Lezione n. 2i Informatica e tecnologia informatica Sistema di elaborazione Algoritmo Linguaggi di programmazione Realizzazione di un programma

Transcript

1 Lezione2i

2 Lezione n. 2i Informatica e tecnologia informatica Sistema di elaborazione Algoritmo Linguaggi di programmazione Realizzazione di un programma

3 Informatica e tecnologia informatica Il termine "informatica" deriva dalla composizione troncata delle parole: informazione e automatica ed è la scienza che studia l elaborazione automatica delle informazioni. Informazione Automatica Informatica Elaborazione

4 Informatica e tecnologia informatica Con il termine di informatica si indicano tutti quei processi che trattano le informazioni con metodi e strumenti automatici. creazione, raccolta, elaborazione, immagazzinamento, Trasmissione. L espressione tecnologia informatica indica l'insieme delle tecnologie che realizzano tutti quei processi relativi all informatica (gestione automatica delle informazioni).

5 Informatica e tecnologia informatica Dati e Informazioni Per quanto riguarda l informatica, i due termini hanno significato differente; l informazione è il risultato di una elaborazione di dati mentre il dato è un elemento conosciuto, in altre parole una informazione elementare che deve essere processata. Dati Elaborazione Informazione Alcune informazioni già elaborate possono diventare dei nuovi dati da elaborare successivamente

6 Informatica e tecnologia informatica Le tecnologie informatiche sono caratterizzate da due componenti che si integrano e si completano reciprocamente: Hardware (struttura fisica) Software (insieme di dati e istruzioni) In definitiva, il software è costituito dalle informazioni memorizzate e utilizzate dall hardware. Tali informazioni sono rappresentate da dati e istruzioni.

7 Sistema di elaborazione L elaborazione dei dati è attuata dal sistema di elaborazione. È un insieme di elementi differenti, che appartengono a due grandi categorie: Hardware - Dispositivi fisici in grado di svolgere materialmente l elaborazione. Software L insieme delle istruzioni, che eseguite, partendo dai dati, forniscono i risultati Dati Software + Hardware Risultati Schema di un sistema di elaborazione

8 Sistema di elaborazione Il ciclo di elaborazione dell informazione comprende 5 fasi: 1 - Ingresso dei dati (input) 5 - Distribuzione e comunicazione 2 - Elaborazione 4 - Memorizzazione 3 - Uscita dei dati (output)

9 È possibile fornire al sistema: sia i dati su cui effettuare l elaborazione, sia come effettuare l elaborazione. In tale caso si ottiene un Sistema di elaborazione programmabile Si indica come programma (istruzioni) la descrizione delle azioni da svolgere e del modo in cui vanno svolte durante il processo di elaborazione Sistema di elaborazione Programma Dati Hardware Risultati Schema di un sistema di elaborazione

10 Sistema di elaborazione Il calcolatore è un sistema di elaborazione programmabile. La possibilità di realizzare programmi differenti permette di trovare le soluzioni ai più svariati problemi. Conseguentemente il calcolatore risulta uno strumento flessibile e potente. Il calcolatore è un elaboratore Macchina in grado di rappresentare e elaborare dati seguendo un programma. elettronico Utilizza dei componenti elettronici. digitale. Tratta dati rappresentati mediante i due simboli binari: 0 e 1

11 Algoritmo Problemi, Algoritmi, Programmi Un programma permette di risolvere un problema mediante calcolatore. La sequenza di passi che risolvono il problema è detta algoritmo. L algoritmo deve essere reso comprensibile al calcolatore cioè codificato in un programma. Problema Algoritmo Programma 12

12 Algoritmo Un algoritmo è un insieme finito ed ordinato di passi non ambigui, che specificano le operazioni da eseguire per risolvere un problema. In altre parole, un algoritmo è la descrizione precisa di un procedimento valido per la risoluzione di un problema attraverso un numero finito di passi. Un problema risolvibile mediante un algoritmo si dice computabile

13 Algoritmo Proprietà degli algoritmi Le proprietà principali di un algoritmo sono: Finitezza. L'algoritmo deve essere composto da un numero finito di passi. Non ambiguità. I passi costituenti l'algoritmo devono essere interpretabili in modo univoco dall'esecutore sia esso umano o artificiale. Terminazione. L'esecuzione deve terminare dopo un tempo finito. Eseguibilità. Gli informatici utilizzano il termine efficace per indicare il concetto di essere eseguibile.

14 Linguaggio di programmazione Un programma è la rappresentazione di un algoritmo. Ogni rappresentazione si basa su un insieme di operazioni di base (primitive) ben definite. Una collezione di primitive e le regole per comporle, costituisce un linguaggio di programmazione. Ogni primitiva ha una propria sintassi (rappresentazione simbolica forma e struttura: come si scrive ) e semantica (come si interpreta: significato) Pertanto un programma è costituito da una collezione di primitive appartenenti ad un particolare linguaggio di programmazione.

15 Linguaggi di programmazione Linguaggi semi-formali Permette una rappresentazione informale degli algoritmi, È un linguaggio non direttamente comprensibile da un programma ma facilita la comprensione e la lettura del codice. Pseudo-codice: se A > 0 allora A = A + 1 altrimenti A = 0 Diagrammi di flusso (Detti anche flow chart o schemi a blocchi) inizio leggi fine Blocco di input dati Blocchi di inizio/fine dell esecuzione assegnamento Blocco esecutivo test? scrivi test? Blocco condizionale Blocco di output dati Flusso di controllo delle operazioni

16 Linguaggi di programmazione Somma dei primi N numeri naturali N: il numero di interi da sommare S: la somma parziale I: un "contatore" INIZIO Leggi: N S = 0 I = 1 S = S + I Quante volte viene eseguita? Scrivi: "la somma è" S SI I = I + 1 I > N FINE NO "condizione di uscita"

17 Linguaggi di programmazione Consentono di tradurre gli algoritmi in programmi eseguibili dal calcolatore (Codificare gli algoritmi) Sono suddivisi in: Linguaggi di alto livello (più vicini al linguaggio naturale) Linguaggi di basso livello (Assembly e Linguaggio macchina) Programmatore alto basso Computer livello linguaggio Linguaggio C++ Linguaggio assembly Linguaggio macchina Esempio TOT=PAGA+STRAORD; LOAD PAGA ADD STRAORD STORE TOT

18 Linguaggi di programmazione Inizialmente si usava direttamente il linguaggio della macchina Successivamente nella seconda metà degli anni '50, il linguaggio si alza di livello e si usano programmi che traducono i linguaggi di livello più alto nel linguaggio della macchina. Tale approccio permette di ottenere dallo stesso programma (di livello alto) programmi diversi (di livello basso) specifici per macchine diverse. Assembler: è il software che trasforma le istruzioni mnemoniche dell assembly in linguaggio macchina (compilatore linguaggio assembly). Il suo utilizzo è strettamente legato all architettura interna del dispositivo. Compilatore C: permette di scrivere programmi in C astraendo dalla specifica architettura del processore. Software ad alto livello: è provvisto di librerie specifiche con algoritmi e funzioni prefabbricate, routines di I/O e strumenti per il debugging.

19 Realizzazione di un programma Problema E ideata una sequenze di istruzioni che risolvono il problema progettazione Algoritmo 1 Algoritmo 2 Le sequenza di istruzioni è resa comprensibili al calcolatore compilazione codifica Programma C++ Programma Java Programma per la macchina M1 Programma per la macchina M2

20 Realizzazione di un programma Fasi di realizzazione di software in C++ e C 1. Videoscrittura - produzione del programma, svolta dal programmatore tramite un programma di videoscrittura (editor) Pre-compilazione (pre-processing) - svolta da un programma detto preprocessore 2. Traduzione (compilazione) svolta dal compilatore (compiler) 3. Collegamento (linking) svolto dal collegatore (linker) 4. Caricamento (loading) svolto dal caricatore (loader) 5. Esecuzione cura del Sistema Operativo 25

21 Realizzazione di un programma 1. Videoscrittura (editing) Il testo del programma sorgente, costituito da una sequenza di caratteri, viene composto e modificato usando uno specifico programma: l editor Così otteniamo un File Programma Sorgente memorizzato in memoria di massa in un file di testo di nome: XXX.asm per programmi in assembler XXX.c per programmi in C XXX.cpp per programmi in C++ 26

22 Realizzazione di un programma 2. Traduzione Linguaggio di alto livello Linguaggio macchina (compilatore) Durante questa fase si riconoscono i simboli, le parole e i costrutti del linguaggio. Eventuali messaggi diagnostici segnalano errori lessicali e sintattici Si genera la forma binaria del codice macchina corrispondente: a partire dal File Programma Sorgente si genera un File Programma Oggetto, cioè in un file binario di nome XXX.obj o XXX.o 27

23 Realizzazione di un programma 3. Collegamento (linking) Il programma collegatore (linker) deve collegare fra loro il file oggetto e i sottoprogrammi richiesti (es. le funzioni di C++ e C) I sottoprogrammi sono estratti dalle librerie oppure sono individuati tra quelli definiti dal programmatore (nel qual caso si trovano anch essi nel file oggetto) Si rendono globalmente coerenti i riferimenti agli indirizzi dei vari elementi collegati Si genera un File Programma Eseguibile, un file binario che contiene il codice macchina del programma eseguibile completo, di nome (solitamente) XXX.exe Messaggi di errore possono essere dovuti ad errori nel citare i nomi delle funzioni da collegare Il programma sarà effettivamente eseguibile solo dopo che il contenuto del file sarà stato caricato nella memoria di lavoro (centrale) del calcolatore (a cura del Sistema Operativo) 28

24 Realizzazione di un programma 4. Caricamento (loading) Il caricatore (loader) individua una porzione libera della memoria di lavoro e vi copia il contenuto del file XXX.exe Eventuali messaggi rivolti all utente possono segnalare che non c'è abbastanza spazio in memoria 29

25 Realizzazione di un programma 5. Esecuzione Per eseguire il programma occorre fornire in ingresso i dati richiesti e in uscita riceveremo i risultati (su video o file o stampante) Durante l esecuzione possono verificarsi degli errori (detti errori di runtime ), quali: calcoli con risultati scorretti (per esempio un overflow) calcoli impossibili (divisioni per zero, logaritmo di un numero negativo, radice quadrata di un numero negativo,.) errori nella concezione dell algoritmo (l algoritmo non risolve il problema dato) Tutti gli esempi citati si riferiscono ai cosiddetti errori semantici 30