Fondamenti di Informatica

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Fondamenti di Informatica

• Dino Mandrioli
• Presentazione del corso

2
Domandina sfiziosetta(rivolta non solo agli
ingegneri informatici)

• Questo è un corso di laurea (del Politecnico) in
  Ingegneria Informatica
• Quale delle due parole del titolo prevale?
• Il sostantivo o laggettivo?
• Anzi, già che ci siamo
• Parliamo un po dellIngegneria dellInformazione

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Obiettivi e organizzazione del corso

• Fornire unintroduzione allinformatica con
  enfasi sulle basi concettuali e
  sullapprendimento integrato ltConcetti-sperimenta
  zionegt
• Al corso seguiranno corsi di approfondimento e
  applicazione
• Integrazione ltLezioni-esercitazioni-laboratorio-ve
  rificagt

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Traccia del programma

• Concetti introduttivi (e fondamentali)
• Breve panoramica dei sistemi e applicazioni
  dellinformatica
• Gli elementi essenziali della programmazione(ling
  uaggio di riferimento C)
• Alcuni aspetti più avanzati forse diversificati
  per CS (programmazione di sistema vs. CAD)

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Aspetti organizzativi

• Lezioni tradizionali ma interattive concetti,
  esempi base
• Esercitazioni ulteriori esempi/esercizi
• Laboratorio messa in pratica. Enfasi
  sullatteggiamento attivo da parte dello
  studente, rispetto alla didattica tradizionale.
• Verifica on-line o in itinere
• il laboratorio ammette allesame e dà un
  punteggio (se positivo) da 1 a 5 punti
• 2 prove scritte intermedie (con eventuale orale)
  danno punti fino a 14 (7 è il minimo di
  sufficienza)
• Alla fine del corso verrà proposto un voto finale
  (se gt 18) il voto proposto potrà essere
  rifiutato secondo modalità definite dal docente
• Chi non è ammesso allesame dovrà rifrequentare
  il corso lanno successivo
• Chi non avrà ottenuto un voto finale sufficiente
  o rifiuterà il voto proposto dovrà sostenere un
  recupero negli appelli previsti. Non sono ammessi
  recuperi di singole prove.

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Materiale didattico

• Libro di testoCeri, Mandrioli, Sbattella
  Informatica Programmazione, II edizione,
  Mc-Graw-Hill Italia
• (Parti di)
• Pelagatti Informatica II, Sistema operativo
  Linux e TCP/IP, Esculapio, 2002.
• File dei lucidi accessibile via web
• Eserciziari e temi desame di corsi
  precedentiTesti di esercizi in C ampiamente
  disponibili

7
I concetti fondamentali dellinformatica

• Informatica scienza della rappresentazione ed
  elaborazione rigorosa - quindi potenzialmente
  automatica- dellinformazione
• (non scienza del calcolatore né di Internet, )
• ----gt
• Informatica coeva e sorella della matematica
  e della filosofia (radici storiche nella cultura
  classica ellenistica importanti risultati
  teorici e di base allinizio del 900)
• Tuttavia .

8

• ...
• Il grande impatto applicativo, industriale,
  sociale dellinformatica
• Calcolo, gestione, informatica personale, web,
  controllo di impianti, applicazioni mediche, .
  Con i relativi rischi!..
• Determinato dallevoluzione tecnologica
• elettronica
• miniaturizzazione
• trasmissione (telecomunicazioni)
• Le rivoluzioni qualitative prodotte dagli
  enormi sviluppi quantitativi (un moderno PC è
  enormemente più potente di un calcolatore da
  decine di miliardi - metri cubi- degli anni 60)
• Si va verso linformatica globale e spesso
  nascosta (embedded)

9
Cominciamo dallabc (senza snobbarlo )

• rappresentazione (ed elaborazione) rigorosa
  (ossia meccanizzabile) dellinformazione
• Il primo tipo di informazione che si presta ad
  essere rigorosamente rappresentato è
  linformazione numerica numeri rappresentati
  mediante
• aste, fagioli,
• cifre greco-romane
• cifre decimali (o in altra base)
• Una prima fondamentale differenza quantitativa
  tra le diverse tecniche di rappresentazione
• n aste per rappresentare il numero n (numerazione
  unaria)
• ?logk(n) ? 1 cifre per rappresentare il numero
  n in base k

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La rappresentazione dellinformazione non
numerica(Osservazioni preliminari)

• Informazione testuale (caratteri)
• Informazione grafica (pixel, ma anche forme più
  astratte)
• Informazione musicale (digitalizzata o no)
• . Multimedialità
• NB Fondamentale distinguere tra rappresentazione
  dellinformazione in forma analogica e
  digitaleLelettronica - e linformatica-
  moderne sono ormai assestate sulle tecniche
  digitali, però in un passato anche recente ...

11
Ma rappresentare linformazione non basta
occorre elaborarla (sempre rigorosamente, ossia
precisamente, ossia meccanizzabilmente)

• Ricominciamo dai numeri (45 25) è definita
  rigorosamente
• Un primo calcolatore

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• Nel fare il calcolo della somma mediante il
  pallottoliere, noi applichiamo un algoritmo,
  ossia una sequenza di passi elementari, ben
  definita, precisa, eventualmente eseguibile anche
  da una macchina.
• Informazione ed elaborazioni complesse vengono
  sempre scomposte in elementi base semplici e
  aggregate mediante composizione di elementi
  semplici in altri sempre più complessi.
• Questa è lessenza della progettazione
  informatica!
• Irrobustiamo ora il concetto di algoritmo
  mediante nuovi esempi.

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Utilizzo di un lettore portatile di CD
musicali Consideriamo un lettore di CD musicali
portatile, con un certo numero di pulsanti di
controllo e un display che indica se il lettore è
in funzione e in particolare qual è il brano che
è attualmente riprodotto. Vogliamo suonare il
brano numero 13 le operazioni da eseguire per
svolgere questo compito costituiscono un
algoritmo
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• Se siamo a casa ed è disponibile una presa
  elettrica, inseriamo lalimentatore nella presa.
• Se non è disponibile una presa, controlliamo che
  il lettore contenga lappropriato numero di
  batterie e che queste siano sufficientemente
  cariche in caso contrario inseriamo o
  sostituiamo le batterie con altre nuove.
• Accendiamo il lettore.
• Inseriamo il CD nel lettore il display indica
  No disk.
• Premiamo il pulsante Start e attendiamo finché
  il display non indica Disk OK.
• Premiamo ripetutamente il pulsante Forward
  finché il display non indica il numero del brano
  voluto (13).
• Indossiamo le cuffie.

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Alla fine giungiamo ad ascoltare il brano
prescelto. Anche in questo caso, abbiamo
costruito il nostro algoritmo combinando
opportunamente poche operazioni
elementari inserire il disco, premere diversi
pulsanti, controllare quanto visualizzato dal
display, indossare le cuffie. Si osservi inoltre
che lordine in cui tali operazioni vengono
eseguite può dipendere dai risultati (parziali)
dellesecuzione stessa dobbiamo inserire nella
presa lalimentatore se si verifica la
disponibilità di una presa elettrica dobbiamo
ripetere lazione di premere un pulsante finché
non è verificata una determinata condizione (il
fatto che il display indichi 13). La possibilità
di decidere quale operazione eseguire sulla base
dellanalisi dello stato dellesecuzione è una
caratteristica essenziale di ogni algoritmo non
banale.
16

• Il precedente algoritmo è una versione
  semplificata di ciò che facciamo in pratica e non
  tiene conto di numerose variabili.
• Per esempio, la decisione di usare la presa
  elettrica piuttosto che le batterie può dipendere
  da parecchi altri fattori diversi da quelli
  esemplificati qui se il CD non viene inserito
  correttamente nel lettore, anche dopo aver
  premuto il pulsante Start il disco non gira
  come dovrebbe e non compare lindicazione Disk
  OK. Se succede proprio questo, si deve ripetere
  il passo 5, come segue
• Premiamo il pulsante Start fintanto che il
  display indica No disk, si ripete
• Inseriamo nuovamente il CD nel lettore.
• Premiamo il pulsante Start.
• ...

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Anche questa nuova versione dellalgoritmo è
probabilmente troppo semplificata. In realtà,
anche il più testardo di noi, dopo diversi
tentativi andati male, concluderebbe che il
lettore non funziona Lezione 1 gli esseri
umani sono buoni esecutori di algoritmi, ma
possono anche decidere di abbandonarli (per
esempio, in condizioni eccezionali) usando il
buon senso. I calcolatori, invece, non
possiedono buon senso e intuizione tutte le
situazioni fuori dal normale devono essere loro
descritte, se si vogliono ottenere reazioni
appropriate.
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Altri algoritmi -e lezioni- più o meno dettagliati

• La somma tra due numeri
• in versione unaria (pallottoliere)
• in versione decimale -o, in generale, in base k gt
  0
• Le ricerca in uno schedario
• non ordinato
• ordinato -e.g, in ordine alfabetico
• Lezione 2 (e 3)
• gli algoritmi dipendono dalla rappresentazione
  dei dati (informazioni) prescelte
  rappresentazione ed elaborazione
  dellinformazione procedono a braccetto
• gli algoritmi possono essere più o meno
  efficienti si pensi alla differenza tra
• operazioni unarie e in base k gt 1
• ricerca su schedari non ordinati e ordinati (la
  guida del telefono)
• In questo corso non valuteremo in modo matematico
  lefficienza degli algoritmi ma tale valutazione
  va tenuta presente almeno sul piano intuitivo.

19
Consultazione di una carta geografica(per
decidere percorsi automobilistici)

• In genere, la selezione di un luogo di
  villeggiatura non obbedisce a un rigido
  algoritmo.
• Al contrario, il problema di trovare la via più
  breve per andare in auto da una città allaltra
  può essere risolto mediante un algoritmo.

20

• 1. Si trovano tutte le sequenze di città che
  determinano un itinerario tra le due città. Più
  precisamente, siano cp e ca rispettivamente la
  città di partenza e la città di arrivo si
  individuano e si memorizzano, ognuna su un
  diverso pezzo di carta, tutte le sequenze c0,
  c1, c2, , ck di nomi di città, tali che
• nessuna città compaia due volte nella sequenza
• il primo elemento della sequenza, c0, coincida
  con cp, e lultimo, ck, coincida con ca
• per ogni coppia di elementi contigui, ltci, ci1gt,
  esista un tratto di strada che li unisce il
  tratto di strada non può ovviamente attraversare
  alcuna città.
• 2. Per ogni sequenza, si calcola la somma delle
  distanze dei vari tratti di strada e la si
  memorizza accanto alla sequenza.
• 3. Si individua la sequenza per cui il valore
  della somma delle distanze è minimo e la si
  sceglie come strada più breve. Se per caso si
  trovasse più di un itinerario con la stessa
  distanza totale tra cp e ca, se ne sceglierebbe
  uno arbitrariamente (per esempio il primo
  trovato). Se non si trova alcun itinerario, per
  esempio perché cp e ca sono separate dal mare,
  non esiste alcuna soluzione.

21
Le operazioni utilizzate nei precedenti punti 1,
2, 3 (individuare sequenze di tratti di strada,
calcolare la sommatoria di varie distanze ecc.)
sono piuttosto complesse, e forse non
sufficientemente dettagliate. Tuttavia, non
dovrebbe essere un esercizio troppo difficile
precisare meglio almeno i punti 2 e 3 facendo uso
di operazioni più elementari, fino ad arrivare a
una formulazione che sia così precisa da poter
essere eseguita. Il punto 1 merita invece un
esame più approfondito. Trovare tutti gli
itinerari che vanno da una città allaltra è a
sua volta un problema che va risolto mediante un
opportuno algoritmo possiamo chiamarlo un
sottoproblema del problema principale, perché la
sua soluzione è necessaria per costruire la
soluzione di questultimo. Questo sottoproblema,
a sua volta, può essere risolto mediante un
algoritmo
22
Se n è il numero di città riprodotte nella carta
geografica, un itinerario che unisca cp a ca
senza passare due volte (inutilmente!) dalla
stessa città, non può essere costituito da un
numero di tratti elementari superiore a n?1
Basta quindi costruire tutti gli itinerari che
partono da cp e hanno un numero di tratti non
superiore a n?1, e scegliere tra questi quelli
che terminano in ca. Supponiamo di aver già
trovato tutti gli itinerari che partono da cp e
sono lunghi r1 tratti otterremo gli itinerari
lunghi r creando molte copie degli itinerari
lunghi r1 e aggiungendo a ciascuna copia un
tratto ulteriore, che collega lultima città,
cr1, a tutte le città direttamente collegate a
essa, purché tali città non facciano già parte
della sequenza lunga r?1.
23
Consideriamo come itinerario di lunghezza 0 un
itinerario fittizio, che parte e arriva nella
città cp. A questo punto, gli itinerari di
lunghezza 1 saranno tutti quelli che collegano cp
alle città limitrofe, cioè a quelle città
direttamente collegate a cp da una strada.
Abbiamo così definito i primi due passi di un
algoritmo, che in n passi ci porta a generare
tutti i percorsi lunghi n?1 che partono da cp, e
quindi a risolvere il punto 1 dellalgoritmo
generale. Questo ragionamento è un primo esempio
di un potentissimo procedimento
matematico-informatico che ci servirà per
risolvere i più svariati problemi
linduzione. Otteniamo dunque una nuova
formulazione più completa e più precisa del punto
1 del nostro algoritmo
24

• 1. Partiamo da una sequenza iniziale, trascritta
  su un foglio di carta, che comprende la sola
  città cp questa sequenza ha lunghezza 0.
• 2. Esaminiamo le sequenze fin qui costruite, di
  lunghezza r?1. Chiamiamo S una generica sequenza
  cp, c1, c2, , cr1. Per ciascuna sequenza S
  si costruiscono nuove sequenze di lunghezza r
  come segue
• sia cr1 lultima città della sequenza S. Si
  trovano tutte le città collegate a cr1 da una
  strada siano esse linsieme di città a1, a2, ,
  as
• si escludono dallinsieme a1, a2, , as tutte
  le città che già fanno parte della sequenza S.
  Restano così a1, a2, , at città, con t ? s
• si costruiscono t sequenze di lunghezza r,
  ottenute aggiungendo a S una diversa città ai
  scelta fra le t città individuate al passo
  precedente.
• 3 Si ripete lesecuzione del passo precedente
  fino a quando non si verifica la condizione r
  n. A questo punto vengono estratte (da tutte le
  sequenze costruite di lunghezza minore di n) le
  sequenze che hanno ca come ultima città, e
  lalgoritmo che identifica tutti i possibili
  tragitti termina. Se per caso non ve ne fossero,
  si può terminare a questo punto lintero
  algoritmo, stabilendo che il problema non ha
  soluzione.

25
 
Città collegate ad A da una strada B Città
collegate a B da una strada A, E, F Città
collegate a C da una strada D, E, F Città
collegate a D da una strada C, F Città
collegate a E da una strada B, C, G Città
collegate a F da una strada B. C, D, G Città
collegate a G da una strada E, F   Percorsi
di 0 tratti che partono da E E Percorsi di 1
tratto che partono da E E, B E, C E,
G Percorsi di 2 tratti che partono da E E, B,
A E, B, F E, C, D E, C, F E, G,
F Percorsi di 3 tratti che partono da E E, B,
F, C E, B, F, D E, B, F, G E, C, D, F
E, C, F, B E, C, F, D E, C, F, G
E, G, F, B E, G, F, C E, G, F, D Percorsi
di 4 tratti che partono da E E, B, F, C, D
E, B, F, D, C E, C, D, F, B E, C, D, F,
G E, C, F, B, A E, G, F, B, A E, G,
F, C, D E, G, F, D, C   Lunghezza del
percorso E, C, D 6 Lunghezza del percorso E,
B, F, D 7 Lunghezza del percorso E, C, F,
D 6 Lunghezza del percorso E, G, F,
D 3 Percorso più breve Lunghezza del percorso
E, B, F, C, D 11 Lunghezza del percorso E,
G, F, C, D 7 
 
 
 
26
Lezioni ricavate

• Certamente noi non consultiamo le carte
  geografiche -solo- in questa maniera
• Un problema complesso si può risolvere
  scomponendolo in problemi meno complessi fino ad
  arrivare a problemi elementari
• Quali siano i problemi elementari (risolvibili
  immediatamente) dipende da chi/ che cosa è il
  risolutore
• Trovato un algoritmo non è detto che questo sia
  lunico né tantomeno il migliore per risolvere il
  nostro problema (nel caso specifico ne esistono
  certamente di migliori da vari punti di vista).
• Quando potremo stabilire che lalgoritmo da noi
  elaborato è eseguibile da una macchina? ---gt
  Dobbiamo conoscere, almeno un po, la macchina!

27
La macchina da calcolo -in senso lato e
astratto-(cominciando dal basso)

• Lessenza dellinformatica sta nello scomporre
  linformazione in pezzi elementari e la sua
  elaborazione in operazioni elementari
• Che cosa più elementare del bit, ossia di due
  possibili valori dellinformazione 0,1 o
  Vero, Falso, ?
• Tutta linformazione -discreta- può essere
  scomposta - ossia rappresentata come una
  opportuna sequenza di 0 e 1(e quella continua
  può essere approssimata in questa maniera)

28
Primi esempi di rappresentazione di informazioni
componendo bit

• Byte sequenza di 8 bit (00000000, 00000001,
  00000010, , 11111111).
• Un byte può rappresentare i numeri naturali da 0
  a 255 ( 28 1)zero 00000000 8 00001000
  255 11111111.
• e i numeri interi compresi fra 127 e 127,
  ossia fra (2(81) ? 1) e (2(81) ? 1) (primo bit
  0 numero positivo, primo bit 1 numero
  negativo 0 00000000 e 0 10000000
• (nei prossimi lucidi vedremo una rappresentazione
  più efficace)
• I numeri reali numeri razionali contenenti una
  parte intera e una frazionaria che approssimano
  il numero reale con precisione arbitraria.
  Notazione in virgola fissa si codificano
  separatamente la parte intera e la parte
  frazionaria ad esempio 8.345 ( in base due)
• primo byte (rappresentazione dellintero 8)
  00001000
• secondo byte (rappresentazione della parte
  frazionaria 0.345) 01011000(anche qui vedremo
  ulteriori rappresentazioni in seguito)

29

• I caratteri ASCII (American Standard Code for
  Information Interchange)
• sette bit usati per rappresentare 128 caratteri
  (ottavo per controllo).
• a ogni lettera (le maiuscole da A a Z, le
  minuscole da a a z), cifra (da 0 a 9) o
  separatore (usato per la punteggiatura o come
  operatore aritmetico) viene assegnato un numero
  naturale rappresentabile in forma binaria.
• Ad esempio A viene codificata in ASCII come
  numero 65 e la sua forma binaria è 01000001 il
  separatore viene codificato come 59 e la sua
  forma binaria è 00111011.
• NB la stessa stringa di bit ha diversi
  significati, a seconda del tipo di informazione
  rappresentata!

30
Dallinformazione elementare alle operazioni
elementari

• Inversione di un bit 0 ---gt 1, 1 ---gt 0
• somma di due bit 00 0, 10 1, 01 1,
  11 1
• prodotto di due bit 00 0, 10 0, 01 0,
  11 1
• Se interpretiamo 0 come Falso (False, F) e 1 come
  Vero (True, T), le operazioni di dui sopra
  possono essere viste come operatori logici
• Inversione negazione, (NOT, ?)
• Somma logica, (OR, ?)
• Prodotto logico, (AND, ?)
• Mediante le suddette operazioni si possono
  elaborare sequenze di bit in modo arbitrario
  ----gt operazioni base per costruire algoritmi
• Oltre allintuitiva interpretazione logica queste
  operazioni sono facilmente realizzabili mediante
  dispositivi elettronici (a loro volta elementari
  e combinabili in circuiti integrati)

31
Un piccolo approfondimento laritmetica binaria

• Il fatto che linformazione base sia il bit porta
  a codificare i numeri come sequenze di bit
• Ne consegue ladozione della numerazione in base
  2
• 0 000 1 001 2 010 3 011 .
• algoritmi di conversione 102 10/2 5 resto
  0 0
• 5/2 2 resto 1 1
• 2/2 1 resto 0 0
• 1/2 0 resto 1 1
• 102 1010
• (1010)10 1. 23 0. 22 1. 21 0. 20 8 0
  2 0 10
• Da base due a base 8 (o 16) e viceversa facile.
  Perché?

32
Aritmetica binaria la somma cifra per cifra
riporto 11100 00110000000100
8731 10001000011011
5698 01011001000010
risultato 14429 11100001011101
33
Aritmetica binaria realizzata mediante operatori
logici

• 8 9 7, riporto 1
• 1 0 1, riporto 0
• 1 1 0, riporto 1
• riporto 1 7 6 4, riporto 1
• riporto 1 0 0 1, riporto 0
• riporto 1 1 0 0, riporto 1
• riporto 1 1 1 1, riporto 1

Risultato
B1
B1
Risultato
Half adder
Full adder
B2
Riporto
B2
Riporto
Riporto
Half adder Risultato (NOT(B1) AND B2) OR (B1
AND NOT(B2)) Riporto B1 AND B2
34
Torniamo ai numeri negativi

• e i numeri interi compresi fra 127 e 127,
  ossia fra (2(81) ? 1) e (2(81) ? 1) (primo bit
  0 numero positivo, primo bit 1 numero
  negativo 0 00000000 e 0 10000000
• a parte lo spreco di due rappresentazioni
  diverse per un solo numero
• la realizzazione delle varie operazioni (e.g.
  differenza) richiede algoritmi nuovi e non
  leggerissimi
• ? una tecnica di rappresentazione più efficace
  il complemento a due
• Usando m bit, -N rappresentato come 2m N
  Esempio, m 3
• - 4 100 (NB non rappresentabile con modulo e
  segno)
• - 3 101
• - 2 110
• - 1 111
• 0 000
• 1 001
• 2 010
• 3 011

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Somma e sottrazione in complemento a due

• Passare da N a N in complemento a due
• Scambio 1 ? 0 sommo 1 al risultato (facile ed
  efficiente realizzazione con operazioni logiche)
• 3 ? - 3 011 ? 100 ? 101
• -2 ? 2 110 ? 001 ? 010
• M - N M (-N) (occhio alloverflow!)

5 0000101 5 0000101
8 0001000 - 8 1111000
13 0001101 - 3 1111101
- 5 1111011 - 64 1000000
8 0001000 - 8 1111000
3 (1) 0000011 - 72 1 (1) 0111000
36
I numeri frazionari

• 0.58710 (5 ? 101 8 ? 102 7 ? 103)
• 0.10112 (1 ? 21 0 ? 22 1 ? 23 1 ? 24)
  10 0.687510
• I numeri frazionari possono introdurre
  approssimazioni, dovute alla presenza di un
  numero limitato di cifre dopo la virgola
  lapprossimazione è comunque inferiore a pn, ove
  n è il numero di cifre utilizzate.
• Rappresentazione binaria del numero frazionario
  0.58710
• 0.587 ? 2 1.174 parte frazionaria 0.174 e
  parte intera 1
• 0.174 ? 2 0.348 parte frazionaria 0.348 e
  parte intera 0
• 0.348 ? 2 0.696 parte frazionaria 0.696 e
  parte intera 0
• 0.696 ? 2 1.392 parte frazionaria 0.392 e
  parte intera 1
• 0.392 ? 2 0.784 parte frazionaria 0.784 e
  parte intera 0
• 0.784 ? 2 1.568 parte frazionaria 0.568 e
  parte intera 1
• 0.568 ? 2
• 0.1001 (con quattro cifre binarie dopo la
  virgola) o
• 0.100101 (con sei cifre binarie dopo la
  virgola).

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I numeri reali

• Approssimati da razionali
• Dalla virgola fissa
• 00101001011.10110 331.6875 in base 10
• alla virgola mobile
• mantissa e esponente o caratteristica
• r m ? bn
• esempi con b p 10
• -331.6875 viene rappresentato in virgola mobile
  con
• m ?0.3316875 e n 3
• con b p 2, bit di segno della mantissa 0,
  mantissa 1011 e caratteristica 01010
• viene interpretato in base decimale come
• 0.6875 ? 210 0.6875 ? 1024 704.01

38

• Un numero in virgola mobile si dice normalizzato
  se la virgola della mantissa è posizionata subito
  a sinistra della prima cifra diversa da 0.
• 0.45676 ? 102 normalizzato
• 0.0456 ? 104 non normalizzato.
• i numeri non normalizzati rischiano di sprecare
  cifre
• 456.7682 con cinque cifre decimali per la
  mantissa
• 456.76 ? 101
• 4.5676 ? 102
• 0.0456 ? 104

39
Lo standard IEEE per la rappresentazione in
virgola mobile

• 4 formati per la rappresentazione dei numeri
  reali che differiscono per il numero totale di
  bit utilizzati. I più diffusi
• a precisione singola, con 32 bit
• a doppia precisione, con 64 bit

Rappresentazione IEEE in singola precisione.
40

• Linterpretazione abbastanza particolare
• lo standard deve permettere di rappresentare non
  solo un insieme di numeri reali quanto più ampio
  possibile, con la massima precisione possibile,
• ma anche valori speciali quali
• NaN Not a Number risultato di operazioni
  non ammesse quali la divisione per zero,
• 8 e -8

41

• Interpretazione della caratteristica n
• valore compreso tra 0 e 255 (8 bit)
• i valori estremi (0 e 255) sono interpretati in
  una maniera speciale,
• i valori compresi tra 1 e 254 (inclusi) sono
  interpretati come esponente del numero razionale
  sottraendo 127 al valore effettivamente
  rappresentato
• se n131 allora lesponente del numero
  rappresentato vale 4, mentre se n125 lesponente
  vale -2. In questo modo è possibile rappresentare
  tanto esponenti positivi quanto negativi,
  interpretando il numero effettivamente
  rappresentato come un intero senza segno (cosa
  che facilita i confronti).

42

• Interpretazione della mantissa
• rappresentata in forma normalizzata su 23 bit
  ignorando il primo bit
• il primo bit non può che valere 1 (come vedremo
  il valore 0 ha una sua rappresentazione
  specifica).
• Trascurando quindi il primo bit e rappresentando
  solo la parte frazionaria della mantissa, si
  ottiene di fatto lequivalente di 24 bit.

43

• Casi speciali
• Il valore 0 viene rappresentato ponendo a 0 tanto
  la caratteristica quanto la mantissa (a seconda
  del valore del bit del segno è possibile
  rappresentare i valori -0 e 0).
• Il valore 255 per la caratteristica viene
  utilizzato per rappresentare il valore infinito
  (positivo o negativo a seconda del valore del
  segno) se la mantissa vale 0, o il valore
  speciale NaN se la mantissa è diversa da 0.
• Se la caratteristica vale 0 e la mantissa è
  diversa da 0, questultima viene interpretata
  come se si trattasse di una parte puramente
  frazionaria (primo bit uguale a 0, quindi non
  normalizzato) e lesponente viene posto per
  convenzione a -126.

44

• Riassumendo
• detto s il bit del segno, n la caratteristica, ed
  m la mantissa, valgono le seguenti regole per il
  calcolo del valore v rappresentato
• se n255 e m?0 allora vNaN
• se n255 e m0 e s0 allora v8
• se n255 e m0 e s1 allora v-8
• se 0ltnlt255 allora v(-1)s?2(n-127) ?1.m
• se n0 e m?0 allora v(-1)s?2-126 ?0.m
• se n0 e m0 e s0 allora v0
• se n0 e m0 e s1 allora v-0
• 1.m denota il numero binario razionale composto
  da un 1, seguito dal punto decimale, seguito dai
  bit presenti nella parte riservata alla mantissa
• 0.m denota il numero composto da uno 0, seguito
  dal punto decimale, seguito dai bit che
  compongono la mantissa.
• La rappresentazione in doppia precisione è del
  tutto analoga ma usa 11 bit per la caratteristica
  e 52 bit per la mantissa.

45
Un calcolatore, o meglio, un sistema informatico

• Altro non è che un enorme tritabit
• Solo che i bit sono organizzati in pacchetti di
  informazioni (byte, parole e via di seguito)
• e viaggiano allinterno del sistema il quale
  sistema può essere un semplice chip o lintera
  rete Internet.
• Cerchiamo di capire a grandissime linee come ciò
  accade per poter meglio fornire disposizioni al
  sistema (algoritmi) su come elaborare
  linformazione che esso riceve.
• Lo studio più sistematico del sistema di calcolo
  sarà oggetto del corso successivo (Informatica 2)

46
La classica architettura -molto astratta- della
macchina di von Neumann
47
Il programma ovvero il modo con cui un algoritmo
viene comunicato a un calcolatore

• Per comunicare (tra uomini o macchine) occorre un
  linguaggio
• Se Maometto non va alla montagna
• Luomo deve usare un linguaggio accessibile alla
  macchina, ossia rigoroso, preciso così non è
  il linguaggio naturale
• Il linguaggio della macchina di von Neumann
• Un programma è una sequenza di istruzioni
• Unistruzione è costituita da un campo codice
  operativo (CO) e da un (eventuale) campo operando
• Il CO dice alla macchina che operazione deve
  eseguire
• Loperando dice a che cosa va applicata
  loperazione

48
Tanto per cominciare

• Listruzione READ

49
Altre istruzioni trasferiscono informazioni da
un punto allaltro della macchina (sistema)

• WRITE
• LOAD xxx il contenuto della cella xxx viene
  trasferito nellaccumulatore
• STORE xxx il contenuto dellaccumulatore viene
  trasferito nella cella xxx
• Un primo programma (legge due numeri e li
  riscrive in ordine inverso)
• READ
• STORE 30
• READ
• WRITE
• LOAD 30
• WRITE

50
Altre istruzioni eseguono operazioni aritmetiche
(applicando opportuni algoritmi cablati
nellunità aritmetica)

• ADD, SUB, MULT, DIV (divisione intera)
• ADD X ACC X ---gt ACC
• Un secondo programma (legge due numeri e ne
  stampa la somma)
• READ
• STORE 30
• READ
• ADD 30
• WRITE

51
Altre istruzioni controllano il flusso
dellesecuzioneUna caratteristica fondamentale
degli algoritmi è la possibilità di decidere il
da farsi in funzione dei dati acquisiti (letti o
prodotti)

• Nella macchina di von Neumann questa
  caratteristica è ottenuta mediante istruzioni di
  salto
• BR xx la macchina salta direttamente ad
  eseguire listruzione xx-esima, indipendentemente
  dallistruzione attuale
• BEQ xx salto condizionato la macchina salta
  direttamente ad eseguire listruzione xx-esima,
  se il contenuto dellaccumulatore è 0, altrimenti
  prosegue con listruzione successiva
• BGE, BG, altre forme di salto condizionato
  dipendenti dal contenuto dellaccumulatore
• Indirizzamento immediato
• ADD 13 viene sommato il valore 13 al contenuto
  dellaccumulatore, non il contenuto della cella
  13!

52
Un terzo programma Sommatoria di n numeri

• In primo luogo il programma legge il numero n,
  che è scritto nella prima cella del nastro di
  lettura, e lo memorizza nella cella 101 questa
  ci servirà per contare quanti numeri dobbiamo
  ancora leggere e sommare prima di terminare
  ovviamente il suo valore iniziale è proprio n.
  Inoltre si assegna il valore iniziale 0 (in gergo
  si inizializza) alla cella 102 che utilizzeremo
  per contenere il risultato della sommatoria. Si
  noti che in questo modo si definisce che la
  sommatoria di 0 elementi è 0.
• 0 READ
• 1 STORE 101
• 2 LOAD 0
• 3 STORE 102
• A questo punto ci si domanda se il contenuto
  della cella 101 è 0.
• 4 LOAD 101
• 5 BEQ 13

53
Se ci sono ancora dati da leggere e sommare, si
legge il prossimo elemento del nastro di lettura
e lo si somma al contenuto della cella 102,
destinata a contenere il risultato, rimettendo
poi il risultato della somma nella stessa
cella. 6 READ 7 ADD 102 8 STORE 102 Successi
vamente si diminuisce di ununità il contenuto
della cella 101 (il contatore del numero di
operazioni lettura-somma ancora da
eseguire). 9 LOAD 101 10 SUB 1 11 STORE 101
54
A questo punto non cè che domandarsi di nuovo se
i dati da leggere sono finiti e procedere
esattamente come prima, ma il codice per fare ciò
è già stato scritto e inizia dallistruzione
numero 4 basta dunque scrivere 12 BR 4 Infine
dobbiamo pensare a scrivere il risultato e a
terminare la esecuzione, quando finalmente la
cella contatore conterrà il valore 0.
13 LOAD 102 14 WRITE 15 END
55
Riscrittura di una sequenza di numeri -diversi da
0 e chiusa da uno 0-in ordine inverso Serve
qualcosa di nuovo Indirizzamento
indiretto LOAD_at_ xxx viene trasferito in
accumulatore il contenuto della cella il cui
indirizzo è a sua volta contenuto nella cella xxx
56
Quarto programma Cella 101 contatore numeri
letti Cella 102 indirizzo celle contenenti i
numeri letti (indirizzo di partenza
110) 0 LOAD 0 1 STORE 101 inizializzazione
del contatore 2 LOAD 110 3 STORE 102 inizializ
zazione indirizzo di memorizzazione
57
Inizia la fase di lettura. Ogni dato letto, se è
diverso da 0, viene memorizzato nella cella
indicata dal valore contenuto in 102.
Successivamente il contenuto della cella 102
viene incrementato. 4 READ 5 BEQ 14 salto
alla fine del ciclo 6 STORE_at_ 102 7 LOAD 101 8
ADD 1 9 STORE 101 incremento del
contatore 10 LOAD 102 11 ADD 1 12 STORE 102
incremento dellindirizzo 13 BR 4 ritorno
allinizio del ciclo NB Al momento della
scrittura dellistruzione 5 non si conosce
lindirizzo dellistruzione cui saltare!
58
Una volta terminata la lettura, cioè dopo aver
letto il dato 0, iniziamo la fase di scrittura.
La struttura di questa parte del programma è
simile alla precedente. Questa volta il test di
controllo non è più effettuato sul valore letto,
ma sul contenuto del contatore 101 che contiene
il numero di dati da scrivere. Ogni volta che
viene scritto un numero, il contenuto di 101 deve
essere decrementato di 1 fino al valore 0. Anche
il contenuto di 102 deve essere decrementato di 1
per ogni dato scritto per permettere di accedere
al dato successivo. 14 LOAD 101 15 BEQ 25 salto
alla fine del ciclo 16 LOAD 101 17 SUB 1 18
STORE 101 decremento del contatore 19 LOAD 102
20 SUB 1 21 STORE 102 decremento
dellindirizzo 22 LOAD_at_ 102 23 WRITE 24 BR 1
4 ritorno allinizio del ciclo 25 END
59
Nulla di magico avviene nella macchina di von
Neumann guardiamoci dentro un po meglio (il
seguito al corso successivo)
60
NB

• Noi, per intenderci, abbiamo usato una
  formulazione simbolica del codice e decimale
  degli indirizzi.
• In realtà la memoria reale della macchina sarà
  qualcosa del genere

61
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 leggi un valore
in ingresso e ponilo nella cella numero 16
(variabile a) 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
leggi un valore e ponilo nella cella numero 17
(variabile b) 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
leggi un valore e ponilo nella cella numero 18
(variabile c) 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1
leggi un valore e ponilo nella cella numero 19
(variabile d) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
carica il registro A con il contenuto della cella
16 (valore di a) 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
carica il registro B con il contenuto della cella
17 (valore di b) 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
somma i contenuti dei registri A e B 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 copia il contenuto del
registro A nella cella numero 20 (risultato
parziale) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 carica
il registro A con il contenuto della cella 18
(valore di c) 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1
carica il registro B con il contenuto della cella
19 (valore di d) 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
somma i contenuti dei registri A e B 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 carica il registro B con il
contenuto della cella 20 (risultato parziale) 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 moltiplica i
contenuti dei registri A e B 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 copia il contenuto del registro A
nella cella numero 20 (risultato) 0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 1 0 1 0 0 scrivi in output il contenuto
della cella numero 20 (risultato) 1 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 arresta lesecuzione del
programma . spazio per la variabile
a (cella 16) . spazio per la
variabile b (cella 17) . spazio per
la variabile c (cella 18) . spazio
per la variabile d (cella 19) .
spazio per il risultato (cella 20) (a)
62
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 cella numero 0
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 cella numero 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 cella numero 2
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 cella numero 3
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 cella numero 4
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 cella numero 5
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cella numero 6
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 cella numero 7
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 cella numero 8
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 cella numero 9
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cella numero 10
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 cella numero 11
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cella numero 12
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 cella numero 13
0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 cella numero 14
1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cella numero 15
1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cella numero 16
riservata per la variabile a 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 cella numero 17 riservata per la
variabile b 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
cella numero 18 riservata per la variabile c 1 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cella numero 19
riservata per la variabile d 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 cella numero 20 riservata per il
risultato 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 celle di memoria libere
1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
(b)
63

• E levoluzione dello stato della macchina
  qualcosa del genere

64
(No Transcript)
65
Uno sguardo panoramico allintero sistema
informatico e alle sue applicazioni

• Un po di terminologia di largo uso (e consumo)
• Hardware
• CPU, Memoria centrale o RAM, memoria di massa,
  periferica
• Terminale, stampante
• CD-ROM, hard e floppy disk,
• bus
• Software
• Software di base, sistema operativo, software
  applicativo, software di utilità personale
  (spreadsheet, word-processor, navigatori,
  database personali, e-mail,)
• file
• sensori e attuatori
• Personal computer (PC)

66

• Le reti
• Reti locali (LAN)

67

• Reti geografiche (WAN)

68

• Lambiente di programmazione
• editor
• compilatore
• interprete
• linker (collegatore)
• debugger
• Le (innumerevoli) applicazioni dellinformatica
• Calcolo numerico e scientifico
• Applicazioni gestionali
• Servizi telematici
• Automazione industriale
• Realtà virtuale (dai giochi ai simulatori di volo
  alla cinematografia,
• sfruttamento della multimedialità)

69
I linguaggi di programmazione di alto
livello(ovvero sia la macchina a fare la fatica
di studiare un linguaggio più vicino alluomo,
ma sempre rigoroso!)Alcuni difetti del
linguaggio di von Neumann
Meglio questo 0 READ 1 STORE 101 2 LOAD 0 3
STORE 102 4 LOAD 101 5 BEQ 13 6 READ 7 ADD 1
02 8 STORE 102 9 LOAD 101 10 SUB 1 11 STORE 1
01 12 BR 4 13 LOAD 102 14 WRITE 15 END
70
... o questo? READ STORE CONTATORE L
OAD 0 STORE SOMMA CICLO_SOMMA
LOAD CONTATORE BEQ STAMPA_FINALE READ
ADD SOMMA STORE SOMMA LOAD CONTATORE
SUB 1 STORE CONTATORE BR CICLO_SOM
MA STAMPA_FINALE LOAD SOMMA WRITE END

71
Altri aspetti sgradevoli del linguaggio di von
Neumann

• (ab)(cd) ----gt
• LOAD A
• ADD B
• STORE TEMP
• LOAD C
• ADD D
• MULT TEMP
• RIPETI LA SEQUENZA DI OPERAZIONI FINCHE LA
  SEQUENZA DEI DATI NON E ESAURITA
• ----gt
• BEQ .

72
La controversa scelta del linguaggio CIl nucleo
di C

• La macchina astratta del (nucleo) di C

73
Elementi -e terminologia- essenziali

• Standard Input, Standard Output (vedi nastri di
  v.N.) e la memoria sono divisi in celle
  elementari, contenenti ciascuna un dato.
• Per il momento, non poniamo limiti fisici alla
  dimensione della memoria né dei supporti di
  ingresso e uscita numero di celle illimitato e
  ogni singola cella può contenere un qualsiasi
  valore numerico (sia intero sia reale) o un
  qualsiasi carattere, il che richiede un numero
  variabile di bit
• Stringa una successione finita di caratteri (per
  esempio Giorgio, ieri, alfa-beta. E
  immagazzinata in celle consecutive, ciascuna
  contenente un singolo carattere della stringa.
• Le celle di memoria vengono chiamate anche
  variabili ( ? dallomonimo concetto matematico!)
• Le variabili, le istruzioni e altri elementi del
  programma che saranno introdotti più avanti sono
  indicati tramite identificatori simbolici.

74

• identificatore simbolico una successione di
  lettere e cifre, in cui al primo posto vi è una
  lettera. Il carattere speciale _ viene
  considerato come cifra
• Esempi di identificatori C
• a, x, alfa, pippo, a1, xy23, Giuseppe,
  DopoDomani.
• le lettere maiuscole sono distinte dalle
  corrispondenti lettere minuscole (Var1, var1 e
  VAR1 sono tre diversi identificatori
• Per evitare ambiguità non è possibile usare lo
  stesso identificatore per indicare diversi
  elementi né usare diversi identificatori per lo
  stesso elemento.
• Alcuni identificatori sono predefiniti e
  riservati, nel senso che sono associati a priori
  a qualche elemento del linguaggio e pertanto non
  possono essere usati dal programmatore con
  significati differenti da quello predefinito.
• Per esempio, scanf e printf indicano operazioni
  elementari di ingresso/uscita e non possono
  essere impiegate in un programma C per indicare,
  per esempio, una variabile.
• Parola chiave parola predefinita del linguaggio
  di programmazione anchessa riservata non può
  fungere da normale identificatore.
• Per comodità -di lettura umana, non del
  calcolatore!- le parole chiave saranno scritte in
  neretto .

75

• Struttura sintattica di un programma C
• Un programma C è composto da
• unintestazione seguita da
• una sequenza di istruzioni racchiusa tra i
  simboli e .
• Lintestazione è costituita dallidentificatore
  predefinito main seguito da una coppia di
  parentesi ( ) (per il momento vuote)
• Le istruzioni sono frasi del linguaggio di
  programmazione ognuna di esse termina con il
  simbolo .

76
Le principali istruzioni del C

• 1. Istruzione di assegnamento
• Assegna a una variabile il valore di
  unespressione
• consiste nel simbolo preceduto
  dallidentificatore di una cella di memoria e
  seguito da unespressione che definisce un
  valore.
• Lespressione può essere costituita da valori
  costanti, identificatori di variabili o una loro
  combinazione ottenuta mediante i normali
  operatori aritmetici (, ?, , /) e parentesi,
  come nelle consuete espressioni aritmetiche.
• Esempi
• x 23w 'a'y zr3 (alfa43xgg)(delta
  32ijj)x x1
• Se la cella a contiene il valore 45 e la cella z
  il valore 5, listruzione
• x (az)/10
• fa sì che nella cella x venga immagazzinato il
  valore 4.
• NB per distinguere il valore carattere a
  dallidentificatore della variabile a, il primo
  viene indicato tra apici (similmente per le
  stringhe -vedremo tra breve).

77

• 2. Istruzioni di ingresso e uscita
• Consistono negli identificatori predefiniti scanf
  o printf seguiti da una coppia di parentesi che
  racchiude lidentificatore di una variabile.
• Determinano la lettura o scrittura del valore di
  una variabile dallo Standard Input o sullo
  Standard Output in modo del tutto identico alle
  corrispondenti istruzioni del linguaggio
  macchina.
• Alcune comode abbreviazioni
• printf((az)/10)
• abbreviazione per
• temp (a?z)/10 printf(temp)
• dove temp denota una variabile non usata
  altrimenti nel programma.
• printf("alfa")
• abbreviazione per
• printf('a') printf('l') printf('f')
  printf('a')
• differenza tra listruzione printf(2) e
  listruzione printf('2')?

78

• 3. Istruzioni composte
• Le istruzioni composte producono effetti diversi
  a seconda che siano verificate o meno certe
  condizioni sul valore delle variabili.
• Condizione (o espressione booleana)
  unespressione il cui valore può essere vero o
  falso. Essa è costruita mediante
• i normali operatori aritmetici,
• gli operatori di relazione (, !, lt, gt, lt,
  gt),
• gli operatori logici (!, , ),
  corrispondenti, nellordine, alle operazioni
  logiche NOT, OR, AND.
• Esempi di condizioni
• x 0alfa gt beta x ! 3!((a b)3 gt x a
  lt c)
• Se le variabili x, alfa, beta, a, b e c
  contengono rispettivamente i valori 0, 1, 2, 3, 4
  e 5, la valutazione delle tre condizioni
  precedenti dà come risultato, rispettivamente V,
  F e F.
• regole di precedenza tra gli operatori logici
  per esempio, nellespressione
• x gt 0 y 3 z gt w
• loperatore deve essere eseguito prima
  delloperatore , (in analogia cona b c)

79

• Tornando alle istruzioni composte esse sono di
  due tipi fondamentali
• Istruzione condizionale
• consente di eseguire in alternativa, durante
  lesecuzione di un programma, due diverse
  sequenze di istruzioni sulla base del valore di
  verità di una condizione.
• è costituita dalla parola chiave if, seguita da
• una condizione racchiusa tra parentesi tonde,
• dalla prima sequenza di istruzioni racchiusa in
  parentesi graffe,
• dalla parola chiave else,
• dalla seconda sequenza di istruzioni racchiusa
  in parentesi graffe.
• Il ramo else dellistruzione può essere
  assente.
• Le parentesi graffe vengono in genere omesse
  quando la successione di istruzioni si riduce a
  unistruzione singola.

80

• Esempi di istruzioni condizionali
• if(x 0) z 5 else y z wyif(x 0) z
  5 else y z wyif ((xy)(z-2) gt
  (23v)) z x 1 y 13 xif ((x y z
  gt3) w ! y) z 5 else y z wy x z
• istruzioni scorrette
• if (x 0) else y z y 34if (x 0) a
  else b c
• Esecuzione di unistruzione condizionale
• la macchina valuta la condizione, cioè stabilisce
  se il suo valore è vero o falso
• nel caso vero esegue solamente la prima
  sequenza di istruzioni,
• nel caso falso esegue la seconda sequenza di
  istruzioni.
• se manca il ramo else e la condizione è falsa, la
  macchina prosegue con listruzione successiva
  allistruzione condizionale.

81

• Listruzione iterativa (ciclo o loop).
• Permette la ripetizione dellesecuzione di una
  sequenza di istruzioni ogni volta che una certa
  condizione è verificata.
• È costituita dalla parola chiave while, seguita
  dalla condizione racchiusa tra parentesi tonde,
  come per listruzione condizionale, e da una
  sequenza di istruzioni fra parentesi graffe (la
  sequenza di istruzioni è detta corpo del ciclo).
• Esempi
• while (x gt 0) x x 1while (z ! y) y z
  x x x3
• Esecuzione di unistruzione iterativa
• valutazione della condizione
• se questa è falsa non viene eseguito il corpo del
  ciclo e si passa direttamente allistruzione
  successiva.
• Altrimenti si esegue una prima volta il corpo del
  ciclo si valuta ancora la condizione e,
  nuovamente, si esegue il corpo del ciclo se essa
  è risultata vera. Quando la condizione risulta
  falsa si esce dal ciclo, ovvero si passa
  allistruzione successiva allistruzione
  iterativa. Il ciclo viene ripetuto finché la
  condizione rimane vera.

82

• Alcune osservazioni importanti
• In unistruzione ciclica, lesecuzione potrebbe
  non terminare mai!
• Listruzione condizionale e listruzione
  iterativa sono dette istruzioni composte perché
  esse sono costruite componendo istruzioni più
  semplici contengono quindi altre istruzioni al
  proprio interno.
• caratteristica profondamente diversa dal
  linguaggio di von Neumann
• molto utile per la costruzione di programmi
  complessi (vedremo in seguito).
• unistruzione composta può contenere al suo
  interno una qualsiasi altra istruzione,
  eventualmente essa stessa composta.

83

• Le macchine reali sono però costruite sullo
  schema di von Neumann
• Chi si occupa di colmare il gap tra la macchina
  astratta C e la macchina reale -del tipo di v.N.?
• Il software di base. Più precisamente
• il compilatore, o, più raramente,
• linterprete
• Nulla di magico neanche nella macchina C
• Diamo una breve occhiata al compito del
  compilatore

84
Le principali funzioni del compilatore

• Dal simbolico al binario
• Dallaritmetica infissa allaritmetica della ALU
• Dalle istruzioni composte al program counter
• Successivamente
• La gestione della memoria

85
1. Dal simbolico al binario

• Basta qualche tabella

A 100000
B 100001
x 100010
alfa 100011
.
ciclo1 110000
etichetta 110100

LOAD 00110
STORE 00111
BR 00001
.

86
2. Dallaritmetica infissa allaritmetica della
ALU

• (ab)(cd) ----gt
• LOAD A
• ADD B
• STORE TEMP
• LOAD C
• ADD D
• MULT TEMP
• Algoritmi di traduzione non del tutto banali

87
3. Dal controllo mediante istruzioni composte al
controllo mediante salti

• if (cond) S1 else S2
• Istruzioni che lasciano in accumulatore il valore
  0 se cond è falsa, 1 se cond è vera
• BEQ
• Istruzioni che traducono S1
• BR
• Istruzioni che traducono S2

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• while (cond) S
• Istruzioni che lasciano in accumulatore il valore
  0 se cond è falsa, 1 se cond è vera
• BEQ
• Istruzioni che traducono S
• BR

NB il meccanismo può essere ripetuto
arbitrariamente in maniera annidata (istruzioni
composte che contengono altre istruzini composte)
89

• Siamo finalmente pronti per scrivere i primi
  programmi in quasi C (lI/O dovrà ancora essere
  assestato)
• /Programma NumeroMaggiore prima
  versione /
• main() scanf(x) scanf(y) if (x gt y) z
  x else z y printf(z)
• /Programma NumeroMaggiore seconda versione /
• main() scanf(x) scanf(y) if (x gt y)
  printf(x) else printf(y)
• NB Commenti e pretty printing

90

• /ProgrammaCercaIlPrimoZero /
• main() uno 1 scanf (dato) while (dato
  !0) scanf(dato) printf(uno)

91

• Si consideri il problema di calcolare la
  sommatoria di una sequenza di numeri maggiori di
  0, terminante con uno 0. Il programma seguente
  inizializza la variabile somma a 0 quindi
  comincia a leggere i dati e, finché il numero
  letto è diverso da 0, lo addiziona al valore
  corrente della variabile somma alla fine, quando
  il valore letto è 0, stampa il valore di somma
  sullo Standard Output.
• /ProgrammaSommaSequenza /
• main() somma 0 scanf(numero) while
  (numero ! 0)
• somma somma numero scanf(numero)
• printf(somma)
• NB spiegazione informale (commenti) affiancata
  al codice