Conta le variabili distinte: la tabella di verità ha 2ⁿ righe, e la prima ha tutti i valori a 1.
Assegna a ogni sottoformula una colonna propria e compila le colonne dall’interno verso l’esterno.
Applica la regola di ogni connettivo: → vale 0 solo per 1 → 0, ↔ vale 1 quando i due lati coincidono.
Per le equivalenze, confronta riga per riga le colonne finali; per un argomento, guarda solo le righe in cui ogni premessa vale 1.
Per negare un enunciato quantificato, sposta ¬ verso l’interno, scambia ∀ e ∃ e nega la formula interna.
Logica digitale: porte, mappe K e flip-flop
Porte di base
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Regole booleane
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Ordine della mappa di Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Gruppo di 2ᵏ celle
perde k variabili
Multiplexer 4 a 1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flop
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Contatori
n bit: 2ⁿ stati; mod N: n minimo con 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Contatore asincrono (ripple)
fmax = 1/(n·tpd)
Contatori ad anello e Johnson
n e 2n stati
Metodo
Per un circuito, procedi dagli ingressi all’uscita una porta alla volta e scrivi il valore su ogni filo, oppure scrivi la sua espressione e compila la tabella di verità.
Per la semplificazione, riporta gli 1 (e le condizioni di indifferenza come X) in una mappa di Karnaugh con righe e colonne in codice Gray: 00, 01, 11, 10.
Copri gli 1 con il minor numero possibile di gruppi, i più grandi possibile, di 1, 2, 4, 8 o 16 celle, richiudendoli sui bordi; ogni gruppo è un termine prodotto formato dalle variabili che restano costanti. Raggruppa gli 0 per la forma POS.
Per flip-flop e contatori, leggi gli ingressi a ogni fronte attivo del clock, scrivi lo stato dopo ogni fronte e ricorda che un contatore a n bit ricomincia da capo dopo 2ⁿ stati.
Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Divisione con resto
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclide
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Minimo comune multiplo
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Inversa
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Congruenza lineare
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Funzione φ di Eulero
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
Fermat
aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA
n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n
Metodo
Riduci prima ogni numero modulo n; i resti sono compresi tra 0 e n − 1.
Per un MCD, dividi ripetutamente con l’algoritmo di Euclide; l’ultimo resto diverso da zero è il MCD.
Per un inverso, esegui l’algoritmo esteso e tieni il coefficiente di a; aggiungi n se è negativo.
Risolvi a·x ≡ b moltiplicando per a⁻¹; combina due congruenze scrivendo x = r₁ + m₁k.
Per le potenze, scrivi l’esponente in binario ed eleva al quadrato ripetutamente; in RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) con φ(n) = (p − 1)(q − 1).
Teoria dei grafi
Lemma delle strette di mano
Σ deg(v) = 2|E|
Grafi completi
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regolare
|E| = n·k/2
Albero e foresta
|E| = n − 1, |E| = n − c
Foglie di un albero
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Eulero
circuito: tutti i gradi pari; cammino: esattamente 2 gradi dispari
Cicli hamiltoniani in Kn
(n − 1)!/2
Aggiornamento di Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Cammini di lunghezza L
(Mᴸ)ij
Metodo
Scrivi il grado di ogni vertice; la somma dei gradi è il doppio del numero di lati.
Nelle domande su Eulero, verifica che il grafo sia connesso e conta i vertici di grado dispari.
Per gli alberi, usa n − 1 lati e il lemma delle strette di mano.
Per Dijkstra, tieni una tabella delle distanze provvisorie e a ogni passo fissa il vertice non ancora fissato con la distanza minima.
Per un albero di copertura minimo, ordina i lati per peso e salta ogni lato che chiude un ciclo (Kruskal), oppure fai crescere un solo albero a partire da un vertice iniziale (Prim).
Sottoreti IPv4
Host per sottorete
2(32 − prefix) − 2 (/31: 2, /32: 1)
Dimensione del blocco
256 − (mask octet)
Indirizzo di rete
IP AND maschera
Indirizzo di broadcast
IP OR (NOT maschera): tutti i bit di host a 1
Sottoreti da n bit presi in prestito
2n
2Esercizi
1.Sistemi di numerazioneMedia
Imposta i bit in modo che memorizzino −118 in complemento a due a 8 bit. Letto come numero senza segno, qual è il valore U dello schema?
N = −1188 bit
U =
2.Sistemi di numerazioneDifficile
Imposta i bit sul risultato a 8 bit di 1100 1111 << 1. Qual è il valore R del risultato in decimale?
1100 1111<< 1
R =
3.Logica proposizionale e dimostrazioniMedia
Vuoi dimostrare ¬q → r per assurdo. Quale enunciato assumi all’inizio? Clicca su di esso.
¬q → r
1¬q ∧ ¬r
2¬¬q ∧ r
3¬¬q ∧ ¬r
4¬¬q → ¬r
4.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
Quale enunciato è equivalente a ¬∃x (P(x) ∧ Q(x)), con la negazione spostata fino in fondo all’interno? Clicca su di esso.
¬∃x (P(x) ∧ Q(x))
1∀x (¬P(x) ∧ ¬Q(x))
2∃x (P(x) → ¬Q(x))
3∀x (P(x) ∧ ¬Q(x))
4∀x (P(x) → ¬Q(x))
5.Logica digitale: porte, mappe K e flip-flopMedia
Usa la mappa di Karnaugh per trovare la forma minima a somma di prodotti (SOP) di F(A, B, C) = Σm(1, 2, 6). Quanti termini prodotto N ha?
F(A, B, C) = Σm(1, 2, 6)
N =
6.Logica digitale: porte, mappe K e flip-flopDifficile
Un clock da 1 kHz pilota un contatore modulo 100. Trova la frequenza fout della sua uscita più significativa, che completa un ciclo per ogni ciclo di conteggio.
fclk = 1 kHzN = 100
fout = kHz
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulareMedia
Trova la funzione φ di Eulero φ(54), il numero di interi da 1 a 54 coprimi con 54.
n = 54 = 2·33
φ(54) =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
Usa il quadrato ripetuto per trovare 37127 mod 68.
a = 37k = 127n = 68
37127 mod 68 =
9.Algoritmi e complessitàMedia
Qual è la soluzione della ricorrenza T(n) = 2T(n − 1) + O(1)?
AO(2ⁿ)
BO(n²)
CO(n log n)
DO(n)
10.Algoritmi e complessitàDifficile
Il problema della fermata dimostra che:
ANessun algoritmo può decidere, per ogni programma e ogni input, se il programma si ferma
BOgni programma prima o poi si ferma
CI cicli andrebbero evitati
DAlcuni programmi girano più velocemente su computer più veloci, quindi la terminazione dipende dall'hardware
11.Strutture datiMedia
Che cosa succede quando una tabella hash esegue il rehashing dopo che il fattore di carico ha superato una soglia?
ASi alloca una tabella più grande e ogni chiave viene reinserita
BLe chiavi esistenti vengono ordinate sul posto
CLe chiavi più vecchie vengono eliminate per fare spazio
DSolo le chiavi in collisione vengono spostate in una nuova lista di overflow in fondo alla tabella
12.Strutture datiDifficile
Quale garanzia danno le regole degli alberi rosso-neri sull'altezza di un albero con n chiavi?
AL'altezza è al massimo n / 2
BL'altezza è esattamente log2 n
CL'altezza è al massimo 2 log2(n + 1)
DL'altezza è al massimo log2 n + 1
13.Teoria dei grafiMedia
Quanti cicli hamiltoniani diversi H ha il grafo completo K7? I cicli che differiscono solo per il vertice iniziale o per il verso contano come lo stesso.
K7
H =
14.Teoria dei grafiDifficile
Usa l’algoritmo di Dijkstra per trovare la lunghezza d(F) del cammino minimo da A a F nel grafo pesato.
partenza: Aarrivo: F
d(F) =
15.Basi di dati e SQLMedia
Perché SELECT price * 2 AS double_price FROM t WHERE double_price > 10 fallisce nella maggior parte dei database?
AL'aritmetica non è ammessa nell'elenco della SELECT
BWHERE viene valutata prima dell'elenco della SELECT, quindi l'alias non esiste ancora
CWHERE può confrontare solo colonne di testo
DGli alias non possono contenere un trattino basso
16.Basi di dati e SQLDifficile
Perché SELECT dept, name, COUNT(*) FROM emp GROUP BY dept non è valida nello standard SQL?
Adept deve comparire dentro una funzione di aggregazione
BGROUP BY deve elencare tutte le colonne della tabella
Cname non è né raggruppato né aggregato, quindi non ha un unico valore per gruppo
DCOUNT(*) non si può usare insieme a GROUP BY
17.Reti di calcolatoriMedia
Quale intervallo di numeri di porta TCP/UDP è riservato alle porte «well-known»?
A49152–65535
B0–65535
C0–1023
D1024–49151
18.Reti di calcolatoriDifficile
Un percorso ha una larghezza di banda di 100 Mbit/s e un tempo di andata e ritorno di 40 ms. Quanti dati devono essere in transito per sfruttarlo appieno?
A50 kB
B2,5 MB
C500 kB
D4 kB
19.Sottoreti IPv4Media
Una sottorete usa la maschera 255.255.252.0. Quanti indirizzi host utilizzabili H ha?
255.255.252.0
H =
20.Sottoreti IPv4Difficile
Un router ha route verso queste reti: 10.173.153.0/24, 10.173.154.0/24. Qual è la lunghezza di prefisso massima p di un’unica route di riepilogo che le copra tutte?
10.173.153.0/24 … 10.173.154.0/24
p =
3Soluzioni
1.Sistemi di numerazione
Risposta: U = 138
Impostare i bit: ogni bit vale una potenza di due (128, 64, …, 1). Una cifra esadecimale è esattamente quattro bit, e nel complemento a due a 8 bit il bit più a sinistra vale −128. Le operazioni bit a bit lavorano su ogni posizione di bit separatamente.
Inverti e aggiungi uno
118 = 0111 0110
invertito: 1000 1001
+1 → 1000 1010
Leggilo senza segno
1000 1010₂ = 256 − 118 = 138
Risposta
U = 138
2.Sistemi di numerazione
Risposta: R = 158
Impostare i bit: ogni bit vale una potenza di due (128, 64, …, 1). Una cifra esadecimale è esattamente quattro bit, e nel complemento a due a 8 bit il bit più a sinistra vale −128. Le operazioni bit a bit lavorano su ogni posizione di bit separatamente.
Bit per bit
Scorrere a sinistra di 1 sposta ogni bit di 1 posizioni verso sinistra; i bit che escono dall’estremità sinistra sono persi ed entrano zeri a destra.
1100 1111 << 1
= 1001 1110
Valore del risultato
1001 1110₂ = 158
Risposta
R = 158
3.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ¬q ∧ ¬r
Equivalenza logica: due formule sono equivalenti (≡) quando hanno lo stesso valore in ogni riga della tabella di verità. Una tautologia vale 1 in ogni riga, una contraddizione vale 0 in ogni riga, e una contingenza non è né l’una né l’altra. Leggi utili: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b e ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (contronominale); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; e le leggi distributive, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Parti dell’implicazione
a = ¬q, b = r
Negazione dell’implicazione
¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = ¬q ∧ ¬r
Risposta
¬q ∧ ¬r
Se l’ipotesi porta a una contraddizione, l’implicazione deve essere vera.
4.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ∀x (P(x) → ¬Q(x))
Quantificatori e argomenti: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) e ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Sposta una negazione verso l’interno, scambia ogni quantificatore che attraversa e nega la formula interna con le leggi proposizionali, come ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Un argomento è valido quando la conclusione vale 1 in ogni riga in cui tutte le premesse valgono 1. Una sola riga con premesse vere e conclusione falsa è un controesempio e mostra che l’argomento non è valido.
Sposta la negazione verso l’interno
¬∃x (P(x) ∧ Q(x)) ≡ ∀x (P(x) → ¬Q(x))
Risposta
∀x (P(x) → ¬Q(x))
Le altre opzioni lasciano invariato un quantificatore, cambiano l’ordine dei quantificatori oppure negano in modo errato la formula interna.
5.Logica digitale: porte, mappe K e flip-flop
Risposta: N = 2
Mappe di Karnaugh: le celle sono ordinate in codice Gray (00, 01, 11, 10), quindi le celle vicine, comprese quelle attraverso i bordi, differiscono per esattamente una variabile. Raggruppa gli 1 in rettangoli di 1, 2, 4, 8 o 16 celle, i più grandi e il meno numerosi possibile, finché ogni 1 non è coperto. Ogni gruppo è un termine prodotto: le variabili che restano costanti al suo interno. Un gruppo di 2ᵏ celle perde k variabili. Le condizioni di indifferenza (X) possono servire a ingrandire i gruppi ma non devono mai essere coperte. Raggruppando invece gli 0 si ottiene la forma POS minima.
Raggruppa gli 1
Ogni gruppo è un rettangolo di 2ᵏ celle; le celle di bordo sono vicine alle celle del bordo opposto.
BC′
A′B′C
Forma SOP minima
F = BC′ + A′B′C
N = 2
Risposta
N = 2
6.Logica digitale: porte, mappe K e flip-flop
Risposta: fout = 0,01 kHz
Flip-flop e contatori: un flip-flop cambia solo sul fronte attivo del clock. D copia il suo ingresso (Q⁺ = D); T commuta quando T = 1; JK mantiene per 00, azzera per 01, imposta a 1 per 10 e commuta per 11. Un contatore binario a n bit ha 2ⁿ stati e conta modulo 2ⁿ; un contatore modulo N conta 0, 1, …, N − 1 e torna a 0, e richiede il minimo n con 2ⁿ ≥ N flip-flop. Ogni stadio di un contatore asincrono (ripple) dimezza la frequenza, quindi l’ultima uscita di un contatore modulo N ha frequenza fclk/N. Un contatore Johnson di n flip-flop ha 2n stati, un contatore ad anello n.
Divisione di frequenza
fout = 1 kHz / 100 = 0,01 kHz
Risposta
fout = 0,01 kHz
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: φ(54) = 18
Inversi e congruenze: a ha un inverso modulo n esattamente quando MCD(a, n) = 1. L’algoritmo di Euclide esteso scrive 1 = s·n + t·a, e allora a⁻¹ ≡ t (mod n). Una congruenza a·x ≡ b (mod n) con MCD(a, n) = 1 ha la soluzione x ≡ a⁻¹·b. Due congruenze x ≡ r₁ (mod m₁) e x ≡ r₂ (mod m₂) con moduli coprimi hanno una soluzione modulo m₁·m₂ (teorema cinese del resto). La φ di Eulero φ(n) conta i numeri da 1 a n coprimi con n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Fattori primi
54 = 2·33
Funzione φ
φ(54) = φ(27)·φ(2) = 18·1 = 18
Risposta
φ(54) = 18
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: 37127 mod 68 = 57
Potenze modulari e RSA: calcola aᵏ mod n con il quadrato ripetuto: scrivi k in binario, eleva al quadrato, riduci a ogni passaggio e moltiplica le potenze il cui bit è 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) per un primo p che non divide a, quindi l’esponente si può ridurre modulo p − 1. RSA: scegli i primi p e q, n = p·q e φ(n) = (p − 1)(q − 1); l’esponente pubblico e è coprimo con φ(n), e l’esponente privato è d = e⁻¹ mod φ(n). Cifra con c = mᵉ mod n e decifra con m = cᵈ mod n.
Esponente binario
127 = 11111112 = 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1
Quadrato ripetuto
371 ≡ 37 (mod 68)
372 ≡ 9 (mod 68)
374 ≡ 13 (mod 68)
378 ≡ 33 (mod 68)
3716 ≡ 1 (mod 68)
3732 ≡ 1 (mod 68)
3764 ≡ 1 (mod 68)
Moltiplica le potenze necessarie
37127 ≡ 37·9·13·33·1·1·1 ≡ 57 (mod 68)
Risposta
37127 mod 68 = 57
9.Algoritmi e complessità
Risposta: A · O(2ⁿ)
Perché è questa la risposta
Il numero di chiamate raddoppia a ogni livello e ci sono n livelli, quindi il totale è circa 2ⁿ, come nella Torre di Hanoi.
Risposta
A · O(2ⁿ)
10.Algoritmi e complessità
Risposta: A · Nessun algoritmo può decidere, per ogni programma e ogni input, se il programma si ferma
Perché è questa la risposta
Turing dimostrò che il problema della fermata è indecidibile: supporre che esista un decisore porta a una contraddizione con un programma che fa l'opposto.
Risposta
A · Nessun algoritmo può decidere, per ogni programma e ogni input, se il programma si ferma
11.Strutture dati
Risposta: A · Si alloca una tabella più grande e ogni chiave viene reinserita
Perché è questa la risposta
Poiché l'indice si calcola modulo la dimensione della tabella, tutte le chiavi devono essere ridistribuite nella nuova tabella più grande; raddoppiando la dimensione il costo resta O(1) ammortizzato.
Risposta
A · Si alloca una tabella più grande e ogni chiave viene reinserita
12.Strutture dati
Risposta: C · L'altezza è al massimo 2 log2(n + 1)
Perché è questa la risposta
Ogni cammino ha lo stesso numero di nodi neri e i nodi rossi non possono essere adiacenti, quindi il cammino più lungo è al massimo il doppio del più corto, il che dà un'altezza O(log n).
Risposta
C · L'altezza è al massimo 2 log2(n + 1)
13.Teoria dei grafi
Risposta: H = 360
Eulero, Hamilton e alberi: un grafo connesso ha un circuito euleriano (ogni lato una volta, di nuovo al punto di partenza) quando ogni vertice ha grado pari, e un cammino euleriano che non è un circuito quando esattamente due vertici hanno grado dispari; il cammino va allora da un vertice dispari all’altro. Un ciclo hamiltoniano visita ogni vertice una volta; Kn ne ha (n − 1)!/2. Un albero con n vertici ha n − 1 lati, e un grafo connesso con m lati mantiene un albero di copertura dopo aver tolto m − n + 1 lati.
Conta
H = (7 − 1)!/2 = 720/2 = 360
Risposta
H = 360
14.Teoria dei grafi
Risposta: d(F) = 17
Cammini minimi e alberi di copertura: l’algoritmo di Dijkstra fissa un vertice per passo: il vertice non fissato con la distanza provvisoria minima. La sua distanza è allora definitiva, e ogni vertice adiacente v riceve d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). L’algoritmo di Kruskal costruisce un albero di copertura minimo prendendo i lati dal più leggero al più pesante e saltando ogni lato che chiuderebbe un ciclo; l’algoritmo di Prim fa crescere un solo albero da un vertice iniziale aggiungendo sempre il lato più leggero che ne esce. Un albero di copertura di n vertici ha n − 1 lati.
Dijkstra passo per passo
Ogni riga: il vertice fissato, la sua distanza definitiva e i vertici adiacenti la cui distanza migliora.
A (0): B: 6
B (6): C: 17, D: 9
D (9): E: 22, F: 17, G: 22
C (17)
F (17)
E (22)
G (22)
Cammino minimo
A → B → D → F
d(F) = 17
Risposta
d(F) = 17
15.Basi di dati e SQL
Risposta: B · WHERE viene valutata prima dell'elenco della SELECT, quindi l'alias non esiste ancora
Perché è questa la risposta
Logicamente FROM e WHERE vengono eseguite prima di SELECT, quindi bisogna ripetere l'espressione nella WHERE o usare una subquery; ORDER BY può usare l'alias perché viene eseguita dopo SELECT.
Risposta
B · WHERE viene valutata prima dell'elenco della SELECT, quindi l'alias non esiste ancora
16.Basi di dati e SQL
Risposta: C · name non è né raggruppato né aggregato, quindi non ha un unico valore per gruppo
Perché è questa la risposta
Ogni colonna dell'elenco della SELECT deve essere nel GROUP BY o dentro un aggregato (oppure dipendere funzionalmente dalle colonne di raggruppamento); altrimenti il valore è ambiguo.
Risposta
C · name non è né raggruppato né aggregato, quindi non ha un unico valore per gruppo
17.Reti di calcolatori
Risposta: C · 0–1023
Perché è questa la risposta
Le porte 0–1023 sono porte well-known per i servizi standard. 1024–49151 sono porte registrate e 49152–65535 porte dinamiche o private.
Risposta
C · 0–1023
18.Reti di calcolatori
Risposta: C · 500 kB
Perché è questa la risposta
Il prodotto banda-ritardo è 100 × 10⁶ bit/s × 0,04 s = 4 × 10⁶ bit = 500 kB. La finestra del mittente deve essere almeno così grande.
Risposta
C · 500 kB
19.Sottoreti IPv4
Risposta: H = 1022
IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).
Lunghezza del prefisso
255.255.252.0 = /22
Host utilizzabili
210 − 2 = 1022
Risposta
H = 1022
20.Sottoreti IPv4
Risposta: p = 22
Riepilogo delle route (summarization): una route di riepilogo a.b.c.0/p copre tutte le reti i cui primi p bit coincidono. Scrivi in binario l’ottetto che differisce tra la prima e l’ultima rete; il numero di bit iniziali comuni, più i bit degli ottetti precedenti, è il prefisso di riepilogo più lungo.
Confronta i bit
153 = 10011001
154 = 10011010
bit iniziali comuni: 6
Lunghezza del prefisso
p = 16 + 6 = 22
Risposta
p = /22
Route di riepilogo: 10.173.152.0/22 (copre anche 2 rete/i che non sono nell’elenco).