nella cella scrivi ..., passa nello stato ...
e spostati nella cella ...
Per esempio, il nastro:
…
/ /
/ / /
…
codifica i numeri 2 e 3, e il calcolo della funzione x+y si può realizzare in questo modo:
…
/ /
/ / /
…
…
/ /
/
/ /
…
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Intorno al 1930 l’inglese Alan Turing e lo statunitense Alonso Church
proposero la seguente tesi:
ogni funzione “naturalmente considerata calcolabile”
è calcolabile da una macchina di Turing
La conseguenza è sorprendente:
l’insieme delle funzioni calcolabili è lo stesso per tutti i calcolatori;
le differenze di capacità tra calcolatori sono:
• quantitative (= tempo di calcolo)
• e non qualitative (= tipo di funzioni calcolabili)
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• Fonti per lo studio
▶ Informatica arte e mestiere, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, McGrawHill
 Capitolo 1
▶ Introduzione ai sistemi informatici, D. Sciuto, G. Buonanno, L. Mari, 4a Ed,
McGrawHill
 Capitolo 1
▶ The Art & Craft of Computing, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, Addison-Wesley
 Capitolo 1
• Approfondimenti
▶ Uomini e computer. Storia delle macchine che hanno cambiato il mondo, D.
Casalegno, HOEPLI
• Credits
▶ Prof. G. Buonanno e D. Sciuto, LIUC
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