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Informaticae altro

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Academic year: 2021

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(1)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-081

Pe rch Pe rch é é un co rso di In for m atic a ? un co rso di In for m atic a ?

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-082

In fo rm at ic a e alt ro

Io non frequento il corso di ingegneria informatica, a me programmare non piace, l’informatica non mi interessa …perchèquesto maledetto corso ???

L’informatica èformativa, si impara a

dato un problema ….

trovare una soluzione

formalizzare la soluzione in modo preciso e chiaro

la necessitàdi formalizzare le soluzioni ricorre frequentemente in ingegneria

vi fidereste di un ponte il cui progetto contiene solo chiacchiere e non indica le misure, quali materiali devono essere usati, …?

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-083

In fo rm at ic a e alt ro

L’informatica serve …

E’poco probabile che lavorando si possa evitare l’informatica ?

Il software ènei PC, cellulari, stampanti, lavatrici, ……

Il software serve a tenere la contabilità, gestire le banche dati eanalizzarne il contenuto, controllare gli strumenti di telecomunicazione,…

Spesso agli inizi ai neo-ingegneri viene offerto un posto di programmatore

Spesso gli ingeneri gestionali devonointeragire con gruppi di lavoro che progettano (anche) software

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-084

D ec is io n ie in fo rm at ic a …

Un cliente richiede la realizzazione di un progetto per il qualeoccorreimplementare anche un software(la gestione di una catena di montaggio, un nuovo cellulare,..)

Non esiste nessun software che può essere riusato per questo scopo: occorre scriverne uno nuovo

Viene incaricato di svolgere il lavoro un gruppo di programmatori

Cosa ci si aspetta che faccia il gruppo all’inizio ? Quali sono le fasi del progetto e quanto tempo richiedono ?1.Analisi dei requisiti: si studia il problema e si discute con il cliente per capire cosa si deve fare 2.Progetto: si definisce nei dettagli il software da realizzare (1+2 il 30%del tempo)3.Realizzazione: si scrive il software (circa il 30% del tempo)4.Test: si verifica che il software funzioni (circa il 40% del tempo)

(3)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-085

D ec is io n ie in fo rm at ic a …

Un dirigente ha avuto un’idea .. geniale

progettare un software che verifichi automaticamente altri programmi

il software prende in ingresso il programma e controlla che questo non si blocchi mai, svolga il suo compito in un tempo ragionevole..

E un’idea buona ??

No, vedremo che questo software non esiste: la teoria dellacalcolabilitàdice che non può essere realizzato

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-086

D ec is io n ie in fo rm at ic a …

Il gestore di una carta di credito ha un archivio con miliardi di transazioni (acquisti, prelievi bancomat, …)

L’archivio occupa circa 1 TeraByte

Occorre realizzare un’applicazione che dato il numero di una cartae una data trovi tutte le transazioni fatte in quella data

Un programmatore dice al proprio manager che quest’applicazione èdifficile da realizzare e che ogni accesso all’archivio richiedeminuti: èvero ?

No, con una corretta organizzazione dell’archivio, un normale PC può svolgere questa operazione in meno di un secondo

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-087

D ec is io n ie in fo rm at ic a …

Una ditta di trasporti ha un software che pianifica automaticamente i viaggi da fare indicando per ogni viaggio cosa caricare, in che ordine, che strada seguire, etc.. in modo da minimizzare la strada percorsa, i tempi di carico e scarico, etc…

Capita però che il programma fornisca soluzioni sub-ottime (cioè, ce nesono di migliori) Il programmatore/venditore vi dice che èun problema che non può essere risolto. E’possibile ?

Sì. Il problema descritto rientra nell’ambito della “programmazione lineare intera”. In problemi di questo tipo, trovare la soluzione ottima può richiedere un tempo lunghissimo. Spesso si preferisce accontentarci di soluzioni approssimate

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-088

ENIAC (1946 ca.)ENIAC (1946 ca.)

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-089

De fin iam o il vo ca bo lar io De fin iam o il vo ca bo lar io ……

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0810 

LL’’

informaticainformatica

fusione delle paroleinformazioneinformazionee automaticaautomatica

èla scienzadellarappresentazione e delldellarappresentazione e dell

’’elaborazione elaborazione delldell

’’informazioneinformazione

non è, quindi, la scienza e la tecnologia dei calcolatori elettronici:il calcolatore èlo strumento che la rende “operativa”

L’elaboratoreelaboratore

(co mp ute r, calc olat ore ) è un’a ppa recc hia tura

digitaledigitale

,

elettronicaelettronica

ed

automaticaautomatica

cap ace di e ffett uare tra sfor ma zion i su i da ti “La dis um anit àd el c om pute r sta ne l fa tto che , un a v olta pro gra mm ato e m ess o in fu nzio ne, si c om port a in m anie ra perf etta me nte on esta ” (Isa ac A sim ov) Co s Co s ’è ’è

ll ’ info rm atic a ’ info rm atic a

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0811

C os C os ’è ’è l l ’ ’ in for m at ic a in for m at ic a - - 2 2 LL ’’ info rm atic a info rm atic a èè lo stu dio sis tem atic o deg li alg oritm i c he lo stu dio sis tem atic o deg li alg oritm i c he des criv ono e tr asfo rm ano l des criv ono e tr asfo rm ano l ’’ info rm azio ne: la loro te oria , info rm azio ne: la loro te oria , ana lisi, pro gett o, e fficie nza , re aliz zaz ion e ana lisi, pro gett o, e fficie nza , re aliz zaz ion e (AC M (AC M



Ass ocia tion Ass ocia tion

forfor Com puti ng Com puti ng Ma chin ery Ma chin ery ))

Not a Not a :È pos sibil e sv olg ere un ’atti vità con cett ualm ente di tipo info rm atic o s enz a l’a usili o d el c alco lato re, per ese mp io nel pro gett are ed app lica re reg ole pre cise per svo lge re ope razio ni aritm etic he con cart a e pen na; l’ela bor ato re, tutt avia , è uno str um ento di calc olo po ten te, che perm ette la ges tion e di qua ntità di info rm azio ni altri me nti i ntra ttab ili

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0812 ProgrammaProgramma

sequenza di operazioni atte a predisporrel’elaboratorealla soluzione di una determinata classe di problemi

AlgoritmoAlgoritmo

sequenza finita di istruzioni attraverso le quali un operatore umanoècapace di risolvere ogni problema di una data classe

OsservazioniOsservazioni

Un programma èla realizzazione di un algoritmoin una forma comprensibile all’elaboratore

Un algoritmo non può essere eseguito su un calcolatore

L’elaboratore tradizionale èunamacchina universale: cambiando il programma residente in memoria, èin grado di risolvere problemi di natura diversa

Alg orit m i e pr og ram m i Alg orit m i e pr og ram m i

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0813

odeno ti llo da (mtturhitei arcllo dodeo mtessutti lo susaVonnnNeumai llo dVonodea (mo mtturNeumahitei arcllo dodenntessutti no tusalo s nali lcolatori tradizioI caI calcolatradizionali tori

))

Il modello di Von Il modello di Von NeumannNeumann

contiene una contiene una memoriamemoria

e e unun

’’unitunit heericperfheericperf elledi cààe dus ontrollon b (CPU), uelleus e dn b), uPU (Contrdi collo

Nella memoria sono registrati i

datidati e la descrizione delle operazioni daeseguire il programmaprogramma

Il programma viene interpretatodall’

unitunit ààdi controllodi controllo

Il bus serve a trasferire i dati fra le altre componenti

L L ’ ’ arc hit ett ura di Vo n arc hit ett ura di Vo n Ne um an n Ne um an n

BUS di sistemaBUS di sistema CPUCPU

tastieratastieramousemousememoriamemoriadi massadi massa monitormonitor MemoriaMemoriacentralecentrale

Periferiche

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0814

La sto ria La sto ria

UNIVAC (1951)UNIVAC (1951)

Palmare (2004)Palmare (2004)

(8)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0815 Molto tempo fa Molto tempo fa …………

30.000 anni faTracce dei primi strumenti per contare

18001600 a.C.I primi esempi di algoritmi (procedure di calcolo “automatico”) inMesopotamia su tavolette babilonesi

nel ‘600Pascal e Leibnizaffrontarono il problema di automatizzare il ragionamentologicomatematico e si cimentarono nellarealizzazione di semplici macchine per calcolare

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0816 Primi calcolatoriPrimi calcolatori

1833Babbagedefinisce macchina alle differenzemacchina alle differenzeper calcolare e stamparetabelle matematiche.Èil primo esempio di macchina programmabile di utilitàgenerale. Il programma veniva scritto su delle schede perforate, come avveniva per i telai.Introdusse anche l’idea che tutta la macchina fosse controllata da unprogramma. Tali idea rimase un progetto: troppo complessa e critica lasua costruzione per le tecnologie dell’epoca.La prima programmatrice fu Ada Augusta Byron, figlia di George Byron, che ha realizzato i programmi della macchina di Babbage.

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 2 2

(9)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0817 1890 HermanHollerithsviluppa la macchina a schede perforatemacchina a schede perforate, per compiere le statistiche del censimento decennale degli Stati Uniti

I dati venivano immessi su schede di cartone opportunamente perforate

Le schede venivano successivamente “contate”e si ottenevano diversi tipi di elaborazioni (totali, medie, statistiche, etc.)

Si impiegarono due anni e mezzo ad analizzare i dati contro i sette anni del censimento del 1880 !!

Primi anni del ‘900La macchina a schede perforate venne utilizzata con successo peri censimentiin Austria, Norvegia e Russia.

1923La societàComputingComputingTabulatingTabulating

RecordingRecording

CompanyCompanyfondata da Hollerithdiviene lInternational Business International Business MachineMachine

(IBM

))

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 3 3

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0818 Durante la seconda guerra mondialeI tedeschi usano Enigma, una macchina meccanica per codificare imessaggi. Altre macchine vennero usate dai giapponesi.Gli inglesi con il contributo di Alan Turingcostruirono Colossuscon cui riuscirono a decriptare i messaggi tedeschi.

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 4 4

(10)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0819 anni ‘40Nascono i primi calcolatori programmabili: i primi esemplari venivanoprogrammati medianteconnessioni elettriche e commutatori (ENIAC,Mark I)

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 5 5

ENIAC (1946)ENIAC (1946)

Mark I (1948)Mark I (1948)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0820 Fine anni ‘40Von Neumannpartecipa alla realizzazione dei primi calcolatori a programma memorizzato(EDSACEDSAC, WhirlwindWhirlwind, IASIAS, UNIVACUNIVAC)

Lo schema dell’architetturautilizzatadai calcolatori attuali èancoraquella di Von Neumann!!

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 6 6

EDSAC (1949)

UNIVAC (1952)Whirlwind(1949)IAS (1952)

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0821 Esplosione delldell

’’informaticainformatica

anni ’60-’70Diffusione dei calcolatori a livello mondiale

1981l’IBM introduce un nuovo tipo particolare di elaboratore: il Personal Personal ComputerComputer(PC)La particolaritàdei PC consisteva nell’essere “assemblato”concomponenti facilmente reperibili sul mercato (basso costo)

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 7 7

PC IBM (1981)PC IBM (1981)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0822 attualmentei PC e versioni specializzate di calcolatori sonoutilizzati in tutti i settoriapplicativi:

Telefoni cellulari

Ricevitori satellitari digitali

Bancomat e carte di credito

Lavatrici e forni a microonde

….

Ce nn i S tor ici Ce nn i S tor ici - - 7 7

Portatile e Palmare (2004)Portatile e Palmare (2004)

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0823 La chiave dello sviluppo dell’informatica èstata principalmente legata allaminiaturizzazione dei componenti elettronici

1904, invenzione del tubo a vuototubo a vuoto

1947, il primi transistortransistor

1969, i primi circuiti integraticircuiti integrati

Alc un e t ap pe de llo svi lup po Alc un e t ap pe de llo svi lup po tec no log ico tec no log ico

Portatile e Palmare (2004)Portatile e Palmare (2004)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0824

In cr em en to d ella v eloc it In cr em en to d ella v eloc it

3GXeon2008800M 1.7G1.6GItanium22006 Itanium400M800Mhz2001 Pentium IV200142M2.5 G 9.5 M500 MhzPentium III1999 Mhz1997Pentium II300 7.5M 1993Pentium66Mhz3.1M 900 K25Mhz804861991 275K16Mhz803861985 8028619826Mhz134.000 29.0005Mhz80861978 2.300400 kHz40041971 enzamodelloannoFrequstorN. transi

àà

(13)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0825

Le gg e d i M oo re Le gg e d i M oo re

Il numero di transistor per chip fornisce una misura della complessita’deicomponenti

La legge di Gordon Moore prevedeva cheIl numero dei transistor per circuito duplichera’ogni 18 mesi”

Attualmente

Il numero dei transistor aumenta 100 volte ogni 10 anni

La velocita’aumenta 100 volte ogni 10 anni

La dimensione degli hard disk aumenta ancora piu`velocemente

In futuro

nel 2020 un transistor sara’costituto da pochi atomi, èpossibile ?

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0826

Le gg e d i M oo re: Le gg e d i M oo re: Tra ns isto r p er pro ce sso re Tra ns isto r p er pro ce sso re

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Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0827

Le gg e d i M oo re: Le gg e d i M oo re: Ca pa cit Ca pa cit àà

de gli Ha rd dis k de gli Ha rd dis k

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0828 Confronto mente umana e calcolatori tradizionali

La mente umanaècostituita da tante piccole unità(10 11neuroni) interconnesse fra di loro (alto parallelismo)

Un calcolatore tradizionaleècostituito da una (o poche) unitàdi elaborazione (modello di Von Neumann)

McCulloche Pitts(1943) hanno introdotto le reti neurali artificialireti neurali artificialicostituite da molte piccole unità: tale modello èrimasto a lungo in competizione con il modello di Von Neumann

Attualmente

Esistono pochi calcolatori ad alto parallelismo

Le reti neurali artificiali sono prevalentemente simulate con i calcolatori tradizionali

Permettono la realizzazione applicazioni d’intelligenza artificiale basate su apprendimentoda esempi: riconoscimentodel parlato, caratteri manoscritti, ….

M en te um an a e ca lco lato ri p ara lle li M en te um an a e ca lco lato ri p ara lle li

(15)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0829

Ca lco lato ri P ara lle li Ca lco lato ri P ara lle li

CDC 6600 (1963)Illiac(1955)

Cray1 (1976)CrayX1 (2002)

Franco ScarseliFondamenti di Informatica 2007-0830

Fr asi ce leb ri e d a ltro Fr asi ce leb ri e d a ltro … …

“Penso che ci sia mercato nel mondo per non piùdi cinque computer.”(Thomas Watson, Presidente di IBM, 1943)“Ho girato avanti e indietro questa nazione (USA) e ho parlato con la gente. Vi assicuro che questa moda dell’elaborazione automatica non vedràl’anno prossimo.”(Editor di libri scientifici di PrenticeHall, 1947) “Nel futuro i computer verranno a pesare non piùdi una tonnellata emezzo.”(PopularMechanichs, 1949)Nel 1976, ilNew York New York TimesTimespubblicò un libro dal titoloLa scienza nel La scienza nel ventesimo secoloventesimo secolo,nel quale il calcolatore veniva menzionato una sola volta e indirettamente, in relazione al calcolo delle orbite deipianeti“Non c’èragione perchéqualcuno possa volere un computer a casa sua.”(Ken Olson, fondatore di Digital, 1977)

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