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Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A. 2010-2011 CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A. 2010-2011 3. Programmazione strutturata.

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1 Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Programmazione strutturata 3. Programmazione strutturata (testo di riferimento: Bellini-Guidi) Ing. Simona Colucci

2 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Un programma è un algoritmo espresso in un linguaggio formale, detto linguaggio di programmazione: Interpretabile ed eseguibile da un calcolatore Non ambiguo perchè governato da regole grammaticali precise Linguaggi di programmazione

3 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Linguaggi di programmazione Classificazione: linguaggi di basso livello (linguaggi macchina e linguaggi assembler): dipendono dalla struttura fisica del tipo di computer per cui sono stati progettati linguaggi di alto livello: più vicini alla forma mentis delluomo, ma da tradurre in codice di basso livello per linterpretazione da parte dellelaboratore(come il C)

4 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Linguaggio Macchina Linguaggio formale che il computer è in grado di interpretare ed eseguire senza mediazioni Programmi, codice oggetto, rappresentati da una sequenza di cifre binarie che codificano le istruzioni e i dati su cui lavora la CPU istruzioni fortemente correlate all architettura del calcolatore, perch é corrispondenti ad operazioni direttamente eseguibili dall hardware esempio di istruzione ad un solo operando : codice operativo dell istruzione operando

5 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Linguaggio assembler Le singole istruzioni binarie sono rappresentate con un codice mnemonico LOAD 220 SUM 252 MEM220 Traduzione in linguaggio macchina ad opera di programmi detti assemblatori, forniti dai costruttori

6 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Microlinguaggi Usati per i microprogrammi : –corrispondono ad ogni istruzione del linguaggio macchina –costituiti da insiemi di microistruzioni: sequenze di bit che costituiscono i segnali di controllo per pilotare i componenti del processore ed eseguire le istruzioni cablate dal costruttore nelle unità di controllo(fisicamente delle memorie) della CPU per eseguire le operazioni corrispondenti alle istruzioni del linguaggio macchina Obbediscono alla necessità di mediazione tra linguaggio macchina e macchina: lo stesso processore può essere programmato per finalità diverse

7 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Linguaggi di alto livello Più simili al linguaggio naturale dei linguaggi macchina o assembler Utilizzano simboli matematici e parole tipiche delle lingue naturali(inglese) Usati per scrivere le istruzioni che compongono il codice sorgente appositi software, detti compilatori, provvedono a tradurre il codice sorgente nellequivalente codice eseguibile dalla macchina

8 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Linguaggi di alto livello Esempio di codifica: somma precedente in linguaggio C a =6; b =31; a =a+b; –a e b non sono registri o locazioni di memoria ma variabili identificate da: Nome(possibilità di usare nomi simbolici del contenuto, per facilitare la leggibilità del programma) Insieme di valori che può assumere Vantaggi –Programma portabile su ogni macchina con compilatore per il linguaggio in cui è scritto il programma –Gestione indirizzi di memoria totalmente delegata al calcolatore

9 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Algoritmi come sequenze di stati Esempio: determina il Massimo Comune Divisore (MCD) a. prendi i due numeri b. calcola il resto della divisione intera del num. più grande per il più piccolo c. sostituisci il numero più grande con il resto della divisione d. finché tale resto è diverso da zero torna allistruzione b e. il numero più grande (quello non nullo) è il MCD cercato

10 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Algoritmi come sequenze di stati Flusso di esecuzione dellalgoritmo MCD con i numeri 924 e 120 passo e 120 passo 2 84 è il resto della divisione intera di 924 per 120 passo e 84 passo 4 il resto è diverso da zero, torna allistruzione b passo 5 36 è il resto della divisione intera di 120 per 84 passo 6 84 e 36 passo 7 il resto è diverso da zero, torna allistruzione b passo 8 12 è il resto della divisione intera di 84 per 36 passo 9 36 e 12 passo 10 il resto è diverso da zero, torna allistruzione b passo 11 0 è il resto della divisione intera di 36 per 12 passo e 0 passo 13 il resto è uguale a zero, prosegui con listruzione successiva passo è il MCD

11 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Istruzioni allinterno dei cerchi Passi in esecuzione dellistruzione allesterno del relativo cerchio Passaggio da unistruzione allaltra tramite archi Lesecuzione di un passo determina uno stato: fotografia della situazione attuale Il susseguirsi dei passi di esecuzione determina una sequenza di stati Il flusso è sequenziale ed ordinato perché lalgoritmo segue le regole della programmazione strutturata Sequenza di stati nel flusso dellalgoritmo per il calcolo del MCD(924,120) Algoritmi come sequenze di stati

12 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Programmazione non strutturata Esempio: Algoritmo equivalente per il calcolo del Massimo Comune Divisore (MCD) a. prendi i due numeri b. calcola il resto della divisione intera del num. più grande per il più piccolo c. Se il resto è uguale a zero vai allistruzione f d. sostituisci il numero più grande con il resto della divisione e. vai allistruzione b f. il numero più piccolo è il MCD cercato Salto incondizionato Salto condizionato

13 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Programmazione non strutturata Flusso di esecuzione dellalgoritmo MCD con i numeri 924 e 120 passo e 120 passo 2 84 è il resto della divisione intera di 924 per 120 passo 3 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza) passo e 84 passo 5 vai allistruzione b passo 6 36 è il resto della divisione intera di 120 per 84 Passo 7 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza) Passo 8 84 e 36 passo 9 vai allistruzione b passo è il resto della divisione intera di 84 per 36 Passo 11 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza) passo e 12 passo 13 vai allistruzione b passo 14 0 è il resto della divisione intera di 36 per 12 passo 13 il resto è uguale a zero, vai allistruzione f passo è il MCD

14 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Si parte dal nodo iniziale e poi si passa ai nodi successivi selezionando il cammino in base allo stato che si viene a creare dopo lesecuzione delle operazioni specificate nel nodo Larco e-b corrisponde ad un salto incondizionato (goto) Luso dei goto : –porta a sequenze non lineari di stati, molto contorte, note come programmi a spaghetti, specie per programmi complessi –ha un numero di istruzioni minori e riusa parti di programma tramite salti –porta a programmi difficili da correggere manutenere ed estendere Programmazione non strutturata Sequenza di stati nel flusso dellalgoritmo per il calcolo del MCD(924,120) abc d e f 12,6,10, ,7,11,15 4,8,12 5,9,13

15 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Programmi strutturati Lobiettivo della programmazione strutturata è di rendere un flusso ordinato il passaggio tra le istruzioni dallinizio alla fine dei programmi Realizzazione: –Condizione ideale: sequenza lineare di operazioni, senza alternative possibili(limite: potenza algoritmi ridotta) –Condizione reale: regole coerenti con il pensiero naturale che portano ad effetti equivalenti allesecuzione sequenziale di operazioni Costrutti consentiti (strutture di controllo del flusso): –Sequenza: fai questo –Selezione tramite strutture di controllo decisionali: se è verificata una condizione fai questo altrimenti fai quello –Ripetizioni cicliche tramite strutture di controllo iterative: finché è verificata una condizione fai questo Costrutti non consentiti: –Salto incondizionato (goto): ancora nella sintassi solo per compatibilità verso il basso(era necessario nel linguaggio macchina e assembler)

16 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Programmi strutturati TEOREMA DI BOHM-JACOPINI: tutti i programmi possono essere scritti con lutilizzo delle sole strutture di controllo: sequenza, selezione e iterazione (senza luso del salto goto) Corrado Böhm e Giuseppe Jacopini hanno dimostrato che la potenza di calcolo dei programmi strutturati(più chiari, più facili da scrivere e da modificare e più probabilisticamente esenti da errori) non è inferiore a quella dei programmi che usano il goto

17 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A : flow-chart Sequenza : flow-chart Operazioni: - fai questo - fai quello Esempio: a = 5; a = a+b;

18 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A : flow-chart Selezione : flow-chart Operazioni: –se è verificata una condizione fai questo –se è verificata una condizione fai questo altrimenti fai quello Sintassi: –if(espressione) istruzione Esempio: prendi numero; resto = numero % 2; if(resto==0) scrivi "è pari"; –if(espressione) istruzione1 else istruzione2 Esempio: prendi numero; resto = numero % 2; if(resto==0) scrivi "è pari" else scrivi "è dispari";

19 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A : flow-chart Iterazione : flow-chart Operazioni: –finchè è verificata una condizione fai questo –esegui fai questo finchè è verificata una condizione Sintassi: –while(espressione) istruzione; Esempio: i=0; while(i<101) i=i+1; –do istruzione while(espressione); Esempio: i=0; do i=i+1; while(i<100); espressio ne istruzione vero falso

20 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Programmi strutturati: flow-chart Si apre con un cerchio e finisce con un cerchio: tutti i canali partono dal primo cerchio e terminano nellultimo(un solo inizio ed una sola fine) Composto da più strutture di controllo del tipo sequenza selezione o iterazione I cerchi sono i connettori tra le strutture di controllo: altri punti di attacco non consentiti

21 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Blocco d istruzioni Più strutture formano un blocco distruzioni: –insieme distruzioni con una sola entrata, da dove inizia sempre lelaborazione, e una sola uscita, dove termina sempre lelaborazione del blocco(nessuna uscita laterale con istruzioni di salto) –Scatola nera per eseguire un compito: non possono essere utilizzate delle sottoparti –Sintassi: {blocco} I blocchi possono contenersi lun laltro ma mai intersecarsi blocco

22 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Calcolo della somma algebrica tra due numeri relativi utilizzando le operazioni di somma e differenza tra numeri senza segno 2.Calcolo della media 3.Calcolo dei valori massimo e minimo 4.Visualizzazione di caratteri letti da tastiera 5.Calcolo di una potenza 6.Visualizzazione di un quadrato Programmazione strutturata: esempi

23 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Esempio 1 Problema: Calcolo della somma algebrica tra due numeri relativi utilizzando le operazioni di somma e differenza tra numeri senza segno Algoritmo: - acquisizione dei due numeri a,b - se a,b sono concordi |s|=|a|+|b| - se a,b sono discordi - se |a|<|b| si scambiano i valori di a e b - |s|=|a|-|b| - la somma ha il segno di a e modulo |s| falso inizio a, b concordi s a+b fine |a| < |b| s a-b t a a b b t vero falso modulo di s e segno di a a, b

24 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Esempio 2 Problema: Acquisizione di 10 numeri interi e calcolo della media Algoritmo: 1.Azzerare la somma s 2.Se non si sono acquisiti tutti i numeri: 2.1 Acquisire un numero n 2.2 Sommare n ad s e tornare al passo 2 3.La media è s/10 4.Fine inizio s 0 i 0 i < 10 s s + n i i + 1 m s/10 fine vero falso m n

25 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Esempio 3 Problema: Acquisizione di 10 numeri interi; determinazione e visualizzazione del numero maggiore e minore Algoritmo: 1.Leggi il primo numero n 2.Poni il massimo e il minimo corrente(variabili max e min) pari a n 3.Finché i numeri inseriti sono meno di Leggi un nuovo numero n 3.2 Se nmax max=n 4.Visualizza min e max 5.Fine inizio max n min n i 1 i < 10 fine n > max min n n< min max n vero falso vero i i +1 falso min, max n n

26 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Esempio 4 Problema: Scrivere un programma che consenta, acquisito un numero intero n, di acquisire un carattere c e visualizzarlo n volte sulla stessa riga finché n è maggiore di zero Algoritmo: 1.Leggi il primo numero n 2.Finché n>0 2.1 Leggi c 2.2 Visualizza c n volte 2.3 Visualizza a capo 2.3 Leggi nuovo numero n 3.Fine inizio n > 0 i 0 blocco 2.2 fine a capo n n c falso vero Inizio blocco 2.2 i< n c i i+1 vero falso Fine blocco 2.2 connettore

27 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Esempio 5 Problema: Calcolo e visualizzazione di una potenza(variabile pot), acquisiti la base x e lesponente n Algoritmo: 1.Acquisisci x ed n(intero) 2.Poni pot pari ad 1 3.Esegui per n volte pot pot * x 4. Visualizza pot 5. Fine inizio x, n pot 1 i 0 i< n i i+1 vero falso pot = pot * x pot fine

28 Sistemi Informativi DEE - Politecnico di Bari Fondamenti di Informatica CDL in Ingegneria Gestionale (B)- A.A Esempio 6 Problema: acquisito un numero intero n, si visualizzi una figura quadrata di n*n con degli asterischi nella diagonale principale, dei segni meno al di sotto e dei segni più al di sopra della diagonale principale Algoritmo: 1.Leggi n 2.Finché le righe visualizzate sono meno di n (indice i scorre le righe) Finchè le colonne visualizzate sono meno di n(indice j scorre le colonne) se j>i visualizza il carattere meno se j=i visualizza il carattere asterisco se i


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