Appunti Fondamenti di Informatica

FONDAMENTI DI INFORMATICA

• Microcontrollori: applicazioni più semplici ad esempio un microonde
• Microprocessori: applicazioni più complesse, ad esempio un tomoscanner

L'INFORMATICA (info = gestione dell'informazione, matica = in modo automatico) è la scienza della rappresentazione e dell'elaborazione dell'informazione.

Il COMPUTER è uno strumento adatto a compiere queste operazioni.

Alcune aree disciplinari dell'informatica sono:

• Algoritmi e strutture dati
• Architettura dei calcolatori
• Sistemi operativi e reti
• Linguaggi di programmazione

Il computer, o anche detto ELABORATORE ELETTRONICO, è in grado di eseguire insiemi di AZIONI ELEMENTARI (MOSSE), le quali vengono eseguite su oggetti (DATI) per produrre altri oggetti (RISULTATI). L'esecuzione di mosse viene indirizzata dall'elaboratore, attraverso FRASI, scritte in un LINGUAGGIO, tramite ISTRUZIONI.

La risoluzione di un problema è quel processo per cui, noto un problema, viene individuato un opportuno metodo risolutivo, trasformando i dati iniziali nei corrispondenti dati finali.

L'architettura di un elaboratore è la seguente, ispirata al modello della MACCHINA DI VON NEUMANN:

Unità Funzionali Fondamentali:

1. PROCESSORE (CPU - Central Processing Unit)
2. UNITÀ DI INPUT/OUTPUT (per comunicare con l'esterno)
3. MEMORIA CENTRALE (ram & rom)
4. BUS DI SISTEMA (linee di comunicazione fisiche che trasmettono segnali digitali, in modo da connettere diversi elementi)

CPU, memorie centrali e dispositivi

- Dati ed operazioni vengono codificati a partire da 2 valori distinti di grandezze elettriche:

• tensione alta (V_H, 5V, 1.8V)
• tensione bassa (V_L, 0V)

↳ la riduzione di tensione comporta una diminuzione di consumi

la dissipazione termica è uno degli aspetti fondamentali da tenere in considerazione: una ridotta tensione induce un miglioramento complessivo.

- A tali valori vengono associate le due cifre binarie 0 e 1:

• logica positiva: 1→V_H, 0→V_L
• logica negativa: 0→V_H, 1→V_L

- I dati e le operazioni vengono codificati tramite sequenze di bit (bit = binary digit)

- La CPU è in grado di operare soltanto in aritmetica binaria (più semplice), effettuando operazioni elementari.

Lavorando direttamente sull'hardware, l'utente è forzato ad impartire i propri comandi al livello della macchina, tramite sequenze di bit

- La CPU svolge le elaborazioni ed il trasferimento dei dati, ciò è esegue i programmi. È composto da:

• clock
• registri
• ALU (Arithmetic & Logic Unit)
• Unità di controllo

- Nella memoria centrale vi sono i dati e le istruzioni

• a = 3
• b = 5
• c = a + b
• print(c)

- Tornando ad esaminare le macchine di Von Neumann, definiamo il bus come un insieme di "linee di comunicazione diverse BUS DATI, BUS INDIRIZZI, BUS COMANDI) che obbliga 2 unità funzionali, alla volta (una trasmette e l'altra riceve.

Il trasferimento dei dati avviene sotto controllo delle CPU, o mediante accesso diretto alla memoria (DMA)

In particolare il BUS DATI è bidirezionale e serve per trasmettere dati dalla memoria o viceversa;il BUS INDIRIZZI è unidirezionale e serve pei trasmettere il contenuto dei "registro indirizzi alla memoria";il BUS COMANDI è bidirezionale ed è tipicamente usato, per inviare comandi verso la memoria o verso una periferica edinoltre può essere usato per inviare comandi. Vόni il processore nel caso di DMA .

- Le prestazioni di un PC Desktop o Notebook dipendono da: frequenza dell'orologio di sistema, dimensione della RAM , vettore/paralleismodei dati, scheda grafica.

- Inoltre esistono altri sistemi dei calcolo come le WORKSTATION, ovvero dei sistemi con prestazioni superiori a quelle dei tipici PC oppurei SERVER, ovvero delle macchine capaci di servire contemporaneamente decine di utenticollegati fra loro.

- Nella macchina di Von Neumann le operazioni sono strettamente SEQUENZIALI, altre piattaforme introducono FORME DI PARALLELISMO quali:COPROCESSORI, e PIPELINE (mentre si esegue un'istruzione, se acquisiscono e decodificano quelle successive) ed altre ancora.

- Parliamo di RETI LOCALI, le quali ammettono elaboratori fisicamente vicini (nello stesso ufficio ad esempio). Una RETE LAN ("Local AreaNetwork") ne è un esempio. Poi vi sono le RETI GEOGRAFICHE che collegano elaboratori molto grandi, situati anche agrande distanza, un esempio è la RETE WAN ("Wide Area Network")

- Si definisce INTERNET la rete risultante dalla interconnessione mondiali di tutte le parti delle reti ed il www (World Wide Web)ne è uno dei principali servizi, che consente di navigare ed usufruire di un insieme di contenuti.I servizi d'internet sono ad esempio:

• - Lettura ipertesti in linea http (trasmissione sicure https)
• - Trasferimento di file ftp
• - Posta elettronica mailto
• - Terminali remoto telnet
• - Gruppi di discussione news

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Data una stringa di bit che rappresenta il valore V (negativo o positivo), per ottenere la stringa che rappresenta il valore opposto -V, occorre invertire tutti i bit della stringa dato ed aggiungere 1. Il risultato così ottenuto

• Per i numeri reali R si può dire che essi, pur essendo finitamente rappresentabili come stringa di simboli:

• in nessuna base: numeri irrazionali (π, e,...)

• in alcune basi: numeri razionali periodici.

Dato un numero reale V, e fissati una base B e un naturale N, è sempre possibile esprimere V come somma di due contributi, di cui il primo costituito da esattamente N cifre.

• esistono infinite triple ⟨m,e,r⟩ che consentono di esprimere, a partire da B e N, lo stesso numero reale V.

• Si sceglie la tripla ⟨m,e,r⟩ tale che 4/B ≤ m < 4, r < 1

• Un numero reale ha spesso una rappresentazione infinita in una data base, ma rappresentare infinite cifre è impossibile, pertanto, assumiamo come rappresentazione approssimata del numero reale V il solo contributo m·B^e.

• In pratica dobbiamo stabilire quante cifre binarie (bit) per la mantissa e quante per l'esponente ed infine come rappresentare il segno del numero.

• Nel caso in cui B=2, la mantissa normalizzata sarà compresa tra ½ e 1, ergo il primo bit dopo la virgola è sempre 1.

• Ci sono degli standard che ci consentono di codificare in modo univoco una cifra partiamo da FLOAT (galleggiante, si sposta la virgola dove si vuole), è quale ha 4 byte (32 bit), dovuto a 23 bit per la mantissa (così N=24 bit effettivi) 8 bit per l'esponente ed 1 per il segno.

• Un altro standard è il DOUBLE (64bit) avente 1 bit per il segno, 11 per l'esponente e 52 bit per la mantissa.

- Il carattere newline serve ad andare a capo \n

e.s.: print("hello\ncome stai")hellocome stai

- La funzione input() legge una stringa da qualsiasi input

e.s.: a = input("inserisci un numero ...")Inserisci un numero ... 34print(a)34type(a)<class 'str'>

- Un esempio di output formattato e il seguente :

price = 2.432456print("%.2f" % (price))il prezzo è 2.43

# si può scrivere anche %.10.2f per indicare che si masimo devono uscire 10 pipos totali.

In generale lo schema di una stringa formattata e :

print("Quantity: %d| Totale: %10.2f" % (quantity,total))

• %d viene sostituito quantity, mentre a %10.2f viene messo al suo postototal, andando a scegliere le cifre decimali dopo la virgola e le 10 complessive massimo.
• Si può giustificare una stringa anche di sx vto dx:print("%-10d|%10.2f" % (quantity,total))

e.s.: value = 5print("valore %04d") % (value)Valore 0005

e.s.: valore=12.345print("valore %08.2f" % (valore))valore 00012.35

ezgraphics

- Per importare librerie grafiche usano:from graphics import GraphicsWindow ed apriamo una finestra, le cui dimensioni si spiegano

• win = GraphicsWindow (640,480) per esempio :canvas=win.canvas() dove si può disegnare

- Ad esempio per disegnare un rettangolo si usano le indiciazion :

canvas.drawRect(xcoordinata,ycoordinata,width,height)

- Le canvas e le forme possono essere colorate ; di default il contorno è nero e l'interno vuoto.

canvas.setFill (9,255,0) riempie -xcanvas.setOutline("black") colora il bordocanvas.drawRect(40,10,100,50)