La disciplina Informatica e Sistemi automatici ha lo
scopo di introdurre lo studente all'analisi ed alla soluzione
dei problemi con i metodi tipici della tecnologia e, nello
stesso tempo, di off r i re supporti tecnologici all'indagine
scientifica.
Un concreto avvicinamento alla tecnologia non può ess
e re conseguito senza la conoscenza e un minimo di
padronanza di specifici strumenti concettuali ed operativi.
Non è pensabile che questo scopo si realizzi mediante un
generico riferimento alla tecnologia come categoria astratta
nè, tantomeno, mediante una superficiale esplorazione enciclopedica
di molte tecnologie. Occorre quindi scegliere
un'area tecnologica entro la quale lavorate.
La scelta dell'area informatica e sistemistica pre s e n t e
diversi vantaggi:
1. introduce gli studenti ad un settore tecnologico di
indubbio valore culturale e sociale;
2. l'informatica e la sistemistica offrono metodi e linguaggi
che sono trasferibili ed applicabili a moltissimi altri
contesti e si propongono quindi non solo come tecnologie
specifiche, ma anche come tecnologie-strumento;
3. è facile trovare un collocamento, sia concettuale
sia applicativo con tutti gli altri insegnamenti ed in particolare
con quelli scientifici;
4. le attre z z a t u re richieste si prestano bene allo
sviluppo di processi cognitivi complessi, ma semplici per
quanto riguarda il reperimento e la gestione e, come nel
caso dei calcolatori, spesso già presenti nelle scuole.
Per quanto riguarda l'aspetto più specificamente tecnologico
la disciplina fornirà le conoscenze basilari sulle
p roblematiche della generazione, trasmissione ed elaborazione
delle informazioni, sia in forma simbolica che di
segnali elettrici.
Dato lo spazio orario della disciplina è escluso uno
studio analitico delle tecnologie elettroniche ed una vera
capacità di pro g e t t a re apparati. Tuttavia è possibile, attraverso
la scelta di opportuni componenti e strumenti di
misura, abituare ad una corretta metodologia basata
sull'approccio funzionale e che conduca alla realizzazione
completa di semplici dispositivi.
Più approfondito potrà essere lo studio delle tecnologie
informatiche, in modo da condurre gli studenti, nel
corso del triennio, alla realizzazione di progetti di una
certa complessità.
In conclusione le finalità della disciplina possono essere
così riassunte:
1. interpre t a re processi naturali e sistemi artificiali
secondo modelli tratti dall'informatica, dalla teoria dei sistemi,
dalla teoria dell'informazione;
2. risolvere semplici problemi di automazione impiegando
mezzi informatici eventualmente accompagnati da
semplici dispositivi esterni.
Il raggiungimento delle abilità è accompagnato dalla
consapevolezza in ogni stadio del corso, oltre che dei fondamenti
scientifici, delle potenzialità e dei limiti dei componenti,
apparati e sistemi logici e/o tecnologici che sono
oggetto di studio.
1. Analizzare situazioni riferite a fenomeni naturali o a
sistemi artificiali utilizzando modelli e mezzi di rappresentazione
dell'informatica, della teoria dei sistemi e della teoria
dell'informazione;
2. analizzare e costruire reti combinatorie per elaborare
segnali logici;
3. analizzare e costruire reti sequenziali per implementare
semplici automi;
4. spiegare potenzialità e limiti del modello di von
Neumann;
5. riconoscere stringhe ben formate secondo semplici
grammatiche, definendone l'automa analizzatore;
6. valutare la complessità computazionale di un algoritmo;
7. costruire programmi ben strutturati sia dal punto di
vista della decomposizione che da quello della rappresentazione
dei dati adeguata alla natura del problema;
8. usare semplice strumentazione elettronica e dispositivi
logici di base;
9. usare semplici strumenti software per la simulazione;
10. definire il modello ingresso/uscita di semplici sistemi
continui, sia di tipo artificiale sia di tipo naturale, connettendo
blocchi funzionali elementari;
11. spiegare la natura e le funzioni degli apparati fondamentali
delle comunicazioni elettriche;
12. risolvere semplici problemi di teoria dell'inform a z i o ne;
13. spiegare natura e funzioni di catene di acquisizione/
elaborazione/attuazione;
14. spiegare origine e natura dei problemi di congestione;
15. spiegare natura e funzioni dei blocchi costitutivi di
un simulatore di sistemi congestionati;
16. realizzare almeno un tipo di sistema complesso tra
quelli citati in precedenza (catena di acquisizione ... o programma
di simulazione).
Terzo Anno
1. Algoritmi
1.1. programmazione:
1.1.1. s t r u t t u re di controllo; metodo top-down; decomposizione
funzionale;
1.1.2. strutture di dati: set, record, array;
1.1.3. tipi di dati astratti: implementazione modulari
e per oggetti;
1.1.4. computabilità; tesi di Church-Turing; il problema
dell'arresto;
1.1.5. complessità concreta degli algoritmi;
2. Sistemi discreti deterministici
2.1. sistemi combinatori;
2.2. sistemi sequenziali;
2 . 3 . macchine di von Neumann e sistemi pro g r a m m a b i l i ;
2.4. automi e linguaggi;
Quarto Anno
1. Sistemi continui
1.1. il paradigma ingresso/uscita nello studio dei sistemi;
1.2. blocchi funzionali elementari: moltiplicatore per
costante, addizionatore, integratore, moltiplicatore;
1.3. modelli di sistemi aperti;
1.4. la retroazione; il blocco di ritardo;
1.5. stabilità;
2. Comunicazione e segnali
2.1. ruolo sociale delle comunicazioni e loro
evoluzione nella storia;
2.2. fondamenti di comunicazioni elettriche;
2.2.1. la catena di comunicazione (sorgente-canalericevente)
per un segnale analogico semplice (esempio del
telefono);
2.2.2. la catena di comunicazione per un segnale
simbolico semplice (esempio del telegrafo);
2.2.3. la trasmissione di più segnali nello stesso
canale (esempio del multiplex telefonico e del segnale
televisivo);
2.3. elementi di teoria dell'informazione;
2.3.1. il modello del canale disturbato;
2.3.2. rapporto di potenza segnale/disturbo;
2.3.3. capacità del canale e sua unità di misura: bit/s;
2.3.4. quantità di informazione: entropia di sorgente;
2.3.5. soluzioni tecnologiche degli equilibri tra
banda, durata della trasmissione e rumore;
2.4. esempi significativi di apparati, sistemi e applicazioni
nei servizi telematici
Quinto Anno
1. Costruzione di sistemi
1.1. sistemi per acquisizione e comando;
1.1.1. schema a blocchi funzionali dei sistemi di acquisizione
e comando basati sull'uso del calcolatore;
1.1.2. dispositivi di ingresso e uscita: natura e curve
caratteristiche;
1.1.3. catene di acquisizione dei segnali elettrici continui;
1 . 1 . 4 . funzioni elaborative di monitoraggio, re g i strazione
e presentazione dei dati, attuazione di strategie di
controllo;
1.2. sistemi per la simulazione discreta e discretizzata;
1.2.1. sistemi con punti di congestione;
1.2.2. il modello arrivi-servizi;
1.2.3. generatori pseudo-casuali;
1.2.4. code;
1 . 2 . 5 . fenomeni evolutivi riconducibili al modello
dell'algoritmo iterativo.
La terza e la quarta classe sono dedicate allo studio di
alcune aree tematiche particolarmente rilevanti dal punto
di vista concettuale e tali da dare, nel loro insieme, una visione
organica dell'area informatica e sistemistica.
Il quinto anno è rivolto allo sviluppo di almeno una
applicazione di una certa complessità e si articola in due
sottotemi che potranno essere scelti in alternativa.
Algoritmi
La trattazione di questo tema dipenderà da quanto gli
studenti hanno profittato dello studio dell'informatica nel
biennio. In ogni caso occorrerà verificare inizialmente il
livello raggiunto e riallacciarsi all'esperienza già fatta in
modo da evitare una discontinuità.
Dal punto di vista delle conoscenze occorre approf
o n d i re i paradigmi di base della programmazione, ma
anche allargare il discorso ad alcuni aspetti teorici: la struttura
degli algoritmi, la calcolabilità, la complessità concreta
sono temi di notevole profondità concettuale, che però si
prestano ad una trattazione non troppo formalizzata.
In laboratorio si utilizzerà un linguaggio di pro g r a mmazione,
ma anche strumenti software di uso generale,
come i fogli elettronici ed i programmi orientati alla
matematica, in modo da far acquisire agli studenti una
padronanza sufficiente per le successive applicazioni.
Le abilità informatiche, comunque, verranno sviluppate
durante tutto il triennio, essendo il calcolatore il principale
strumento di lavoro che sarà costantemente impiegato.
Sistemi discreti deterministici
Questo tema consente lo studio di una serie di concetti
e di modelli teorici estremamente importante sia per quanto
riguarda le tecnologie dell'informazione sia per altre
discipline, come ad esempio la linguistica.
È importante che si facciano emergere i collegamenti
concettuali con la teoria degli algoritmi e la sostanziale
identità fra questi e gli automi.
Per quanto riguarda il laboratorio, senza escludere la
simulazione di automi mediante calcolatore, utile anche
per non abbandonare la programmazione, è opportuno
o p e r a re in un contesto tecnologico costituito da componenti
elettronici digitali o da pannelli e da strumenti di
misura. È infatti necessario che il panorama tecnologico
non si limiti al solo calcolatore, se non altro per approfondire
la conoscenza della struttura di quest'ultimo e per
non pre c l u d e re la possibilità di applicazioni che
prevedano l'uso di apparati esterni.
Sistemi continui
Lo studio dei sistemi continui non può essere iniziato
troppo presto perché richiede l'impiego di conoscenze di
analisi. Non occorre che tale conoscenza sia completa perché
non è necessario ricorre re ad equazioni integro - d i ff
e renziali. È consigliabile un approccio operativo-funzionale
che parta dalla introduzione di sistemi elementari
visti come operatori e passi poi alla analisi di sistemi complessi
visti come assemblaggio di sistemi semplici. Lo studio
del comportamento dei sistemi complessi può essere
condotto non tramite la risoluzione analitica, ma tramite la
simulazione o l'uso di software matematico.
È importante che la costruzione di modelli parta da
problemi riconducibili ad altri ambiti disciplinari, come, ad
esempio, lo studio di un sistema fluido o termico o la
crescita di una popolazione.
Lo strumento principale nel laboratorio sarà il calcolatore.
Non si esclude, ove la situazione lo consenta, l'uso di
componenti elettronici analogici per la creazione di modelli
concreti dei sistemi studiati.
Comunicazione e segnali
Il tema unisce due diversi modi di studiare il problema
della comunicazione e dell'informazione. Il primo è quello
tipico delle comunicazioni elettriche ed il secondo quello
della teoria dell'informazione. Anche in questo caso si
potrà partire da situazioni di vario genere, anche non tecnologiche,
come ad esempio la comunicazione fra persone,
per giungere ai modelli ed alle leggi fondamentali.
Il calcolatore e semplici apparati elettrici si possono
prestare alla simulazione od allo studio fisico di fenomeni
di comunicazione .
Occorre però ricordare che, in questo campo, è vastissima
la casistica di congegni e di sistemi presenti nella vita
comune, che possono fornire un adeguato materiale di esplorazione
sia diretta sia su documenti.
Costruzione di sistemi
Questo tema non si deve sviluppare come una trattazione
sistematica e sequenziale, anche se nuovi elementi
di conoscenza andranno introdotti quando necessario, ma
piuttosto come un progetto. È bene ricordare quanto detto
n e l l ' i n t roduzione a proposito dell'area di progetto ed in
particolare che la definizione di progetti deve coinvolgere
tutte le discipline.
I n f o rmatica e Sistemi, dunque, non assume da sola
l'impegno di sviluppare progetti, ma si propone come disciplina-
catalizzatore che, disponendo di specifiche risorse
e conferendo agli studenti specifiche abilità operative, può
portare i progetti stessi alla realizzazione di sistemi di una
certa complessità.
I due temi suggeriti, in alternativa fra di loro, costituiscono
solo due esempi particolarmente rilevanti di sistemi
che possono essere costruiti. Sarà l'insegnante di Informatica
e Sistemi, d'accordo con il consiglio di classe, a
scegliere eventualmente altri temi che si inseriscano bene
nel progetto comune.
Si noti che, date queste premesse, non sono facilmente
definibili a priori le risorse di laboratorio da usare, a parte
ovviamente il calcolatore e che, comunque , è auspicabile
un collegamento con i laboratori delle altre discipline scientifiche.