Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Un’introduzione alla scienza e alle tecnologie dell’informazione.

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1 Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill
4/7/2017 Un’introduzione alla scienza e alle tecnologie dell’informazione e della comunicazione Marco D. Santambrogio – Ver. aggiornata al 12 Marzo 2014 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

2 12 Marzo 1989-2014 Oggi è il 25mo compleanno di chi?
Aiutino: Tim Berners-Lee presenta una proposta per un sistema informatico distribuito al CERN [ Risposta

3 12 Marzo 1989-2014 Oggi è il 25mo compleanno di chi?
Aiutino: Tim Berners-Lee presenta una proposta per un sistema informatico distribuito al CERN [ Risposta

4 12 Marzo 1989-2014 Oggi è il 25mo compleanno di chi?
Aiutino: Tim Berners-Lee presenta una proposta per un sistema informatico distribuito al CERN [ Risposta

5 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso

6 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso

7 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso Di tutto e di più:( spero che restino leggende, ovviamente!

8 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso Di tutto e di più:( spero che restino leggende, ovviamente!

9 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso Di tutto e di più:( spero che restino leggende, ovviamente! di questo corso ho sentito dire che è molto impegnativo ma ricompensa lo studio che richiede

10 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso Di tutto e di più:( spero che restino leggende, ovviamente! di questo corso ho sentito dire che è molto impegnativo ma ricompensa lo studio che richiede

11 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso Di tutto e di più:( spero che restino leggende, ovviamente! di questo corso ho sentito dire che è molto impegnativo ma ricompensa lo studio che richiede Il professore è affascinante

12 Miti e leggende E' un corso molto difficile, a tal punto che quelli degli anni successivi quando sentono il nome del professore sono soliti augurare buona fortuna. ho sentito che è un corso impossibile [in diversi che era “solo difficile”] Molti sostengono che sia il corso più tosto del semestre... L'impresa titanica che rappresenta il riuscire a non essere rimandati in questo corso Di tutto e di più:( spero che restino leggende, ovviamente! di questo corso ho sentito dire che è molto impegnativo ma ricompensa lo studio che richiede Il professore è affascinante

13 La mia preferita Detto terra-terra, mi dicono dalla regia (una regia anch'essa anonima!) che il professor Santambrogio fa delle richieste assurde e che il suo esame è praticamente impossibile. Ma ovviamente sappiamo tutti che sono le solite iperboli della disperazione, no? Certo! Non vi preoccupate!

14 La mia preferita Detto terra-terra, mi dicono dalla regia (una regia anch'essa anonima!) che il professor Santambrogio fa delle richieste assurde e che il suo esame è praticamente impossibile. Ma ovviamente sappiamo tutti che sono le solite iperboli della disperazione, no? Certo! Non vi preoccupate!

15 IEIM 2014 and the winner is… [dalla survey]: “Cosa fa questo codice” Direi che è un codice per il lancio di testate nucleari iraniane

16 Una cosa da chiarire Finché non entri nell'ottica non si passerà mai. E inoltre è un esame molto soggettivo, gente con la media del 18 lo passa con 29 e viceversa.

17 Un “esempio” Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

18 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

19 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

20 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

21 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

22 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

23 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

24 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

25 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

26 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

27 Un “esempio”… Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

28 Un “esempio”…YEAH!!! :( Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

29 Obiettivi Informazione e trattamento dell’informazione
Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill Obiettivi 4/7/2017 Informazione e trattamento dell’informazione Programmabilità del calcolatore e concetti di hardware e software Macchina di von Neumann Comunicazione tra esseri umani e calcolatori Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

30 Il concetto ambiguo di informazione
Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Significato 1: [informazione = dati + istruzioni] insieme dei dati su cui operare e delle istruzioni con cui elaborare tali dati per esempio, nell’operazione 1+2 sono entità di informazione i numeri 1 e 2 e l’operatore ‘+’ enfasi sulla distinzione tra struttura e descrizione dell’operazione che si scriva “uno più due” o “1+2” l’informazione è la stessa Significato 2: [informazione = dati con significato] ciò che si ottiene dai dati a cui è stato attribuito un significato per esempio, i numeri 1 e 2 sono semplici dati; diventano entità di informazione solo quando si stabilisce che si riferiscono, per esempio, a mele o a portaerei enfasi sulla distinzione tra forma e contenuto Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

31 Approccio top-down Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Le tecnologie di successo sociale producono strumenti utilizzabili anche da chi non ne conosce i dettagli di funzionamento, grazie alla presenza di un’appropriata interfaccia utente (user interface, UI) Approccio “a scatola chiusa” (black box): interazione con la scatola (la UI dello strumento) e non con il suo contenuto lo strumento è più facilmente usabile ma rischia di essere sotto (e in certi casi anche mal) utilizzato e quindi, in certi casi… Approccio “dall’alto verso il basso” (top-down): aprendo il coperchio della scatola si trovano altre scatole si continuano ad aprire coperchi fino a giungere al livello di dettaglio richiesto Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

32 I calcolatori: cos’hanno di speciale?
Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare informazione: le matite servono per scrivere (non per trasferire grafite su carta) i violini servono per suonare (non per produrre onde acustiche) A differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabili Ma cosa significa programmabile? Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

33 Informazione indicale
le mele nel cesto le mele nel cesto Ma l’informazione può essere più che indicale…

34 Elaborazione dell’informazione
Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill Elaborazione dell’informazione 4/7/2017 La programmabilità di un dispositivo attiene alle modalità con cui esso gestisce informazione Per esempio, per risolvere questo problema, si può: provare e riprovare (= operare direttamente sul sistema da trasformare) fare i conti a mente (= operare senza un supporto fisico) fare i conti con carta e penna (= operare con supporti passivi) fare i conti con una calcolatrice (= operare con supporti “rigidi”) oppure … Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

35 Dati e istruzioni Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill 4/7/2017 Per gestire informazione, si opera su dati mediante istruzioni: carta e penna supporto materiale mente dati X istruzioni a mente supporto materiale mente dati X istruzioni calcolatore supporto materiale mente dati X istruzioni: esecuzione istruzioni: controllo calcolatrice supporto materiale mente dati X Istruzioni: esecuzione Istruzioni: controllo Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

36 Elaborazione dell’informazione
Mari, Buonanno, Sciuto – Informatica e cultura dell’informazione – McGraw-Hill Elaborazione dell’informazione 4/7/2017 Ogni essere umano elabora quotidianamente informazione in grande quantità senza usare strumenti particolarmente sofisticati Due situazioni possono rendere difficile questa attività: quando il problema supera un certo grado di complessità quando è necessario elaborare informazione con particolare rapidità Nel corso della storia, l’uomo ha creato molti strumenti in grado di supportarlo nell’elaborazione dell’informazione: strumenti formali (per es. il sillogismo) che consentono di trattare entità di informazione dotate di una certa struttura, ricavandone delle conclusioni per via puramente elaborativa strumenti materiali (modelli in scala, galleria del vento, …), che “materializzando” le entità di informazione su cui si opera ne facilitano l’elaborazione Capitolo 5 – La formalizzazione dell'informazione

37 I primi calcolatori meccanici 1/2
07/04/2017 Blaise Pascal ( ) dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per l’esecuzione di somme e sottrazioni Gottfried Wilhelm von Leibniz ( ) introduce anche moltiplicazioni e divisioni (calcolatrice a quattro funzioni) Charles Babbage ( ) progetta e realizza un “difference engine” calcola tabelle di numeri utili per la navigazione unico algoritmo: polinomiale alle differenze finite output: fori su una piastra di rame (schede perforate) Introduzione ai sistemi informatici

38 I primi calcolatori meccanici 2/2
07/04/2017 Charles Babbage ( ) macchina programmabile: analytical engine Formata da quattro parti: store (memoria: 1000 celle × 50 cifre) mill (unità di calcolo: 4 operazioni + trasferimento dati) input (lettore schede) output (perforatore schede) Con istruzioni di controllo per cambiare il flusso di esecuzione a seconda del valore positivo o negativo di un numero Nasce il ruolo del programmatore: Ada Augusta Lovelace Troppo avanzata per la tecnologia del tempo: troppi errori hardware (ruote dentate di precisione) Introduzione ai sistemi informatici

39 Il periodo bellico 1/2 Konrad Zuse (Germania, anni ’30 e ’40)
07/04/2017 Konrad Zuse (Germania, anni ’30 e ’40) Realizza macchine calcolatrici automatiche basate su relè elettromagnetici Distrutte dal bombardamento di Berlino del 1944 John Atanasoff (Iowa State College, anni ’30) Macchina basata sull’aritmetica binaria Memoria basata su condensatori rinfrescati periodicamente Troppo avanzata per la tecnologia disponibile (problemi HW) George Stibbitz (Bell Labs, anni ’30) Calcolatore più primitivo rispetto a quello di Atanasoff, ma funzionante (presentato a una conferenza nel 1940) Howard Aiken (Harvard, anni ’40) Riprende il lavoro di Babbage e lo implementa sfruttando la tecnologia dei relè elettromagnetici. Nel 1944 completa il Mark I: un’istruzione eseguita ogni 6 secondi input e output su/da nastro di carta perforato Introduzione ai sistemi informatici

40 Il periodo bellico 2/2 07/04/2017 Negli anni ’40 si sviluppa una nuova tecnologia: le valvole termoioniche rendono obsoleti i relè elettromagnetici COLOSSUS (Inghilterra 1943) Primo calcolatore digitale elettronico Usato per decifrare i messaggi segreti tedeschi Segreto militare per 30 anni, perciò ininfluente ENIAC (Mauchley ed Eckert - USA 1946) Electronic Numerical Integrator And Computer Composto da valvole e 1500 relè per un peso complessivo di 30 t e un consumo di 140 kw Introduzione ai sistemi informatici

41 ENIAC

42 John von Neumann Partecipa al progetto ENIAC
07/04/2017 Partecipa al progetto ENIAC Due intuizioni fondamentali: memorizzare i programmi in forma digitale nella stessa memoria dei dati per rendere più semplice la programmazione (rispetto all’utilizzo di cavi e interruttori) utilizzare l’aritmetica binaria invece di quella decimale (due valvole per bit invece di dieci per cifra) Il suo progetto (macchina di von Neumann) è ancora oggi alla base di quasi tutti i calcolatori digitali Introduzione ai sistemi informatici

43 L’architettura di Von Neumann
07/04/2017 Un calcolatore deve essere in grado di: eseguire istruzioni su dati controllare il flusso dell’esecuzione memorizzare i dati su cui operare memorizzare successioni di istruzioni interagire con gli utenti e con eventuali altri sistemi Sottosistema di interfaccia Sottosistema di memorizzazione Sottosistema di elaborazione Ha due funzioni: eseguire le istruzioni controllare il flusso dell’esecuzione Comunica con utenti o con altri dispositivi Memorizza dati e istruzioni Sottosistema di interconnessione Introduzione ai sistemi informatici

44 … il Politecnico di Milano
Nel 1951, finanziato dal Marshall Plan, il Prof. Dadda porta al Politecnico un CRC102A Il primo calcolatore elettronica in Italia. Lavori pioneristici nel campo del calcolo numerico, dei linguaggi di programmazione e nelle architetture hardware CRC102A, 1954 AICA (founder), 1961 Dadda Multiplier, 1965

45 Il calcolatore in un sistema
07/04/2017 ambiente da controllare sensori calcolatore locale attuatori automazione rete interfaccia utente calcolatore remoto Introduzione ai sistemi informatici

46 Interazione uomo-macchina
07/04/2017 1. Input: dati e istruzioni 3. Output: dati (risultati dell’elaborazione) 2. Elaborazione e quindi, il calcolatore si può intendere come una black box: calcolatore Input Output Introduzione ai sistemi informatici

47 Il calcolatore: interprete ed esecutore
07/04/2017 Ricevendo una richiesta dall’utente, il calcolatore svolge in successione due attività: controlla di essere in grado di interpretare il comando, cioè di riconoscere il comando come corretto e corrispondente a un’azione che è in grado di eseguire se il controllo ha dato esito positivo, esegue l’azione associata al comando e, quando richiesto, presenta il risultato all’utente Invece di inviare al calcolatore un comando per volta, l’utente può scegliere di creare una successione di comandi (= programma) e inviarla al calcolatore, che autonomamente è in grado di interpretare ed eseguire il programma stesso, un’istruzione per volta Introduzione ai sistemi informatici

48 La comunicazione con il calcolatore
07/04/2017 L’utente-programmatore e il calcolatore devono parlare uno stesso linguaggio Un’opzione potrebbe essere di “insegnare al calcolatore” a comprendere (= interpretare ed eseguire comandi espressi in) una lingua storico-naturale come l’italiano o l’inglese Vantaggi: lingue semanticamente ricche, e quindi sicuramente in grado di esprimere i comandi lingue già note all’utente Svantaggi: lingue semanticamente ricche, e quindi a rischio di ambiguità lingue complesse da insegnare / imparare Introduzione ai sistemi informatici

49 Due esempi Comando: “nella frase metti in grassetto la parola X”
07/04/2017 Comando: “nella frase l'informatica, che in inglese è detta 'computer-science', è interessante anche se difficile metti in grassetto la parola X” X: “è”  ambiguo: quale delle due “è”? X: “in decima posizione”  ambiguo: “computer-science” conta come una o due parole? Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”  ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera? Introduzione ai sistemi informatici

50 Comunicazione mediante linguaggi formali
07/04/2017 Un’opzione alternativa: creare un linguaggio “di programmazione”, dedicato alla comunicazione con il calcolatore Vantaggi: linguaggio progettato specificamente, e quindi efficiente linguaggio non ambiguo Svantaggi: linguaggio formalizzato, e quindi strutturalmente diverso dalle lingue storico-naturali linguaggio non noto all’utente Introduzione ai sistemi informatici

51 Un esempio if(A) { B; } C; if(A) { B; C; }
07/04/2017 Comando: “se la condizione A è vera esegui l’istruzione B e poi esegui l’istruzione C”  ambiguo: C deve essere eseguito comunque o solo se A è vera? Lo stesso comando viene riscritto in un linguaggio di programmazione si disambigua: if(A) { B; } C; if(A) { B; C; } se A è vero esegui B; in ogni caso quindi esegui l’istruzione C se A è vero esegui sia B sia C Introduzione ai sistemi informatici

52 Calcolatori: strumenti di calcolo?
07/04/2017 Sebbene si consideri abitualmente che oggetto del calcolo sono numeri, i calcolatori operano anche su dati non numerici, come testi, immagini, musica… Un problema di elaborazione di dati non numerici è riconducibile a calcolo numerico se per prima cosa i dati vengono codificati nella forma di numeri Per esempio, un testo può essere convertito in una successione di numeri grazie al Codice ASCII: spazio  32; ‘A’  65; ‘B’  66; …; ‘a’  97; ‘b’  98; … e quindi: “ciao mondo”  Data questa codifica, un problema come: trasformare una frase scrivendo con l’iniziale maiuscola tutte le parole che la compongono (per cui “ciao mondo” dovrebbe diventare “Ciao Mondo”) è effettivamente un problema di calcolo Introduzione ai sistemi informatici

53 Un esempio di calcolo 07/04/2017 Se il linguaggio di programmazione adottato contiene un’istruzione words_uppercase(), il problema si risolve semplicemente: words_uppercase(“ciao mondo”) Altrimenti, è il programmatore a dover “scomporre” il problema in sottoproblemi più semplici, per esempio: 1. identifica le parole da cui la frase è costituita 2. per ogni parola, metti il suo primo carattere in maiuscolo Data la successione: la prima istruzione corrisponde a individuare nella successione le sotto-successioni di numeri separate dal numero 32 la seconda istruzione corrisponde sottrarre 32 al primo elemento di ogni sotto-successione, Una volta codificati numericamente i dati in ingresso, il problema viene dunque risolto mediante semplici istruzioni come “se … è uguale a … allora …”, “somma … a …”, e così via Introduzione ai sistemi informatici

54 I problemi del calcolo 07/04/2017 Non ogni problema ammette una soluzione calcolabile Quali problemi ammettono una soluzione calcolabile? Esistono problemi calcolabili che i calcolatori non sono in grado di risolvere? Esistono problemi che solo certi calcolatori sono in grado di risolvere? cioè: esistono tipi diversi di calcolatori in relazione alla loro capacità di risolvere problemi? Introduzione ai sistemi informatici

55 Calcolo come calcolo di funzioni
07/04/2017 Ipotesi: il calcolo è una trasformazione di dati, in cui l’output è determinato univocamente dall’input attraverso una funzione: f input output = f(input) Per esempio, 1+2*3 e 4+5*6 sono due casi particolari della stessa funzione f(x,y,z)=x+y*z Ipotesi: le funzioni complesse possono essere scomposte come successioni di funzioni più semplici Per esempio: x,y,z x+y*z f * + y z x Introduzione ai sistemi informatici

56 La macchina di Turing Un sistema di calcolo molto semplice:
07/04/2017 Un sistema di calcolo molto semplice: un nastro organizzato in celle in ognuna delle quali è scritta una barra o nulla e con codifica “unaria” (1  “ / ”; 2  “ // ”; 3  “ /// ”; … un sistema di lettura e scrittura che opera in base a regole della forma: se sei nello stato ... e nella cella hai letto ..., allora nella cella scrivi ..., passa nello stato e spostati nella cella ... Per esempio, il nastro: / … codifica i numeri 2 e 3, e il calcolo della funzione x+y si può realizzare in questo modo: / … / … Introduzione ai sistemi informatici

57 La tesi di Church - Turing
07/04/2017 Intorno al 1930 l’inglese Alan Turing e lo statunitense Alonso Church proposero la seguente tesi: ogni funzione “naturalmente considerata calcolabile” è calcolabile da una macchina di Turing La conseguenza è sorprendente: l’insieme delle funzioni calcolabili è lo stesso per tutti i calcolatori; le differenze di capacità tra calcolatori sono: quantitative (= tempo di calcolo) e non qualitative (= tipo di funzioni calcolabili) Introduzione ai sistemi informatici

58 Fonti per lo studio + Credits
Informatica arte e mestiere, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, McGrawHill Capitolo 1 Introduzione ai sistemi informatici, D. Sciuto, G. Buonanno, L. Mari, 4a Ed, McGrawHill The Art & Craft of Computing, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, Addison-Wesley Approfondimenti Uomini e computer. Storia delle macchine che hanno cambiato il mondo, D. Casalegno, HOEPLI Credits Prof. G. Buonanno e D. Sciuto, LIUC

59 Domande

60 Domande