Corso di laurea: Ingegneria informatica Programmazione per l'A.A. 2015/2016

1. Concetti e definizioni di base dell'Ingegneria del Software
Introduzione. Origini e motivazioni dell'Ingegneria del Software. Definizioni di base: prodotti software, caratteristiche generali dei prodotti software. Ciclo di vita del software. Processi per lo sviluppo del software: modello a cascata, sviluppo incrementale; modello iterativo/evolutivo, modello prototipale, modello a spirale, unified process.
2. Analisi e specifica dei requisiti
Definizione del concetto di requisito. Requisiti funzionali e non funzionali. Attività di definizione, analisi e specifica dei requisiti. Processo di ingegnerizzazione dei requisiti. Documentazione dei requisiti. Validazione dei requisiti.
3. Progettazione software
Progetto del software. Metodi di progetto: approccio top-down, metodi strutturati, strategie funzionali e object oriented. Documentazione del progetto. Parametri di qualità del progetto: coesione, accoppiamento, comprensibilità e adattabilità. Progetto dell'architettura logica. Modelli per la strutturazione dei sistemi software (pattern architetturali). Principi di analisi e progettazione orientata agli oggetti.
4. La modellazione del software con UML
Generalità su UML (Unified Modeling Language). UML e ciclo di vita. Modellare i requisiti con i casi d'uso. Diagrammi delle classi e degli oggetti. Diagrammi di sequenza e collaborazione. Diagramma degli stati. Diagramma di attività. Diagramma dei componenti e di deployment. Strumenti CASE a supporto di UML.
5. Design pattern per la progettazione ed il riuso
Ruolo dei design pattern nella progettazione e sviluppo del software. Pattern creazionali, strutturali, comportamentali.
6. Verifica e validazione
Il controllo di qualità dei prodotti software: la verifica e la validazione. Verifica e validazione statiche e dinamiche. Testing e ispezione. Obiettivi e problematiche generali del testing. Pianificazione e organizzazione dei test. Strategie di test. Test dinamico black box (funzionale) e white box (strutturale). Il concetto di test case. Dati di test. Classi di equivalenza. Testing dei cammini, grafi di flusso, complessità ciclotomica. jUnit.
7. Software development management Software configuration management. Configuration item, version, configurazioni, repository. Utilizzo di tool di versioning (CVS, SVN, Git). Gestione delle build, release e branch.

- Craig Larman
Applicare UML e i pattern – Analisi e progettazione orientata agli oggetti
Pearson Education Italia
- M. Fowler
UML Distilled
Pearson Education Italia
- Gamma, E., Helm, R., Johnson, R. e Vlissides, J.
Design Patterns: elementi per il riuso di software a oggetti
Addison Wesley

Cifrari Simmetrici

Tecniche di cifrature classiche

Cifrari a blocchi

“Data Encryption Standard”

“Advanced Encryption Standard”

Caratteristiche generali degli algoritmi simmetrici

Confidenzilità per mezzo degli algoritmi simmetrici

Cifratuta a chiave pubblica e funzioni hash

Cifratuta a chiave pubblica e RSA

Gestione delle chiavi ; altri crittosistemi

Autenticazione dei Messaggi e funzioni di hash

Algoritmi di Hash e MAC

Firma digitle e protocolli di autenticazione

Sicurezza nella Rete

Applicazioni per l'autenticazione

Sicurezza delle posta elettronica

Sicurezza IP

Sicurezza nel Web

Cryptography and Network Security, (minimo 4/E)
William Stallings
Publisher: Prentice Hall

Architetture di rete: supporto della qualità del servizio in reti IP, MPLS, reti publish/subscribe, Internet degli Oggetti.Motivazioni e requisiti per le reti cellulari wireless, architetture e servizi di reti mobili, accesso radio, reti e servizi satellitari.Tecnologie di comunicazioni: reti mobili cellulari (GSM, GPRS, UMTS). Tecnologie per reti di accesso wireless e a larga banda, gestione della mobilità, tecnologie di accesso wireless per reti wireless geografiche.

Appunti del docente.

Generalità: I sistemi di automazione industriale e civile: organizzazione delle attività e vincoli temporali dei vari processi. Problematiche di comunicazione e caratterizzazione del traffico nei diversi tipi di sistemi di automazione: Manufacturing, Process control, Automotive, Home automation, Building automation.Architetture funzionali dei diversi sistemi di automazione: Modello Gerarchico e modello Integrato. Architetture di rete nelle applicazioni di automazione: caratterizzazione dei livelli di Impianto, Processo e Campo. L’evoluzione tecnologica delle architetture di rete: dal modello MAP alle reti attuali.Caratteristiche dell’Application Layer nei sistemi di Automazione Industriale: Il protocollo MMS e la sua evoluzione nei Fieldbus.Generalità sui sistemi di comunicazione con vincoli real-time: Caratteristiche, obiettivi, misconceptions. Modelli time-driven ed event-driven. Caratterizzazione dei vincoli di comunicazione: hard, soft e firm real-time. Overview sulle principali tipologie di MAC protocol in uso nelle reti di automazione real-time.Principali tipi di Bus di Campo: Profibus, WorldFip, Fieldbus Foundation, Interbus-SSchedulazione delle trasmissioni nei sistemi di comunicazione con vincoli real-time: Definizione delle problematiche e degli obiettivi prestazionali nei contesti di automazione. Algoritmi di schedulazione del traffico per flussi periodici: Timeline scheduling, Rate Monotonic, Earliest Deadline First, Deadline monotonic. Test di schedulabilità e Response Time Analysis. Schedulazione integrata flussi periodici e aperiodici: Server aperiodici statici e dinamici.Reti per applicazioni automotive. Domini funzionali e loro caratterizzazione in termini di vincoli sul traffico. CAN, TTCAN; TTP/C, FLEXRAY. Cenni su LIN e MOST.Ethernet nelle applicazioni di automazione: Switched Ethernet. Tecniche di traffic smoothing per ridurre il non determinismo. Industrial Ethernet. Lo standard IEC 61784. Communication profiles e performance indicators. Aspetti progettuali e attuali implementazioni di Industrial Ethernet: on top of TCP/UDP, on top of Ethernet e Modified Ethernet.Uso dei sistemi wireless nelle applicazioni di automazione: Vantaggi e problemi aperti.Lo standard IEEE802.11x e le sue varianti: caratteristiche e differenti aree applicative. La mobilità ed i sistemi wireless: il problema dell’hand-off nelle applicazioni di automazione.Bluetooth e ZigBee nelle applicazioni di automazione.Problematiche di sincronizzazione dei clock: Il clock logico di Lamport. Metodi di sincronizzazione interna ed esterna. Algoritmi distribuiti e centralizzati. La sincronizzazione in Internet: algoritmo di Berkeley, Network time protocol. Protocollo IEEE 1588. Algoritmi di sincronizzazione per i sistemi wireless: Continuous clock Synchronization, Dynamic Continuous Clock Synchronization.

The Industrial Communication Technology Handbook
Published: February 23, 2005 by CRC Press - 936 Pages
Author(s): Richard Zurawski
Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito:
http://netlab.diit.unict.it.

Parte I:Principi di base dell’interaction design: elementi, leggi, e caratteristiche di un buon interaction design. Usabilità dei sistemi interattivi. Linee guida, principi e teorie. I design pattern per l'interazione. Usabilità universale.Strumenti di progettazione: modelli di ricerca, metodologia “Persona”, Analisi dei compiti (task analysis), Flussi di compiti, Casi d’uso, Mood board, Wireframes, prototipi, il design partecipativo. Creazione di mock-ups.Cenni di Prototipizzazione su WEB: HTML5, Ajax e JqueryLe metodologie di valutazione dell’usabilità. Metriche di usabilità. Valutazione analitica: valutazione euristica e cognitive walkthrough. Valutazione con utenti: Test di accettazione, progettazione e amministrazione di survey. Test in laboratorio. Uso dell’eye-tracker. Strumenti per la registrazione e l’annotazione. Cenni di analisi statistica. Analisi di casi di studio.Interfacce per i sistemi di ricerca e visualizzazione delle informazioni. Librerie digitali e multimedia retrieval.Parte II:Data mining e Business Intelligence. Costruzione di modelli dai dati.Alberi decisionali. Regole di associazione e basket analysis. Metriche di similarità. Algoritmi di clustering. Modelli predittivi. Testing e validazione del modello: Diagrammi di lift e curve ROC: Text mining e Sistemi di “intelligenza collettiva” nel Web 2.0. Tecniche di progetto di un recommender system.Ambienti per il data mining: Rapid Miner e Rapid Analytics. Visualizzazione di report interattivi e progettazione di una dashboard. Sviluppo di un progetto.

Testi consigliati:
• Saffer, D (2009) "Design dell'interazione". New Riders
• Gamberini L.; Chittaro L.; Paternò F. (a cura di) (2012) Human-computer interaction. Fondamenti teorici e metodologici per lo studio dell'interazione tra persone e tecnologie. Pearson.
• Arnowitz, A; Arent, M; Berger N. (2007)Effective prototyping for software makers. Morgan Kaufmann
• Berry, M J; Linoff, G. (2004) Data mining Techniques. Wiley & sons
• Dispense e slides del docente (www.i3s-lab.ing.unict.it)

Il corso si concentra sui vari aspetti della progettazione dei sistemi distribuiti, con particolare enfasi per i sistemi distribuiti su larga scala.Dopo una panoramica sulle caratteristiche principali dei sistemi distribuiti e sugli scenari oggi prevalenti, il corso si articola come segue:i) paradigmi e design pattern nelle architetture software di grandi dimensioni dimensioniii) tecnologie per progettazione, sviluppo e deploying di componenti enterprise e di architetture software (rif: JxEE standard)iii) algoritmi distribuiti (e.g. sincronizzazione, consenso, elezione, transaction handling, gestione dei fault e dependability, replicazione)iv) scenari di riferimento (e.g. SOA/WS, EIP, P2P, Cloud)

Testi da consultare in riferimento a specifici argomenti
• Distributed Systems: Concepts and Design, Coulouris, Dollimore and Kindberg, 5th Edition, Pearson Education, 2005 (per gli aspetti algoritmici)
• Pattern Oriented Software Architecture vol. 1-4 Buschmann, Schmidt et alii (particolare riferimento a vol. 2 e 4) (per alcuni pattern di distributed software architecture)
• Enterprise Integrazion Pattern , G. Hphpe & B. Woolf ((per alcuni pattern di distributed system integration)
• siti ufficiali (per gli standard di riferimento e le tecnologie adottate)
• Articoli e documentazione ufficiale forniti in bibliografia

NB: i testi sono utilizzati solo in parte per specifici argomenti (come indicato nel corso delle lezioni)

Parte I - Sviluppo di Applicazioni nei Controllori a Logica Programmabile (PLC) Architettura di un PLC. Programmazione di un PLC. Standard IEC 61131-3. Caratteristiche principali. Tipi di Dati. Variabili. Funzioni. Function Blocks. Programmi. Risorse. Task. Configurazioni. Linguaggio di Programmazione Ladder Diagram (LD). Linguaggio di Programmazione Sequential Function Chart. Cenni sul Linguaggio di Programmazione Instruction List. Sviluppo di Applicazioni basate sullo standard IEC 61131-3. Ambienti di Sviluppo per PLC. Il Caso di Studio: Ambiente Siemens Step 7. Esercitazioni sulla programmazione dei PLC utilizzando l'Ambiente di Sviluppo Siemens Step 7. Parte II - Sviluppo di Applicazioni nei Sistemi di Controllo Distribuito Sistemi di Comunicazione per Dispositivi di Controllo: Bus di Campo Il Profibus DP. Servizi di Comunicazione. Data Exchange. Sync e Freeze. Sviluppo di Applicazioni Distribuite in Ambiente di Bus di Campo. Esempi Applicativi basati sul Sistema di Comunicazione Profibus DP e sul sistema Siemens Step 7. Lo standard IEC 61499. Sviluppo di Applicazioni Distribuite in IEC 61499. Esempi Applicativi basati sullo standard IEC 61499. Lo standard OPC. Storia ed evoluzione. Gli standard OPC COM e OPC XML. Lo standard OPC UA. Sviluppo di Applicazioni Distribuite (Client/Server) basate sullo standard OPC XML e OPC UA. Sistemi SCADA. Sviluppo di Applicazioni SCADA. Esempi Applicativi in Ambiente Siemens WinCC.

1. P.Chiacchio, "PLC e Automazione Industriale", McGraw Hill.
2. R.W.Lewis, "Programming industrial control systems using IEC 1131-3", IEE Control Engineering Series 50.
3. J.Wigmann, G.Kilian, Decentralization with Profibus DP/DPV1, Siemens
4. IEC 61499: Uno standard per sistemi distribuiti di automazione industriale Luca Ferrarini e Carlo Veber, Pitagora Editrice, Bologna, 2004, ISBN 88-371-1493-1
5. F.Iwanitz, J.Lange, OPC Fundamentals, Implementation, and Application, Huthig, Softing.
6. W.Mahnke, S.Leitner, M.Damm, OPC Unified Architecture, Springer
7. J.Lange, F.Iwanitz, T.J.Burke, OPC From Data Access to Unified Architecture, OPC Foundation, Softing.

Struttura di un compilatoreAnalisi lessicale - Analisi sintattica - Analisi semantica - Generazione del codice intermedio - Ottimizzazione del codice - Generazione del codice - Gestione della tabella dei simboli - Raggruppamento delle fasi in passate - Strumenti di sviluppo per i compilatori - Evoluzione dei linguaggi di programmazione - Applicazioni della tecnologia dei compilatori - Fondamenti dei linguaggi di programmazioneAnalisi LessicaleRuolo dell’analizzatore lessicale - Buffering dell’ingresso - Descrizione dei token - Estensioni delle espressioni regolari - Riconoscimento dei token - Il generatore di analizzatori lessicali Lex - Automi a stati finiti - Dalle espressioni regolari agli automi -Progettazione di un generatore di analizzatori lessicali - Ottimizzazione dei riconoscitori basati su DFAAnalisi SintatticaIntroduzione - Grammatiche libere dal contesto - Scrittura di una grammatica -Parsing top-down - Parsing bottom-up - Introduzione al parsing LR: LR(0), SLR(1), LR(1), LALR(1) - Uso delle grammatiche ambigue - Generatori di parser – Gestione degli errori sintatticiTraduzione guidata dalla sintassiDefinizioni guidate dalla sintassi - Ordine di valutazione delle SDD - Applicazioni della traduzione guidata dalla sintassi - Schemi di traduzione postfissi - Implementazione di SDD L-attribuiteGenerazione del codice intermedioVarianti degli alberi sintattici -- Codice a tre indirizzi - Tipi e dichiarazioni -Traduzione delle espressioni - Controllo dei tipi - Flusso di controllo - Backpatching - Statement switch - Codice intermedio delle procedureSupporto run-timeOrganizzazione della memoria - Allocazione della memoria a stack - Accesso ai dati non locali sullo stack - Gestione dello heap - Introduzione alla garbage collection - Introduzione alla garbage collection basata su tracce - Concetti avanzati di garbage collectionGenerazione del codiceProgettazione di un generatore di codice - Il linguaggio target - Indirizzi nel codice target - Blocchi base e diagrammi di flusso - Ottimizzazione dei blocchi base - Semplice generatore di codice - Ottimizzazione a finestra - Allocazione e assegnamento dei registri - Selezione delle istruzioni mediante riscrittura di alberi - Generazione di codice ottimo per le espressioni - Generazione di codice e programmazione dinamica -Ottimizzazioni indipendenti dall’architetturaPrincipali opportunità di ottimizzazione – Introduzione all’analisi data-flow - Fondamenti dell’analisi data-flow - Propagazione delle costanti - Eliminazione della ridondanza parziale - Cicli nei diagrammi di flusso - Analisi basata sulle regioni -Analisi simbolicaParallelismo a livello d’istruzioneArchitetture dei microprocessori - Vincoli di scheduling del codice –Scheduling nei blocchi base - Scheduling globale del codice - Software pipeliningOttimizzazione di parallelismo e localitàConcetti di base - Multiprocessori - Parallelismo nelle applicazioni - Granularità del parallelismo - Parallelismo a livello di ciclo - Località dei dati - Parallelizzazione per righe - Spazio delle iterazioni - Indici di array affini - Riuso dei dati - Analisi della dipendenza dai dati negli array - Sincronizzazione tra cicli paralleli - Pipelining -Ottimizzazione della localitàAnalisi interproceduraleConcetti fondamentali e motivazione - Rappresentazione logica dei diagrammi di flusso - Datalog - Effetti dell’invocazione di un metodo - Binary decision diagram

Aho Alfres V. – Lam Monica S. – Sethi Ravi - Ulmann J. Compilers: principles, techniques & tools, Second Edition, Addison Wesley
Steven Muchnick, Advanced Compiler Design Implementation, Morgan Kaufmann.
Fischer, Le Blanch, "Crafting a compiler", The Benjamin Cummings Company, Inc

Logica e sistemi Fuzzy: logica ed insiemi tradizionali, logica bayesiana, logica fuzzy, sistemi fuzzy (fuzzificazione, defuzzificazione), computing with words, sistemi esperti e di controllo fuzzy, applicazioni in domotica e robotica. Programmazione logica: sintassi (fatti, regole, backtracking e cut, predicati), sistemi esperti crisp e fuzzy, linguaggio e grammatiche, alberi e grafi (applicazioni a problemi di trasporto e logistica), pianificazione (applicazioni nei sistemi di workflow), Visual Prolog. Reti neurali: neuroni e reti neurali, tipi di apprendimento, memorie associative, percettrone ed apprendimento Widrow-Hoff, reti multistrato e back-propagation, Clustering e reti non supervisionate (reti SOM, tassellazione di Voronoi), Automi e Reti neurali cellulari. Sistemi neuro-fuzzy.Computer Vision e Pattern Recognition: elaborazione di immagini e segnali con tecniche statistiche e di soft computing, la teoria dei patterns dinamici, applicazioni in biometria e nelle neuroscienze. Ottimizzazione: ottimizzazione combinatoria (reti di Hopfield e ricottura simulata) ed evoluzione genetica (algoritmi genetici - crossover, mutation, fitness) in problemi crisp, statistici e fuzzy. Data Mining e Knowledge Discovery: alberi decisionali, tassonomie, clustering ed analisi delle componenti/caratteristiche principali, knowledge discovery in bio e neuroinformatica. Ontologie e Web semantico: Rappresentazioni ontologiche RDF, RDFS, OWL, Query semantiche in SPARQL e Prolog, il sistema per la generazione delle ontologie su web (Protege’ Sesame e Ruby on Rails), Visualizzazione delle ontologie (AllegroGraph and Gruff), Cenni su agenti artificiali.Sistemi Intelligenti Mobili: Sistemi dedicati per l’eHealth, Sistemi di telecontrollo per la Domotica, Location Based Services ed Intelligent Transportation Systems, Location Intelligence e Recommending Systems. Tecniche implementative per mezzo di componenti arduino, zephyr e similari.

Norvig and Russel, Artificial Intelligence: A Modern Approach, Prentice Hall. 2009
Haykin: Neural Networks and Learning Machines, Prentice Hall. 2011
Zadeh, Computing with Words, Springer, 2012
Bratko, Prolog Programming for Artificial Intelligence, Pearson Education, 2011
Cios et alii: Data Mining: A Knowledge Discovery Approach, Springer, 2010
Allemang e Hendler, Semantic Web for the Working Ontologist, Morgan Kaufmann, 2011
Gonzales e Woods: Digital Image Processing, Prentice Hall. 2012

1. Introduzione ai Sistemi Embedded
Caratteristiche dei sistemi embedded. Problematiche nella implementazione hardware/software. Metriche di progetto. Tecnologie dei circuiti integrati. Tecnologie dei processori. Tecnologie e metodologie per la progettazione.
2. Tecnologie dei Processori nei Sistemi Embedded
Progettazione di processori single purpose. Architetture di processori general purpose risc pipelined. Tecniche di branch prediction per l’ottimizzazione delle prestazioni di processori risc. Realizzazione software di un sistema embedded.
3. Interfacciamento della CPU con memorie e periferiche nei Sistemi Embedded
Interfacciamento CPU periferiche. Gestione delle interruzioni con processori pipelined. Interfacciamento seriale sincrono. Protocolli SPI e I2C. Bus arbitration. Bus pipelining. Split transactions. AMBA bus. Network-on-chip.
4. Instruction level parallelism.
Loop unrolling. Architetture superscalari. Schedulazione dinamica. Scoreboard. Algoritmo di Tomasulo. Esecuzione speculativa e Reorder buffer.
Architetture VLIW. Schedulazione statica. Ottimizzazione della memoria: tecniche di codifica delle VLIW. Register pressure. Ottimizzazione della potenza. Basic block. Trace scheduling. Predicated execution.
5. Data level parallelism.
Processori SIMD. Processori vettoriali. VMIPS instruction set architecture. Valutazione delle prestazioni del VMIPS. Estensioni SIMD. Estensioni SIMD Intel.
6. Una famiglia di processori per applicazioni embedded e mobili: i processori ARM.
Organizzazione e modalità di esecuzione. Instruction Set Architecture del processore ARM.
7. Metodologie di progetto IP based
Piattaforme parametriche e modelli per l'esplorazione dello spazio di progetto. Pareto Set. Metodologie di esplorazione multiobiettivo.

8. Architetture dei dispositivi mobili
La piattaforma Android. Ambiente di sviluppo Android Studio ed emulatore. Sviluppo di un’app Android. Anatomia di un’applicazione Android. Ciclo di vita di Activity, Service e Process. Interfaccia Utente Android. Memorizzazione dei dati. Processi in backgroung. Android e REST. Localizzazione, mappe e sensori in Android.

-“Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction” , Frank Vahid, Tony Givargis, John Wiley & Sons Inc., ISBN:0-471-38678-2, 2002.

- "Computers as Components: Principles of Embedded Computer Systems Design", Wayne Wolf, Morgan Kaufmann 25 October, 2000

-“Hennessy & Patterson: Computer architecture, a quantitative approach (Morgan Kaufmann eds.)