+ Introduzione ai Calcolatori Elettronici

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A.A. 2013/2014

Introduzione ai Calcolatori

Elettronici

Domenica Sileo

Università degli Studi della Basilicata Aspetti Sistemistici

Il Sistema Operativo

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Sommario

n  Aspetti Sistemistici

n  Il Sistema Operativo (SO)

n  Architettura del SO

n  Una possibile classificazione

n  I vari tipi di Sistema Operativo

n  Programmi per la virtualizzazione dei S.O.

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Sommario 2

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Il Sistema Operativo

n  Con il termine sistema operativo si intende l’insieme di programmi e librerie che

opera direttamente sulla macchina fisica

n  mascherandone le caratteristiche specifiche

n  e fornendo agli utenti un insieme di funzionalità di alto livello

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Il Sistema Operativo (SO) 3

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Il Sistema Operativo (SO)

n  Uno degli scopi fondamentali del SO è la gestione efficiente delle risorse di un

sistema di calcolo,

n  intendendo per risorse il tempo di CPU, la memoria, i dispositivi di I/O etc.

n  Nella gestione delle risorse il SO deve

dirimere questioni relative alla conflittualità delle richieste sia da parte dei programmi che degli utenti mantenendo sempre alta

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Il Sistema Operativo (SO)

n  I primi SO erano molto semplici e la loro funzione si riduceva ad eseguire, in

sequenza, lotti (batch) di lavoro (job = insieme di lavori)

n  Considerazione: un singolo utente non

riesce a tenere costantemente impegnata la CPU

n  L’idea: far coesistere più lavori in memoria ottimizzando l’utilizzo della CPU

n  Nascono i SO batch multi-programmati

D. Sileo A.A 2013/2014

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Architettura del Sistema Operativo

n  Un moderno S.O. è organizzato secondo una architettura “a strati” (a cipolla)

n  Ogni strato implementa una macchina virtuale più potente della precedente

n  Appoggiandosi alle funzionalità offerte dallo strato precedente

n  Tale approccio permette una chiara separazione tra interfaccia e

implementazione delle diverse funzionalità

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Architettura del SO 6

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Architettura del Sistema Operativo

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Architettura del SO 7

Macchina fisica

Gestore dei processi (nucleo) Gestore della memoria

Gestore delle periferiche Gestore del file system Interprete dei

comandi Interfaccia grafica Programmi utente

Gestori di risorse (kernel)

Interfacce utente

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Il Kernel

n   Il Kernel contiene componenti software che eseguono

n  le funzioni di base del computer, il

coordinamento della memoria di massa,

n  la collocazione dei file tramite cartelle in strutture dette ad albero, come il file

manager

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il kernel 8

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Il Kernel

n  (cont.) è composto da una raccolta di driver di periferica, unità software che comunicano con i controller delle periferiche

n  Controller: strumento hardware che ha il

compito di comunicare il verificarsi di eventi esterni (dati disponibili, periferica libera, etc.)

n  Un ulteriore componente è il memory manager ,

n  che ha il compito di coordinare l’utilizzo della memoria principale del computer

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il kernel 9

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Il gestore dei processi

n   Si appoggia direttamente sulla macchina fisica ed effettua la gestione dei processi

n   In un sistema multitasking realizza una

macchina virtuale in cui ad ogni processo è assegnato un processore virtuale

n  Realizza le primitive di sincronizzazione e scambio messaggi tra processi

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore dei processi 10

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Il gestore dei processi

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Memoria centrale

Interfaccia delle periferiche Bus di sistema

Processore

virtuale Processore

virtuale Processore virtuale ...

Disco

n  La macchina virtuale realizzata dal nucleo

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore dei processi

Ad ogni processo è assegnato un processore

virtuale

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Il gestore della memoria

n   Il gestore della memoria realizza le

funzionalità di allocazione della memoria

n  Supera i limiti della memoria fisica e mostra ai processi uno spazio di memoria virtuale

n  Partiziona la memoria tra i vari processi che la richiedono

n  Garantendo la protezione delle diverse zone di memoria

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria 12

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Il gestore della memoria

n  La memoria centrale deve essere suddivisa tra i vari processi in competizione

n  Il sistema operativo deve quindi occuparsi del modo in cui i singoli programmi

occupano la memoria, in modo che ogni processo abbia l’illusione di una risorsa di memoria virtualmente infinita

n  Infatti la memoria centrale è deficitaria

rispetto alle esigenze del/i processo/i che vogliono andare in esecuzione

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Il gestore della memoria

n  (cont.) di conseguenza, il programma viene caricato un pò per volta sotto richiesta del processore di ulteriori istruzioni

n  In questo modo, gli utenti lavorano come se avessero in memoria centrale tutti i

programmi da loro richiesti

n  Vedendo una memoria molto più grande di quella reale, detta appunto, memoria

virtuale

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Il gestore della memoria

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n  La macchina virtuale realizzata dal gestore della memoria

Interfaccia delle periferiche Bus di sistema

Processore

virtuale ...

Disco

Processore

virtuale Processore virtuale Memoria

virtuale Memoria

virtuale ...

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria

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Il gestore delle periferiche

n  Maschera le caratteristiche fisiche delle periferiche

n  Fornisce agli strati superiori un insieme di procedure di alto livello per l’accesso alle diverse periferiche

n  Offre ad ogni processo la visibilità di un insieme di periferiche virtuali dedicate

n  Gestisce, almeno in parte, i

malfunzionamenti delle periferiche

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore delle periferiche 16

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Il gestore delle periferiche

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n  La macchina virtuale realizzata dal gestore delle periferiche

Interfaccia periferiche

virtuali

Bus di sistema Processore

virtuale

Disco Memoria

virtuale

Bus ...

virtuali

Processore virtuale Memoria

virtuale

Bus

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore delle periferiche

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Il gestore del file system

n  Il gestore del file system è responsabile della gestione delle periferiche di massa

n  Hard disk

n  CD / DVD

n  Pen driver

n  …

n  Fornisce agli strati superiori un insieme di procedure per l’accesso al file system

n  Garantisce la protezione nell’accesso ai file

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system 18

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Il gestore del file system

n  Le funzioni di base che sono supportate da un file system sono

n  Il recupero di dati precedentemente memorizzati

n  L’eliminazione di dati obsoleti

n  La modifica/aggiornamento di dati preesistenti

n  La copia di dati tra supporti di

memorizzazione diversi (ad es. da HD a CD) in cartelle diverse nello stesso supporto

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Il gestore del file system

n  I dati contenuti nella memoria di massa vengono strutturati e gestiti mediante una organizzazione in file e directory

(contenitore)

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Il gestore del file system

D:

Documenti Downloads

Incoming Temp

...

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Il gestore del file system

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n  La macchina virtuale realizzata dal gestore del file system

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system

virtuali

virtuale

Bus ...

File ... File

virtuali

virtuale

Bus

File ... File

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L’interfaccia

n  L’interfaccia consente l’interazione

dell’utente con il SO e con i programmi applicativi in esecuzione

n  Permette di accedere ai programmi presenti su memoria di massa e di mandarli in esecuzione allocando la

memoria necessaria e creando il processo relativo

D. Sileo A.A 2013/2014

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> L’interfaccia 23

Macchina fisica

Gestore dei processi (nucleo) Gestore della memoria

Gestore delle periferiche Gestore del file system Interprete dei

comandi Interfaccia grafica Programmi utente

Interfacce utente

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L’interfaccia

n   L’interprete comandi e l’interfaccia grafica

n  Costituiscono l’interfaccia verso l’utente

n  L’interazione dell’utente con il sistema operativo può avvenire tramite

n  La shell o prompt dei comandi (Es. Microsoft DOS)

n  O tramite le GUI (Graphical User Interface), icone, dialog, combobox etc.

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> L’interfaccia 24

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Una possibile classificazione

n   I moderni sistemi operativi possono essere classificati in sistemi monotask e multitask

n   Sistemi monotask

n  Permettono l’esecuzione di un solo

programma utente per volta (es. DOS)

n  L’elaboratore rimane a disposizione del programma dall’inizio alla fine

dell’esecuzione

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Una possibile classificazione 25

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Una possibile classificazione

n   Sistemi multitask

n  Permettono l’esecuzione di più programmi utente contemporaneamente

n  Classificazione ulteriore:

n  Multitasking cooperativo (Windows 3.1, MacOS)

n  Multitasking preemptive (Windows 95/98/NT, Unix)

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Una possibile classificazione 26

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Svantaggi dei sistemi

monoprocessore mono-tasking

n  Nessuna interazione utente-programma

n  Lentezza: la CPU non può essere usata da nessun processo mentre il programma in esecuzione svolge operazioni di I/O (molto più lente di letture/scritture in Memoria)

n  Esempio: DOS è un SO mono-tasking;

n  non si può fare niente altro mentre si formatta un floppy o si memorizzano dati su disco

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Svantaggi … 27

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Time sharing

n  La successiva evoluzione è quella del time sharing (partizione di tempo) o

multitasking che aggiungeva ai sistemi multiprogrammati a lotti la possibilità di interazione con l’utente durante la

lavorazione dei job

n  Nei sistemi time sharing la CPU viene

dedicata ciclicamente ad ogni processo in modo che ogni utente abbia l’impressione

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Time sharing 28

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Sistemi mono e multi-processore

n   Time sharing in sistemi mono-processore:

n  multi-tasking (più programmi in esecuzione con una sola CPU)

n  Sistemi multiprocessore:

n  le varie CPU possono lavorare

contemporaneamente su job diversi

n  ciascuna CPU opera in multi-tasking

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Sistemi mono … 29

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I Sistemi Operativi

n   MS-DOS (Disk Operating System)

n   MS-Windows (95, 98, 2000, XP, Vista, Seven, 8)

n   Unix (The Open Group)

n  Commerciali: Sun Solaris, IBM AIX, HP-UX,…

n  Linux

n  BSD (Berkeley Software Distribution)

n  Mac OS

n  Mac OS X 10.8

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi 30

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Il Prompt dei Comandi

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n  MS-DOS è l’acronimo di “Microsoft - Disk Operating System”

n  Il primo di una lunga serie di sistemi operativi della Microsoft

n  È un sistema operativo commercializzato dal giugno 1982 al 2001

n  Fino alla commercializzazione di Microsoft

Windows 95, MS-DOS è stato il sistema operativo per personal computer più diffuso al mondo

Software: Cenni sui SO >> I sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi

Approfondimento per CDL Scienze e Tecnologie Informatiche

>> Aspetti Sistemistici: Prompt dei Comandi

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Il Prompt dei Comandi

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n   L’MS-DOS è un sistema operativo monoutente e monotask

n   La digitazione dei comandi consente di eseguire attività senza utilizzare

l’interfaccia grafica di Windows

n  Viene generalmente utilizzato solo dagli utenti più esperti

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Il Prompt dei Comandi

33

n   Il termine prompt dei comandi è riferito

alla parentesi angolare chiusa ‘>’ che indica che l’interfaccia della riga di comando è

pronta per accettare comandi

n  Tutto ciò che è scritto prima del segno ‘>’

indica la directory corrente di lavoro

n  Per esempio C:\Documenti>

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Il Prompt dei Comandi

34

n  Per accedere alla linea di comando del

DOS o meglio alla finestra di Windows che contiene il prompt, occorre:

n  cliccare su “Start -> Esegui” e digitare cmd

n  oppure cliccare su “Start > Programmi >

Accessori > Prompt dei comandi”

n  Comando help per visualizzare un elenco di comandi comuni

Software: Cenni sui SO >> I Sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi

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Il percorso dei file

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n  Quando i comandi utilizzati intervengono su file o cartelle è necessario digitare per esteso il percorso di destinazione dopo il comando

n  Per esempio

n  Copy “C:\Documents and Settings\CorsoPP

\2011-2012\orarioLezioni.pdf” “C:\Documents and Settings\CorsoPP\2012-2013”

n  Suggerimento

n  trascinare con il mouse il file o la cartella in questione all’interno della finestra del prompt

dei comandi >> use copy

Software: Cenni sui SO >> I SO > Il Prompt dei Comandi > Il percorsi dei file

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Alcuni Comandi

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n  cd <nome_cartella>

n  Il comando cd permette di cambiare cartella

n  ATTENZIONE: cd .. e cd change directory

n  chdir <nome_cartella>

n  Il comando chdir cambia la directory corrente e ne visualizza il nome

n  copy (move)

n  permette la copia di file o gruppi di file

Software: Cenni sui SO >> I SO > Il Prompt dei Comandi > Alcuni comandi

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Alcuni Comandi

37

n   del <nome_file> (rd <nome_cartella>)

n  elimina uno o più file (directory)

n   dir

n  visualizza l’elenco dei file e delle sotto directory di una directory

n   Ipconfig

n  permette di conoscere il proprio indirizzo IP, quello del SUBNET MASK e del GATEWAY

n   Taskkill

n  sostituisce il Task Manager di Windows

Software: Cenni sui SO >> I SO >> Il Prompt dei Comandi >> Alcuni comandi

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I file batch

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n  Per creare un file batch:

n  avviare un editor di testo (ad esempio Blocco Note)

n  inserire i comandi nell’ordine in cui vogliamo siano eseguiti

n  salvare il file con nome con estensione .bat

n  lanciare lo script dal prompt dei comando

>> esempio stampa il contenuto di una cartella in un file di testo cd d:/Documenti/LaboratorioInformatica

Software: Cenni sui SO >> I SO >> Il Prompt dei Comandi >> I file batch

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Il SO Windows Vista/Seven

n  Successori di Microsoft Windows XP

n  Contiene molte nuove funzioni e diverse migliorie come ad esempio la nuova GUI (Graphical User Interface): Windows Aero

n  In primo piano la sicurezza del sistema

(Windows XP risultato troppo vulnerabile)

n  …Windows Seven successore di Vista

n  Nuovo Explorer (Risorse)

n  Interfaccia migliorata

n  Nuova gestione semplificata delle reti wireless

n  …

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Windows 39

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Il SO Windows 8

n  Successore di Microsoft Windows 7

n  tutto ciò che si può definire l’uso “tradizionale”

di Windows ora è dentro ad un’applicazione

n  Dalla Schermata Start si può lanciare

l’applicazione principale, o una specifica dopo averla aggiunta

n  Perde l’interfaccia Aero e guadagna quella

“ribbon” per Esplora Risorse

n  Anche il Task Manager (Gestione Attività) è

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Windows 40

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Il SO Ubuntu

n   È un sistema operativo libero e gratuito basato su GNU/Linux

n   Il termine ubuntu deriva da un antico vocabolo zulu (letteralmente: umanità) diffuso in varie

parti dell’Africa meridionale

n  Ubuntu è costruito sulle fondamenta

dell’architettura e dell’infrastruttura di Debian

n  http://www.debian.org/

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Ubuntu 41

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Ambiente grafico: Ubuntu

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Ubuntu 42

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Il SO MAC OS-X

n  MAC OS-X è l’ultima generazione di S.O. per i personal computer prodotti da Apple

n  Abbandonato il precedente sistema operativo Apple ha costruito la nuova generazione del proprio S.O. a partire da una variante di BSD, chiamata Darwin, che rimane open source

n  A questo nucleo, Apple ha aggiunto

componenti proprietari, dall’interfaccia grafica (Aqua) ad una suite di applicazioni e utilities

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Mac OS-X 43

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Il SO MAC OS-X

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Architettura MAC OS-X

Kernel,

gestori di risorse e servizi di base

GUI à

Applicazioni

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Mac OS-X

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Installare più sistemi operativi

n   La virtualizzazione consente di installare più sistemi operativi in un computer solo,

n  in modo che essi possano lavorare in modo

separato, come se fossero su computer diversi

n  Nella virtualizzazione di sistemi operativi, c’è

n  l’host: computer principale dove viene installato il programma di gestione e

n  il guest: sistema operativo che viene eseguito all’interno del programma di virtualizzazione

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >>Virtuali 45

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Installare più sistemi operativi

n   Il computer virtuale viene tutto racchiuso in un file che può essere di diversi tipi a seconda del programma usato per crearlo:

n  VMDK (VMWare), VHD (Microsoft) e HDD (Parallel), VDI (VirtualBox)

n  Un programma considerato leggero, veloce e nettamente più semplice da installare è

VirtualBox

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VirtualBox

n   Software di virtualizzazione della Sun Microsystems

n  È un emulatore di sistemi operativi

n   può essere eseguito su molte piattaforme come Windows, Linux e Mac

n   Si può scaricare dal sito:

n  http://www.virtualbox.org/wiki/Downloads

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VirtualBox

n   È distribuito in due versioni:

n  versione completa ma commerciale

n  versione ridotta distribuita secondo i termini della GNU General Public License

n   Esistono altri software di virtualizzazione:

n  Es: VM Ware Workstation

n  Es: Parallels Desktop 9 per Mac (non gratuito)

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Virtuali 48

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Sommario

n  Aspetti Sistemistici

n  Il Sistema Operativo (SO)

n  Architettura del SO

n  Una possibile classificazione

n  I vari tipi di Sistema Operativo

n  Programmi per la virtualizzazione dei S.O.

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Sommario 49

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Termini della Licenza

n 

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. To view a copy of this license, visit

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan

Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

n 

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