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FONDAMENTI DI INFORMATICA

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FONDAMENTI DI INFORMATICA. Prof. Giovanni Danese, Tullio Facchinetti Dip. Informatica e Sistemistica, piano F Tel. 0382 985364 e-mail: gianni.danese@unipv.it Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e Informatica orario delle lezioni : Mercoledì 9-11 aula A3, Venerdì 11-13 aula A2

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fondamenti di informatica

FONDAMENTI DI INFORMATICA

Prof. Giovanni Danese, Tullio Facchinetti

Dip. Informatica e Sistemistica, piano F

Tel. 0382 985364

e-mail: gianni.danese@unipv.it

Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e Informatica

orario delle lezioni: Mercoledì 9-11 aula A3,

Venerdì 11-13 aula A2

orario di ricevimento: Martedì e Giovedì 16.45-17.45

Sito Web: http://gamma.unipv.it/fdi/

calendario delle lezioni e degli esami
Calendario delle lezioni e degli esami
  • Periodi di lezione (FdI è un corso annuale)

1) 30/9 – 20/12; 7/1 – 17/1

2) 5/3 – 16/4; 23/4 – 11/6

  • 1a Sessione d’esame (per i corsi semestrali)

20/1 – 3/3

  • 2a Sessione d’esame e Sessione di recupero

12/6 – 31/7; 1/9 – 26/9

  • Per FdI nella 1a Sessione d’esame si può sostenere una prova di valutazione intermedia
materiale didattico consigliato
Materiale didattico consigliato
  • Libri consigliati: J. Glenn Brookshear, “Informatica. Una panoramica generale”, Pearson, 2012, Milano.
  • In alternativa:
  • P. Tosoratti, “Introduzione all’Informatica”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
  • Libri consultabili:G. Cioffi, V. Falzone, “Manuale di Informatica”, Edizioni Calderini, Bologna.
  • David A. Patterson, John L. Hennessy, “Struttura e progetto dei Calcolatori” Zanichelli, 2010, III Edizione
  • V. Cantoni, “Appunti delle lezioni di Fondamenti di Informatica”, a cura di A. Piccolini, Edizioni CUSL
  • Consultazione Internet
esame 1
Esame (1)

Prove degli appelli d’esame

Prova d’esame composta da una prova di teoria e una prova pratica da svolgere sui calcolatori delle aule didattiche di Informatica

Nella prova scritta di teoria vengono proposti 8 argomenti trattati nel corso delle lezioni che devono essere approfonditi dal candidato (2 degli 8 quesiti relativi alla teoria della programmazione)

La valutazione è la media delle valutazioni conseguite nelle 8 domande.

La prova pratica prevede la soluzione di un problema ideando un idoneo algoritmo e utilizzando il linguaggio C

esame 2
Esame (2)

Prove degli appelli d’esame

Una valutazione sufficiente in ambo le prove consente il superamento dell’esame con valutazione globale ottenuta come media pesata delle singole valutazioni (pesi 3/5 e 2/5).

È prevista una prova orale facoltativa con due finalità differenti:

  • nel caso in cui la valutazione globale risultante sia sufficiente, per permettere la modifica di tale valutazione globale;
  • nel caso in cui la prova scritta di teoria sia stata valutata insufficiente, ma superiore 16/30, per raggiungere una valutazione finale sufficiente.
esame 3
Esame (3)

Prova intermedia (1)

1a prova teorica: argomenti trattati nel corso delle lezioni nel primo semestre

2a prova teorica: argomenti trattati nel corso delle lezioni nel secondo semestre; da sostenere in uno degli appelli fissati. L’accesso a questa prova è vincolato dal superamento della prima prova

3a prova pratica: soluzione di un problema ideando un idoneo algoritmo e utilizzando il linguaggio C

La valutazione globale è la media pesata delle tre prove sostenute, con il vincolo che tutte siano sufficienti (pesi: 3/10, 3/10 e 4/10).

esame 31
Esame (3)

Prove intermedia (2)

In caso di esito non sufficiente nella prima prova teorica, il candidato dovrà sostenere l’intero esame negli appelli delle rimanenti sessioni.

In caso di esito non sufficiente nella seconda prova teorica o della prova pratica, il candidato può ripetere la sola prova giudicata insufficiente in uno degli appelli fissati.

Validità delle prove fino alla sessione invernale dell’a.a. successivo.

obiettivi del corso
Obiettivi del corso

Acquisizione delle nozioni di base dell’informatica

Conoscenza dei sistemi per l’elaborazione dell’informazione

Conoscenza dei linguaggi per la programmazione degli elaboratori elettronici

Acquisizione della capacità di trovare soluzioni “algoritmiche” a problemi

programma del corso
Programma del corso
  • Architettura e principi di funzionamento degli elaboratori elettronici
  • Rappresentazione delle informazioni e nozione di algoritmo
  • Programmazione degli elaboratori elettronici (linguaggio C)

Esercitazioni

teoriche (in aula)

pratiche (su elaboratore)

Tutorato

introduzione all informatica applicazioni
Introduzione all’informatica - Applicazioni
  • Studi professionali per automazione d’ufficio (Office Automation: O.A.), informatica individuale, progettazione assistita (CAD), …
  • Imprese manifatturiere per amministrazione/supporto alla gestione, controllo dei processi, automazione, O.A., …
  • Banche, assicurazioni, imprese di servizi per O.A., utilizzo di basi di dati, trasferimenti elettronici di fondi, transazioni commerciali, ...
slide13

Introduzione all’informatica - Utilizzo dei calcolatori

  • Affari generali: inventari, gestione stipendi, contabilità, borsa valori, …
  • Banche: processi automatizzati
  • Industria: CAD-CAM, controllo di processo, robotica, pianificazione, …
  • Ufficio: elaborazioni testi, gestione dati
  • Servizi: sanità, biblioteche, …
  • Ricerca: simulazioni, basi dati, …
  • Istruzione
  • ...
concetti base
Concetti base
  • Informatica: INFORmazione autoMATICA
  • Computer - Elaboratore elettronico: è una macchina concepita per l’elaborazione automatica dei dati (non è una macchina calcolatrice)
  • Hardware: ciò che si può “toccare” o “vedere” di un calcolatore
  • Software: la componente “immateriale”, l’insieme dei programmi che permettano l’uso effettivo del calcolatore
concetti base1
Concetti base
  • Input/Output: ingresso/uscita dati verso sistema hardware e software. Dati digitali o convertiti in digitale
  • Firmware: componenti hardware pre-programmati
  • Reti: la comunicazione fra due o più calcolatori avviene attraverso componenti hardware e software
  • Architettura di un sistema di elaborazione: l’insieme di moduli, soluzioni, metodologie e tecniche che regola l’interrelazione tra hardware, firmware, software e interfaccia verso l’uomo
  • Architettura di rete: l’insieme di moduli, soluzioni, metodologie e tecniche che regola l’interrelazione tra computer in rete
concetti base2
Concetti base
  • Schema generale a STRATI

Utilizzatore

Esempio

concetti base unit di misura
Concetti base: unità di misura
  • Bit (b): unità di misura più piccola. Binary digit (numero binario) descrive due stati diversi, acceso/spento, sì/no, vero/falso
  • Byte (B): sequenza di 8 bit
  • KB (kilo byte): 210=1024 byte
  • MB (mega byte): 220=1048576 byte
  • GB (giga byte): 230=1073741824 byte
concetti base3
Concetti base
  • 1 pagina  2000 caratteri  2KB
  • 1 libro  500 pagine  1MB
  • 1 pagina A4: 21 x 29.5 cm = 8.25 x 11.5 pollici
  • uno scanner ha una risoluzione, ad esempio, di 300 punti per pollici: 2475 x 3450 = 8.538.750 punti
  • 1 pagina (a toni di grigio)  8.5 MB, 1 pagina (a colori)  25 MB
  • Risoluzione standard dei monitor: 640 x 480 = 307200 = 300 KB

800 x 600 = 480000 = 469 KB

1024 x 768 = 786432 = 768KB

1280 x 960 = 1228800  1200 KB  1.2MB

concetti base unit di misura1
Concetti base: unità di misura
  • Hertz (Hz): misura di frequenza (per eventi periodici; 1 Hz = 1 ciclo al secondo)
  • MHz: Megahertz, milioni di cicli al secondo
  • Mips: Mega instructions per second (milioni di istruzioni al secondo)

Mips e MHz NON sono la stessa cosa

Esempio: CPU INTEL 80386 a 25 MHz esegue 2.5 Mips

  • Mflops: Mega floating point operations per second (milioni di operazioni in “floating point” al secondo)
  • Baud (bit/sec): misura la velocità di trasmissione dati
concetti base classi di computer
Concetti base: classi di computer
  • Personal Computer: IBM-compatibili, Apple Macintosh; mono utente
  • Workstation (stazione di lavoro): generalmente sistema operativo UNIX
  • Minicomputer: usati da decine di utenti contemporaneamente
  • Mainframe: centinaia di utenti
  • Supercomputer: architetture parallele; dedicati all’elaborazione di grandi quantità di dati. Sistemi operativi particolari
dal problema al risultato il ruolo del computer

PROBLEMA

Dal problema al risultato: il ruolo del computer

CONOSCENZA SUL DOMINIO DEL PROBLEMA

{

ALGORITMO

ANALISTA

PROGRAMMATORE

SVILUPPO DELLA SOLUZIONE

CONOSCENZA LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE

UTENTE

PROGRAMMA

{

programma

dati

soluzione

ESECUZIONE

DEL

PROGRAMMA

COMPUTER

slide22

ALU

Unità di controllo

Architettura della macchina di Von Neumann

  • I microprocessori attuali sono dispositivi elettronici in grado di implementare all’interno di un unico circuito integrato le funzioni di un’intera CPU

Unità di ingresso

Unità di uscita

Memoria

Risultati

Programmi e dati

CPU: Central Processing Unit

CPU

Unità centrale

unit centrale

CPU

Unità di

controllo

ALU

MBR

MAR

Memoria ROM

MBR

MAR

Memoria RAM

Unità Centrale

D

A

T

A

B

U

S

CONTROL

B

U

S

AD

D

R

E

SS

B

U

S

microprocessori e bus
Microprocessori e Bus
  • I microprocessori sono dispositivi elettronici che implementano in un unico circuito integrato le funzioni di una intera CPU. I microprocessori attuali hanno bus dati a 8, 16, 32, 64 bit.
  • Il bus dati (data bus) esprime la capacità di elaborazione del processore (quanti bit possono essere elaborati in parallelo)
  • Il bus indirizzi (address bus) esprime la capacità di memorizzazione del processore (2m celle di memoria, se m è il numero dei bit del bus)
  • La capacità di indirizzamento indica il numero di celle diverse cui si può accedere:

210 Byte = 1024 byte = 1 KByte

220 Byte = 1048576 byte = 1 Mbyte

230 Byte = 1073741824 byte = 1 GByte

un esempio
Un Esempio
  • Variazione nella precisione di misura di 1 Kg. in un sistema di pesatura basato su microprocessori con diversa dimensione del bus dati

Numero di bit bus dati 4 8 16

Dati rappresentabili 24=16 28= 256 216= 65536

Precisione relativa 6.25% ~3.9 ‰ ~0.015‰

Precisione max. 62.5 gr ~3.9 gr ~0.015 gr

osservazioni
Osservazioni
  • I microprocessori a 8 bit di dato hanno tipicamente bus indirizzi a 16 bit con capacità di indirizzamento di 64 KB
  • I microprocessori a 16 bit di dato hanno tipicamente bus indirizzi a 20-24 bit con capacità di indirizzamento di 1-16 MB
  • I microprocessori a 64 bit di dato hanno bus indirizzi a 64 bit con capacità di indirizzamento fino a circa 1019 byte
  • I microprocessori Single Chip riuniscono in un unico circuito integrato più di uno dei blocchi costituenti un microcalcolatore (eventualmente tutti).
architettura di una cpu
Architettura di una CPU

BUS DATI ESTERNO

BUS DATI INTERNO

ACC

C

O

N

T

R.

D

E

C

O

D.

I

N

S

T.

R

E

G.

SP

PC

R

e

g

0

R

e

g

N

F

L

A

G

….

ALU

BUS INDIRIZZI INTERNO

BUS IND. ESTERNO

architettura di una cpu1
Architettura di una CPU
  • IR: Instruction Register
  • ALU: Arithmetic and Logic Unit
  • PC: Program Counter (punta alla memoria che contiene i programmi)
  • F: Registro dei flag
  • SP: Stack Pointer
  • Stack: area di memoria gestita con logica LIFO (Last In First Out)
ciclo di esecuzione di un istruzione

Codice Operativo

Operando 1

Operando 2

Ciclo di esecuzione di un’istruzione
  • FETCH (prelevamento dell’istruzione)
  • DECODIFICA
  • ESECUZIONE

La memoria (ROM e RAM) contiene il programma e i dati sui quali opera la CPU. Il Program Counter (PC) contiene l’indirizzo della cella di memoria con la prossima istruzione da eseguire.

FORMATO DELLE ISTRUZIONI

Campo che caratterizza le varie istruzioni

Gli operandi possono essere 0, 1, 2

sequenza di operazioni elementari per l esecuzione di ogni singola istruzione
Sequenza di operazioni elementari per l’esecuzione di ogni singola istruzione
  • FETCH: vengono letti i campi che costituiscono l’istruzione:

1) (PC)MAR

2) ((MAR)) MBR; (PC)+1 PC

3) (MBR) IR

I passi 1, 2, 3 permettono di caricare in IR (instruction register) il codice operativo (OP Code) dell’istruzione corrente. Passi analoghi permettono di caricare in opportuni registri della CPU gli operandi presenti nell’istruzione. In tal caso, nel passo 3 la destinazione del dato proveniente dalla memoria non è più IR, ma opportuni registri.

  • DECODE: viene identificata l’istruzione corrente sulla base dell’OP Code
  • EXECUTE: è diversa a seconda del tipo di istruzione. In pratica consiste nell’inviare comandi e dati alle unità interessate.
  • P.S. MAR= Memory Address Register; MBR: Memory Buffer Register
  • Notazione: (X) Y significa: “Il contenuto del registro X viene trasferito nel registro Y
formato delle istruzioni

Codice Operativo

Sorgente

Destinazione

Mod. indirizzamento

Formato delle istruzioni
  • Le istruzioni sono codificate da stringhe di bit.
  • Una volta caricata nell’IR, un’istruzione deve essere decodificata ed eseguita. A tal scopo l’unità di controllo deve conoscere:
  • codice operativo
  • sorgente: dati su cui operare
  • destinatario: dove porre il risultato e, se sorgente e destinazione sono in memoria, la modalità di indirizzamento

Esempio 1: Somma tra il contenuto del registro R2 e il contenuto dell’accumulatore. Il risultato va nell’accumulatore

FORMATO codice operativo

FETCH come in precedenza

ESECUZIONE (R2)+(ACC)ACC

esempio di esecuzione di istruzioni complete
Esempio di esecuzione di istruzioni complete

Esempio 2: somma tra il contenuto della cella di memoria il cui indirizzo è specificato nell’istruzione ed il contenuto dell’accumulatore; il risultato va nell’accumulatore

  • FORMATO: codice operativo+operando
  • FETCH:

1) (PC)MAR 4) (PC)MAR

2) ((MAR)) MBR; (PC)+1 PC 5) ((MAR)) MBR; (PC)+1 PC

3) (MBR) IR 6) (MBR) Rn

  • EXECUTE:

1) (Rn) MAR 3) (MBR) Rn

2) ((MAR)) MBR 4) (Rn)+(ACC) ACC

esempio di esecuzione di istruzioni complete1
Esempio di esecuzione di istruzioni complete

Esempio 3: saltare all’istruzione che è memorizzata nella cella il cui indirizzo è specificato all’interno dell’istruzione corrente:

  • FORMATO: codice operativo+operando
  • FETCH:

1) (PC)MAR 4) (PC)MAR

2) ((MAR)) MBR; (PC)+1 PC 5) ((MAR)) MBR; (PC)+1 PC

3) (MBR) IR 6) (MBR) Rn

  • EXECUTE:

1) (Rn) PC