Il Software... A.A Informatica 96

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1 Il Software... A.A Informatica 96

2 Il software L hardware non è direttamente utilizzabile Sono necessari dei programmi per far svolgere delle funzioni all insieme di circuiti Informatica 97

3 Il Software... Il Software costituisce l interfaccia tra l utente ed il calcolatore: SW HW L utente ha la percezione di una macchina virtuale in grado di interpretare istruzioni di alto livello Informatica 98

4 Il Software... Applicazioni Editor di testi Elaborazione immagini Posta elettronica Sistema Operativo Hardware Informatica 99

5 Il Sistema Operativo... È chiamato a realizzare due obiettivi fondamentali: Gestire l elaboratore e le sue periferiche; Creare un ambiente virtuale per facilitare l interazione utente-macchina. Informatica 100

6 Il Sistema Operativo... Il sistema operativo è organizzato a livelli; Ogni livello è chiamato ad assolvere un compito particolare; Ogni livello utilizza i livelli sottostanti Il livello più basso viene chiamato kernel (nucleo). Informatica 101

7 Struttura di un sistema operativo (semplificata) Interfaccia utente (es., finestre, menù, ecc.) Gestione memoria, processore, file, Kernel (interagisce direttamente con l'hardware) Informatica 102

8 Struttura a livelli I livelli più bassi Dipendono dal tipo di processore Sono scritti in linguaggio assembler, molto vicino al livello macchina I livelli più alti Sono indipendenti dal processore Sono scritti in linguaggi ad alto livello (tipicamente in C, C++ o Java) Riutilizzabili anche per altri tipi di processori Informatica 103

9 I compiti del S.O... Avvio dell elaboratore e creazione dell ambiente virtuale (bootstrap o boot); Gestione del processore e dei processi; Gestione della memoria: Principale; Secondaria; Virtuale. Gestione delle periferiche di I/0; Interazione con l utente. Informatica 104

10 L avvio del calcolatore... Il sistema operativo è il primo programma ad essere avviato nel calcolatore. La fase di caricamento viene chiamata bootstrap: Un serie di programmi e di dati vengono caricati in memoria. Una parte del sistema operativo è mantuenuta sempre in memoria principale. Informatica 105

11 La gestione dei processi... Un processo è un programma in esecuzione. Il SO ha il compito di: curare l esecuzione del programma; nel caso più programmi possano essere eseguiti contemporaneamente il SO si occupa di assegnare il processore, ciclicamente, ai vari processi. Informatica 106

12 Gestione della memoria... La memoria principale è essenziale: I programmi per essere eseguiti devono risiedere in memoria Lo stesso vale per i dati Il sistema operativo garantisce il corretto uso della memoria da parte dei processi Possiamo catalogare la memoria in due categorie: memoria reale memoria virtuale Informatica 107

13 Allocazione della memoria Il sistema operativo controlla che: Un processo non vada a scrivere nell area di memoria Di un altro processo Del sistema operativo stesso Alcune aree di memoria siano condivise fra processi che devono comunicare SO P1 P2 P3

14 Gestione degli errori Il sistema operativo deve bloccare gli accessi illegali alla memoria: Errori di programmazione Programmi maliziosi (virus) Informatica 109

15 Memoria virtuale Ogni processo ha una visione astratta della memoria Utilizzando il disco (swapping) si può dare l impressione di avere a disposizione più memoria di quella fisica swap = scambiare Informatica 110

16 Swapping Se la memoria fisica è terminata ed un processo P2 ha bisogno di memoria, il SO esegue lo swapping: salva su disco il contenuto della memoria di un processo P1 che al momento non è in esecuzione In questo modo si libera della memoria per P2 Quando P1 ritorna in esecuzione il SO ripristina il contenuto che avevamo salvato su disco e si salva su disco la memoria di P2 (swap = scambio) Informatica 111

17 Memoria virtuale Durante lo swap si accede al disco: si avrà un notevole rallentamento Caricare molti programmi richiederà molto swap se si dispone di poca memoria principale Consiglio: NON risparmiare sull acquisto della memoria RAM principale! Informatica 112

18 Gestione della Memoria Secondaria A.A Informatica 113

19 Il File System... La parte del S.O. che si occupa di gestire e strutturare le informazioni (in file) Il S.O., per mezzo del file system, consente all utente: Di avere una visione logica dei documenti memorizzati nei dischi; Di gestire i documenti memorizzati. Le informazioni (file), nei dispositivi di memoria secondaria, vengono memorizzate all interno di blocchi fisici: Tipicamente di 4k, 8k, 16k, 32k Un file di 1 byte occupa comunque un blocco Informatica 114

20 I File... Fornendo all utente una visione astratta dei documenti memorizzati, l utente ha la possibilità di: Identificare ogni file per mezzo di un nome logico; Strutturare i file organizzandoli per mezzo di una struttura gerarchica; Proteggere il contenuto dei file (utile in un sistema multi-utente) Etc... Informatica 115

21 La struttura gerarchica... Un unico spazio per contenere i file è scomodo I file possono essere raggruppati in sottoinsiemi (cartelle o directory) seguendo dei criteri di tipo logico Si forma una struttura ad albero basata sulle directory Una directory può contenere file e sotto-directory Informatica 116

22 Operazioni sui file... Il sistema operativo consente di eseguire le seguenti operazioni sui file: Creazione; Cancellazione; Copia; Lettura e Modifica; Ridenomina. Alcune operazioni dipendono dal tipo del file: Esecuzione (solo per i programmi) Visualizzazione (solo per i documenti) Informatica 117

23 Operazioni sulle directory... Sulle directory si possono eseguire tutte le operazioni che vengono eseguite su di un file ATTENZIONE: cancellare una directory comporta la cancellazione di tutte le sue sotto-directory e file! Inoltre, è possibile elencare il contenuto di una directory. Informatica 118

24 Controllo degli accessi In un sistema multi-utente, i file di un certo utente non sono visibili agli altri utenti dello stesso sistema L Amministratore (o super-utente) del sistema ha accesso indiscriminato a tutto È possibile permettere l accesso a certi file solo a certi utenti Informatica 119

25 Descrittore di file Ad ogni file il sistema operativo associa: Un nome La data di creazione ed ultima modifica La dimensione Il proprietario Descrizione delle protezioni Il file può essere scritto da certi utenti Il file può essere letto da certi utenti, ecc... Tipo di file Eseguibile Documento, ecc... Informatica 120

26 Frammentazione dei file F1 F1 F1 F1 F1 F2 F2 F2 F1 F1 F1 F3 F3 Dopo un po' i file tendono a non essere più memorizzati in blocchi contigui Informatica 121

27 Frammentazione dei file L operazione più lenta nell accesso al disco è lo spostamento radiale della testina Conviene che uno stesso file sia memorizzato su blocchi contigui (sulla stessa traccia) Con l andare del tempo i file tendono ad essere frammentati (sparsi sul disco) Alcune parti del disco rimangono inutilizzate Per leggere un intero file ci si deve spostare su parti non contigue del disco Ogni tanto si deve utilizzare un utility di deframmentazione che risistema i file (operazione che può richiedere qualche ora) Informatica 122

28 Gestione delle periferiche... Il S.O.: Fornisce all utente una visione astratta dei dispositivi e dei comandi per accedervi; Ottimizza l uso dei dispositivi allo scopo di ridurre il tempo di attesa. Informatica 123

29 Tipi di periferiche Semplici Tastiera Mouse Complesse (hanno un processore interno) Stampanti Schede video evolute Informatica 124

30 Dispositivi a controllo di programma Il S.O. copia/recupera i dati nella/dalla memoria interna del dispositivo Impartisce il comando al dispositivo Il dispositivo recupera/inserisce i dati dalla/nella sua memoria interna Avverte il S.O. che ha effettuato l operazione richiesta Informatica 125

31 Esempio (video), semplificato Il S.O. copia i dati da visualizzare dalla memoria centrale alla memoria del video Impartisce il comando di visualizzazione Il video Preleva i dati dalla propria memoria Visualizza i dati Avverte il S.O. che ha terminato la visualizzazione Informatica 126

32 Esempio (tastiera), semplificato Il S.O. È in attesa che vengano digitati dei dati da tastiera L utente digita qualcosa su tastiera I dati vengono inseriti nella memoria interna della tastiera La tastiera Si accorge che sono stati inseriti dati nella sua memoria Avverte il S.O. Il S.O. Preleva i dati dalla memoria della tastiera Inserisce i dati nella memoria centrale Informatica 127

33 Dispositivi in DMA Direct Memory Access Leggono e scrivono i dati direttamente in memoria centrale Es. i dischi di memoria secondaria L accesso al dispositivo è più veloce Informatica 128

34 Driver di dispositivo Software che sta nel mezzo fra il sistema operativo ed il dispositivo fisico È il programma che effettivamente dialoga col dispositivo Tipicamente scritto dal produttore del dispositivo per uno o più sistemi operativi Esempio: driver per la stampante Permette al S.O. ed ai programmi di astrarre dai dettagli di implementazione del dispositivo Se cambia il dispositivo, è sufficiente cambiare il driver Non c è bisogno di modificare il S.O. o i programmi Informatica 129

35 Firmware programma integrato direttamente in un componente elettronico avvia il componente lo fa interagire con altri componenti Di solito memorizzato in una ROM o flash Informatica 130

36 La programmazione ed i linguaggi di programmazione A.A Informatica 131

37 Differenti linguaggi... La descrizione del metodo per la risoluzione di un problema avviene per mezzo del linguaggio naturale. Il calcolatore è in grado di interpretare un linguaggio formale Linguaggio naturale e linguaggio formale sono tra loro estremamente diversi per: Numero di vocaboli; Regole grammaticali; Interpretazione. Informatica 132

38 La scelta del linguaggio... L utente: Il processore: Utilizza un linguaggio naturale (ambiguo) Interpreta i dati come concetti Utilizza un linguaggio rigoroso e non ambiguo I dati sono impulsi elettrici Informatica 133

39 I Linguaggi... Per facilitare la programmazione dei calcolatori occorre utilizzare strumenti che consentano di: Astrarre dalla reale organizzazione del calcolatore; Trattare in modo analogo calcolatori differenti ma con la stessa architettura; Semplificare l interazione tra utente e calcolatore; Utilizzare un linguaggio semplice e ad alto livello; Costruire una serie di strumenti applicativi per svolgere diversi compiti. Informatica 134

40 Come programmare Il processore riconosce solo sequenze di 0 e 1 Per programmare si dovrebbe impartire al processore comandi utilizzando sequenze binarie (incubo!) Una prima soluzione: Si scrive il programma usando un linguaggio assembler in cui le istruzioni si scrivono tramite caratteri Si utilizza un traduttore (assemblatore) che traduce il nostro programma in sequenze di 0 e 1 Informatica 135

41 Programma ed assemblatore LOAD 3568 R1 ADD R1 R2 STORE R JUMP 1000 assemblatore Informatica 136

42 Svantaggi dell'assembler Come linguaggio è comunque complicato (lontano dal linguaggio naturale ) Dipende fortemente dal processore Un programma scritto in assembler girerà soltanto su quel tipo di processore Se si vuole produrre lo stesso programma per un altro processore si deve riscrivere completamente! Informatica 137

43 Linguaggi ad alto livello Molto più semplici Simili al linguaggio naturale x := readline() if x < 0 then print( inserire numero positivo ) else y := log(x) Legge un numero da tastiera e lo memorizza in x Se il numero è negativo visualizza un errore Altrimenti calcola il logaritmo e lo memorizza in y Informatica 138

44 Compilatore (traduttore) Traduce un programma scritto in un linguaggio ad alto livello in codice macchina x := readline() if x < 0 then print else y := log(x) compilatore In realtà, spesso, il compilatore traduce in linguaggio assembler e poi delega la traduzione in codice macchina all'assembler. Informatica 139

45 Vantaggi Più semplice programmare Indipendente dal tipo di processore Se si vuole produrre lo stesso programma scritto nel linguaggio L per un altro tipo di processore P basta procurarsi un compilatore per L che generi codice macchina per P Il programma NON deve essere riscritto Informatica 140

46 Vantaggi Programma scritto in linguaggio L x := readline() if x < 0 then print else y := log(x) Compilatore L per Windows Compilatore L per Mac Informatica 141

47 Programmi x := readline() if x < 0 then print else y := log(x) compilatore File.exe Programma sorgente Programma eseguibile Informatica 142

48 Programmi Il compilatore traduce il programma sorgente in un programma eseguibile una volta per tutte All utente serve solo il programma eseguibile Il programma sorgente rimane al programmatore Informatica 143

49 Interprete Interpreta al volo un programma scritto in un linguaggio ad alto livello in codice macchina x := readline() if x < 0 then print else y := log(x) Interprete L Informatica 144

50 Programmi interpretati Non viene creato un eseguibile Il programma sorgente deve essere sempre a disposizione Ogni volta che viene eseguito il programma sorgente viene re-interpretato Informatica 145

51 Programmi interpretati Vantaggi Maggiore flessibilità Svantaggi Minore efficienza (tutte le volte è necessaria l interpretazione) Il programma sorgente è visibile a tutti e modificabile da tutti Alcuni linguaggi, per loro stessa natura, possono essere solo interpretati Informatica 146

52 Sorgenti ed Eseguibili In un linguaggio interpretato il programma sorgente è visibile a tutti e modificabile da tutti Un programma compilato (eseguibile) Teoricamente potrebbe essere modificato ma è difficile (sequenze di 0 e 1) È praticamente impossibile risalire al programma sorgente Informatica 147

53 Linguaggio Assembler Da utilizzare per scrivere le parti di programma che dipendono da un particolare processore Kernel di un sistema operativo Driver di dispositivi Per scrivere quelle parti di codice per cui si vuole maggiore efficienza Informatica 148

54 Linguaggi ad alto livello Fortran (metà degli anni 50) Principalmente per applicazioni di tipo scientifico Cobol (fine anni 50) Per applicazioni di tipo gestionale Pascal (inizio anni 70) Scopi didattici e scientifici C (metà anni 70) Fornisce anche istruzioni a basso livello per l interazione con l hardware Nato per scrivere il sistema operativo Unix Adatto alla scrittura di sistemi operativi e software di qualsiasi genere Informatica 149

55 Linguaggi ad alto livello C++ Java C# Per applicazioni web: Ruby PHP Python JavaScript... Informatica 150