INFORMATICA UMANISTICA B - PowerPoint PPT Presentation

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INFORMATICA UMANISTICA B

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Title: INFORMATICA UMANISTICA B


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INFORMATICA UMANISTICA B
  • STORIA DELLINFORMATICAmassimo.poesio_at_unitn.it

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RIASSUNTO
  • La nozione di algoritmo
  • Macchine calcolatrici
  • Modelli matematici della computazione la
    macchina di Turing
  • Computer elettronici

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I LA NOZIONE DI ALGORITMO
  • Un PROGRAMMA e un ALGORITMO posto in forma
    comprensibile al computer
  • Il nome ALGORITMO non e stato inventato dagli
    informatici ma dai matematici
  • Deriva dal nome del matematico persiano Muhammad
    ibn Musa 'l-Khwarizmi che attorno all825 scrisse
    un trattato chiamato Kitab al-djabr wa
    'l-muqabala (Libro sulla ricomposizione e sulla
    riduzione)
  • AL-KHWARIZMI ? ALGORISMO ? ALGORITMO
  • (ALGEBRA deriva da AL-DJABR)

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ALGORITMO
  • Definizione informale di ALGORITMO una sequenza
    FINITA di passi DISCRETI e NON AMBIGUI che porta
    alla soluzione di un problema

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UN PROBLEMA, DUE ALGORITMI IL MASSIMO COMUN
DIVISORE
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MCD UN ALGORITMO ELEMENTARE
  • A scuola si impara un algoritmo molto semplice
    per calcolare MCD la SCOMPOSIZIONE IN FATTORI
    PRIMI
  • 42 2 x 3 x 7
  • 56 2 x 2 x 2 x 7
  • Algoritmo MCD(M, N)
  • Scomponi M ed N in fattori primi
  • Estrai i componenti comuni
  • Questo metodo si puo solo applicare per numeri
    piccoli (la scomposizione in fattori primi e
    molto costosa)

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MCD ALGORITMO DI EUCLIDE
  • Come vedremo piu avanti, i moderni calcolatori
    non usano lalgoritmo elementare per calcolare il
    MCD, ma un algoritmo molto piu efficiente la cui
    prima menzione e negli Elementi di Euclide, e
    che divenne noto agli occidentali tramite
    Al-Khwarizm

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MCD LALGORITMO DI EUCLIDE
  • MCD(M,N)
  • RIPETI finche M ? N
  • SE M gt N, M ? M N
  • ALTRIMENTI, N ? N M
  • RITORNA al passo 1
  • OUTPUT M

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II PRIME MACCHINE CALCOLATRICI
  • Labaco
  • Calcolatrici meccaniche

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LABACO
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MACCHINE CALCOLATRICI MECCANICHE
  • Cenni storici
  • IX XIII sec. macchine complesse per automazione
    industriale, in particolare industria tessile.
    Telaio di Jacquard, controllato da schede
    perforate di cartone, che rendevano automatica la
    lavorazione della stoffa e i disegni realizzati
    nello stabilimento di tessitura
  • Macchina per il calcolo inventata dal filosofo
    Pascal
  • Macchina analitica di Charles Babbage, modello
    teorico, venne costruita di recente al museo
    della scienza e della tecnica di Milano.

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IL TELAIO A SCHEDE DI JACQUARD
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LE MACCHINE DI BABBAGE
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III LA NOZIONE DI CODICE
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IL CODICE MORSE
  • Simboli
  • Efficienza

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III MODELLI MATEMATICI DELLA COMPUTAZIONE
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LA MACCHINA DI TURING
  • Una descrizione estremamente astratta delle
    attivita del computer che pero cattura il suo
    funzionamento fondamentale
  • Basata su unanalisi di cosa fa un calcolatore
    (umano o macchina)

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Le funzioni di un computer
  • elaborare linformazione
  • usando il processore (Central Processing Unit -
    CPU)
  • memorizzare linformazione
  • usando la memoria principale (RAM)
  • usando la memoria secondaria
  • fare linput/output dellinformazione
  • usando i dispositivi di input/output

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COMPUTAZIONE E MEMORIA IN UN COMPUTER
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COMPUTAZIONE E MEMORIA NELLA MACCHINA DI TURING
  • In una macchina di Turing abbiamo
  • Una CPU
  • Un PROGRAMMA un insieme di regole che
    determinano il comportamento della testina a
    partire dal suo stato e dal simbolo letto (
    sistema operativo)
  • una testina che si trova in ogni momento in uno
    fra un insieme limitato di stati interni e che si
    muove sul nastro, leggendo e se del caso
    modificando il contenuto delle cellette
  • Una MEMORIA
  • un nastro di lunghezza indefinita, suddiviso in
    cellette che contengono simboli (ad es. 0e 1)

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LA MACCHINA DI TURING
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FUNZIONAMENTO DI UNA MACCHINA DI TURING
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UNA DIMOSTRAZIONE DEL FUNZIONAMENTO DELLA
MACCHINA DI TURING
  • http//www.warthman.com/ex-turing.htm

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PROGRAMMI E DATI
  • Programmi
  • Prossima lezione i programmi dal punto di visto
    dellhardware
  • I programmi sequenze di istruzioni per
    lelaborazione delle informazione
  • Definiscono quale debba essere il comportamento
    del processore
  • Dati
  • Distinzione tra dato e informazione
  • Dato sequenza di bit, può essere interpretato in
    più modi diversi
  • Informazione dato significato del dato

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MACCHINA DI TURING UNIVERSALE
  • Nelle macchine di Turing piu semplici, si trova
    una distinzione molto chiara tra PROGRAMMA ( gli
    stati) e DATI ( contenuto del nastro)
  • Turing pero dimostro che era possibile mettere
    anche il programma sul nastro, ed ottenere una
    macchina di Turing universale che LEGGEVA sul
    nastro la prossima istruzione da eseguire prima
    di leggere i DATI su cui occorreva eseguirla
  • I computer moderni sono macchine di Turing
    universali.

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ALCUNI RISULTATI DIMOSTRATI USANDO IL MODELLO DI
TURING
  • Non tutte le funzioni sono CALCOLABILI
  • Ovvero non e possibile scrivere un algoritmo
    per risolvere qualunque problema in modo ESATTO
    ed in tempo FINITO
  • Il PROBLEMA DELLARRESTO (HALTING PROBLEM) non
    e possibile dimostrare che una macchina di
    Turing universale si fermera o no su un
    programma specifico
  • Questi risultati valgono per qualunque
    calcolatore, ammesso che valga la TESI DI
    CHURCH-TURING

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DALLA MACCHINA DI TURING AI COMPUTER MODERNI
  • La macchina di Turing aiuta a capire come sia
    possibile manipolare informazione in base a un
    programma, leggendo e scrivendo due soli simboli
    0e 1
  • Da questo punto di vista, pur essendo un
    dispositivo ideale, la macchina di Turing è
    strettamente imparentata col computer

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Dalla macchina di Turing alla macchina di von
Neumann
  • Un passo ulteriore, volendoci avvicinare al
    funzionamento di un vero computer, è costituito
    dalla
  • MACCHINA DI VON NEUMANN

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Il calcolatore elettronico
  • II guerra mondiale, progetto Manhattan per la
    costruzione di un ordigno atomico
  • Sviluppo di svariate competenze, fisica,
    matematica, ecc. supportati dagli ingegneri
    calcolatori coordinati dai coordinatori di
    calcolo che passavano informazioni servendosi
    della posta pneumatica

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IV ELETTRONICA E CALCOLATORI
  • Cio che ha permesso il passaggio a calcolatori
    basati sullelettronica e lo sviluppo di
    INTERRUTTORI ELETTRONICI
  • Prima il TUBO A VALVOLE
  • Poi il TRANSISTOR
  • Un interruttore permette di rappresentare i due
    stati 1 ( passa la corrente), 0 ( non passa)

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TUBI A VALVOLE
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TRANSISTOR E CIRCUITI INTEGRATI
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CALCOLATORI ELETTRONICI
  • Ispirati alla macchina di Turing
  • 1936 Konrad Zuse costruì in casa lo Z1 usando i
    relè
  • 1941 c/o politecnico di Berlino Z3
  • 1942 macchina per il computo elettronico
    (Satanasso-Berry-Computer). La memoria erano
    condensatori fissati ad un grande tamburo
    cilindrico di 1500 bit
  • 1944 Howard Aiken di Harvard termina MARK1, una
    macchina elettromeccanica relativamente veloce,
    lunga 15m e altra 2,5m. Realizzata in soli 5 anni
    nel progetto Manhattan.

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SVILUPPO DEI CALCOLATORI ELETTRONICI
  • 1943 costruito e rimasto segreto fino al 1970
    Colossus voluto da W. Churchill. Memorizzazione
    di dati in aritmetica binaria basati sulla
    ionizzazione termica di un gas
  • 1946 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and
    Computer) che fino al 1973 ritenuto il primo
    calcolatore elettronico programmabile
  • 30 armadi x 3m, 30t per una superficie di 180mq
  • 300 moltiplicazioni al secondo
  • La nascita dei transistor dispositivi
    elettronici basati sui semiconduttori e sul
    silicio.

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DA VON NEUMANN AI CALCOLATORI MODERNI
  • Il modello teorico costituito dalla Macchina di
    Von Neumann influenzò direttamente la
    realizzazione di due fra i primi computer
    lENIAC (Electronic Numerical Integrator and
    Computer) e lEDVAC (Electronic Discrete Variable
    Automatic Computer)

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DA ZUSE A ENIAC
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DOPO ENIAC
  • EDVAC primo computer con programmi in memoria
  • 1948 primo computer commerciale (UNIVAC)
  • 1954 primo computer a transistors (Bell Labs)
  • 1960 valvole sostituite da transistors
  • 1971 primo microprocessore (Intel 4004)
  • 1975 primo microcomputer (Altair)
  • 1975 fondazione di Microsoft
  • 1976 Apple I e Apple II
  • 1979 primo Spreadsheet (VisiCalc)

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PROSSIME LEZIONI
  • Architettura di Von Neumann
  • Rappresentazione dei dati

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LETTURE
  • Ciotti e Roncaglia, Capitolo 2
  • Macchina di Turing applets
  • http//www.warthman.com/ex-turing.htm
  • http//wap03.informatik.fh-wiesbaden.de/weber1/tur
    ing/tm.html
  • Storia dellInformatica
  • http//www.dimi.uniud.it/cicloinf/mostra/index.ht
    ml
  • Wikipedia
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