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Agent and Object Technology Lab

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Università degli Studi di Parma

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Fondamenti di Informatica

Software di Base

Prof. Agostino Poggi

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LAB LAB Software di Base

Š Con software di base si intendono tre tipi di programma software:

ƒ Software per permettere l’esecuzione di programmi scritti in linguaggi ad alto livello

ƒ Software per gestione di tutte le componenti hardware e software di un calcolatore

ƒ Software per l’esecuzione delle principali operazioni richieste dagli utenti

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LAB LAB Esecuzione dei Programmi

Š L'esecuzione un programma scritto con un

linguaggio ad alto livello è preceduta dai seguenti passi:

1. Traduzione in linguaggio macchina

2. Collegamento con programmi di supporto (calcoli, comunicazione con periferiche, …)

3. Caricamento in memoria

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LAB LAB Esecuzione dei Programmi

Š Esistono due modi per eseguire i 3 passi menzionati:

ƒ In sequenza, attraverso i tre programmi detti:

• Compilatore

• Linker

• Loader

ƒ In sequenza per ogni istruzione del programma, attraverso un programma detto interprete

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LAB LAB Traduzione in Linguaggio Macchina

Š La traduzione di un programma scritto in un

linguaggio ad alto livello viene suddivisa in 2 passi:

ƒ Analisi (lessicale, grammaticale, contestuale)

ƒ Trasformazione del programma sorgente in codice oggetto

Š Il codice oggetto così formato non è eseguibile:

ƒ Può ancora contenere dei simboli irrisolti corrispondente a riferimenti esterni a programmi di servizio (accesso

alle periferiche, calcoli matematici, ...)

ƒ Contiene indirizzi relativi

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LAB LAB Linker e Loader

Š Il Linker serve per collegare diversi moduli oggetto

ƒ Sostituisce ai simboli irrisolti i riferimenti esterni

Š Il Loader serve per caricare in memoria un programma rilocabile

ƒ Nel caricamento vengono fissati tutti gli indirizzi relativi (variabili, salti, … )

ƒ Vengono caricati anche i programmi di supporto, se necessari

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LAB LAB Rilocazione

Š Esistono due tipi di rilocazione

ƒ Statica

ƒ Dinamica

Š Con la rilocazione statica, gli indirizzi logici sono trasformati in indirizzi assoluti

Š Con la rilocazione dinamica, gli indirizzi logici sono utilizzati dal programma in esecuzione

ƒ Il programma compilato deve gestire l’indirizzamento tramite un registro speciale chiamato registro base

ƒ Il registro base mantiene l’indirizzo assoluto della parte di memoria dove si trova il programma

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LAB LAB Il Sistema Operativo

Š Il sistema operativo è quel software che:

ƒ Viene avviato automaticamente all'accensione della macchina

ƒ Consente di acquisire le funzionalità indispensabili per poter interagire con l'utente ed eseguire gli altri

programmi

Š Il sistema operativo agisce come intermediario tra l’utente e l’hardware di un computer

Š Compiti principali del sistema operativo sono:

ƒ Semplificare l’utilizzo del calcolatore all’utente

ƒ Fornire un ambiente per eseguire programmi in modo conveniente ed efficiente

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LAB LAB Criteri di Classificazione

Š Funzionalità

ƒ Sistemi interattivi

ƒ Sistemi a lotti (o batch)

Š Tecniche di gestione delle risorse

ƒ Mono-programmazione

ƒ Multi-programmazione

ƒ Multi-elaborazione

Š Tipo di accesso fornito agli utenti:

ƒ Mono-utente

ƒ Multi-utente

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LAB LAB Uso di Diversi Sistemi Operativi

Š In un computer possono essere presenti più sistemi operativi

Š Questi sistemi operativi devono essere utilizzabili singolarmente

ƒ Un uso contemporaneo creerebbe un conflitto nella gestione delle risorse della macchina

Š Per poter installare più sistemi operativi è necessario:

ƒ Suddividere l'hard disk in sezioni separate (partizioni)

ƒ Assegnare a ognuna un sistema operativo

ƒ Caricare il sistema operativo dalla partizione desiderata

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LAB LAB Il Sistema Operativo

Š I programmi che costituiscono il sistema operativo sono:

ƒ Classificati rispetto alla loro funzionalità

ƒ Ordinati in base alla distanza dalla macchina

fisica

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LAB LAB Il Sistema Operativo

Software applicativo Interprete comandi Gestione dei file

Gestione delle periferiche Gestione della memoria Gestione dei processi Hardware

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LAB LAB Funzioni del Sistema Operativo

Š Il gestore dei processi (o nucleo) è responsabile

dell’esecuzione dei programmi da parte dell’unità di elaborazione

Š Il gestore della memoria ha la funzione di allocare la memoria e partizionarla tra i vari programmi

Š Il gestore delle periferiche è responsabile delle operazioni di ingresso/uscita che coinvolgono le periferiche

Š Il gestore dei file è responsabile della gestione dei file in memoria di massa

Š L’interprete comandi (o shell) consente all’utente di attivare i programmi

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LAB LAB Gestione dei Processi

Š Il sistema operativo ha la responsabilità di gestire l’esecuzione dei programmi

ƒ Un programma in esecuzione viene indicato con il nome di processo

ƒ Un processo durante la sua vita può essere in cinque stati:

• Nuovo (new)

• Attivo (running)

• In attesa (waiting)

• Pronto (ready)

• Terminato (terminated)

Š Il sistema operativo può permettere l’esecuzione

contemporanea di più programmi (multi-tasking)

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LAB LAB Gestione dei Processi

Š Il sistema operativo è responsabile delle gestione dei processi:

ƒ Crea e cancella i processi

ƒ Decide a quale processo assegnare la CPU

ƒ Sospende e riattiva i processi

ƒ Fornisce meccanismi per:

• La sincronizzazione dei processi

• La comunicazione fra i processi

• La comunicazione con le periferiche

• La gestione dei deadlock

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LAB LAB Gestione dei Processi

Š L’esecuzione non è parallela, ma in ogni istante un solo programma è in esecuzione:

ƒ Ciclicamente ad ogni programma viene assegnato un intervallo di tempo di esecuzione fissato (time-sharing)

ƒ Se il programma termina prima dello scadere dell’intervallo di tempo:

• viene avviato un nuovo intervallo ed eseguito un altro programma

ƒ Se il programma non termina alla scadenza

dell’intervallo o si blocca in attesa di una risorsa:

• il programma viene sospeso, viene avviato un nuovo intervallo ed eseguito un altro programma

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LAB LAB Vita di un Processo

attivo

pronto

In attesa Salva

stato

Ripristina stato

Fine Interruzione Inizio

Terminato nuovo

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LAB LAB Gestione della Memoria

Š Il sistema operativo deve poter gestire in modo efficiente il caso in cui lo spazio di memoria

occupato dai programmi in esecuzione è più grande della memoria primaria del calcolatore

ƒ Questo problema si può avere anche con un singolo programma in esecuzione

Š Questo è solo possibile se oltre alla memoria

primaria viene utilizzata dal sistema operativo

anche la memoria secondaria del calcolatore

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LAB LAB Gerarchia di Memoria

Cache

L2 Memoria

Principale

Memoria Secondaria CPU ^Cache_L1

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LAB LAB Gestione della Memoria

Š Il meccanismo di gestione della gerarchia di memoria si dice memoria virtuale

Š La memoria virtuale:

ƒ Sfrutta efficacemente la gerarchia

ƒ Rende il programma indipendente dalle dimensioni della memoria della macchina

ƒ Libera il programmatore dalla gestione dello spazio di memoria fisico

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LAB LAB Gestione della Memoria

Š Il funzionamento della memoria virtuale è il seguente:

ƒ La memoria è divisa in un insieme di pagine di uguale dimensione

ƒ Ad ogni programma in esecuzione viene assegnato un certo numero di pagine in memoria primaria

ƒ Quando l’istruzione da eseguire non è in memoria primaria (page fault)

• Una pagina della memoria primaria viene spostata in memoria secondaria

• La pagina che la contiene l’istruzione da eseguire viene trasferita in memoria primaria

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LAB LAB Gestione della Memoria

Š Due fattori che determinano l’efficienza del sistema operativo nella gestione di memoria virtuale sono:

ƒ La scelta delle pagine di ogni programma che inizialmente vengono inserite in memoria

• Principio di località

ƒ La scelta della pagina da rimuovere dalla memoria primaria

• Algoritmo First–In–First–Out (FIFO)

• Algoritmo Least–Recently–Used (LRU)

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LAB LAB Gestione della Memoria

3: Tl = 6, Ta = 10 4: Tl = 3, Ta = 8 5: Tl = 5, Ta = 11 6: Tl = 5, Ta = 7 7: Tl = 6, Ta = 9 2: Tl = 5, Ta = 7

8: Tl = 2, Ta = 11 1: Tl = 5, Ta = 6

9: Tl = 5, Ta = 7 10: Tl = 3, Ta = 9

FIFO LRU

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LAB LAB Gestione delle Periferiche

Š Il sistema operativo deve permettere l’interazione tra i programmi in esecuzione sul calcolatore e le sue periferiche

Š In particolare, il sistema operativo:

ƒ Permette di mascherare le caratteristiche hardware delle periferiche

ƒ Fornisce delle procedure ad alto livello che realizzano operazioni di input e output delle diverse periferiche del calcolatore

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LAB LAB Gestione delle Periferiche

Š La Gestione delle periferiche si basa su due elementi

ƒ Il BIOS

ƒ I driver

Š Il BIOS (Basic Input Output System) è uno strato di software utilizzato per standardizzare l'accesso ai diversi tipi di periferica

Š I driver sono delle schede hardware e dei

programmi software che permettono l’accesso ad

una specifica periferica

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LAB LAB ^BIOS

Š Il BIOS svolge anche la funzione di avvio di un computer

ƒ Svolge alcuni compiti di diagnostica

ƒ Inizializza l’hardware

• Controlla la memoria

• Verifica quali dispositivi sono collegati al computer

• Segnala eventuali condizioni di errore

ƒ Provvede ad effettuare il caricamento della parte iniziale (boot sector) del sistema operativo

ƒ Consente di modificare il setup del computer

• Data e ora

• Quantità di memoria utilizzata

• Numero e tipo delle unità a disco

• Velocità della tastiera

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LAB LAB Gestione delle Periferiche

Š In genere le periferiche:

ƒ Elaborano dati ad una velocità normalmente molto

inferiore rispetto alla capacità di elaborazione della CPU

ƒ Inviano dati verso la CPU in modo saltuario e imprevedibile

Š Il sistema operativo deve quindi disporre di un meccanismo che

ƒ Permetta di gestire una periferica mentre la CPU compie altre attività

ƒ Senza che la CPU debba interrogare continuamente le periferiche per sapere se sono pronte a ricevere o

inviare dei dati

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LAB LAB Interruzione

Š Le periferiche vengono gestite attraverso un meccanismo detto interruzione (interrupt)

ƒ Nel suo stato normale di elaborazione la CPU ignora ciò che avviene nelle periferiche

ƒ Nel momento in cui una periferica deve inviare o

ricevere dei dati viene attivata una linea del bus che arriva alla CPU che genera una interruzione

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LAB LAB Interruzione

Š Quando si genera una interruzione:

ƒ Il processo in esecuzione viene sospeso

ƒ Il suo stato viene salvato in modo tale che l’elaborazione possa riprendere poi esattamente dal punto in cui era stata interrotta

ƒ Il trasferimento dati da/verso la periferica viene eseguito

ƒ Il processo sospeso viene riattivato

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LAB LAB Gestione dei File

Š Tra i compiti più importanti del sistema operativo vi è la gestione delle informazioni delle memorie di massa organizzandole logicamente e facilitando le operazione su di esse

Š In particolare, il sistema operativo:

ƒ Organizza le informazioni delle memorie di massa

attraverso una struttura gerarchica (file system) basata su file e directory

ƒ Fornisce operazioni di alto livello per la gestione di file e directory

ƒ Protegge i dati da accessi esterni

ƒ Garantisce la condivisione sicura dei dati

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LAB LAB File System

Š Il file system permette all’utente di vedere la

memoria di massa come un unico contenitore di dati organizzati secondo una struttura ad albero

Š Gli elementi di tale albero sono:

ƒ Memorie di massa

ƒ Directory

ƒ File

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LAB LAB File System

Š Un calcolatore può avere diverse memorie di

massa (ad esempio, tre hard disk, un floppy disk, un CD-RW e un DVD)

Š Ogni memoria di massa è la radice di un sotto albero del file system del calcolatore

ƒ In un sistema operativo Windows alle diverse memorie di massa sono associate delle lettera identificative (A, B:

floppy disk, C: hard disk, D: CD-ROM, etc.)

Š Le directory rappresentano i nodi intermedi dell’albero

Š I file sono i nodi terminali dell’albero del file system

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LAB LAB File System

Root

A: C: D:

f1 f2 d1 f1 d1

f2 f1

d1 f1 f1

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LAB LAB ^File

Š Un file è l’unità elementare di memorizzazione dei dati in memoria di massa

ƒ Ogni volta che vogliamo scrivere qualcosa in memoria

• Creiamo un file

• Modifichiamo un file già esistente

ƒ Ogni volta che vogliamo leggere qualcosa dalla memoria, leggiamo uno o più file

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LAB LAB ^File

Š Ad ogni file sono associati:

ƒ Un nome

ƒ Un percorso (pathname)

ƒ Un tipo

ƒ Una dimensione

ƒ Delle protezioni

Š Il nome del file può avere un’estensione indicante il tipo del file

Š Ad esempio, in un sistema operativo Windows:

ƒ documento.doc

ƒ eseguibile.exe

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LAB LAB ^Directory

Š Una directory (cartella) è un contenitore logico che può contenere file ed altre directory

Š Una directory ha un nome che la contraddistingue dalle altre directory e dai file

ƒ Una directory non può contenere file e/o directory con lo stesso nome

ƒ Directory differenti possono contenere file e/o directory con lo stesso nome

Š Lo scopo principale delle directory è di catalogare i

file presenti nel dispositivo di memorizzazione

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LAB LAB Operazioni su File e Directory

Š Un file e una directory possono essere:

ƒ Creati

ƒ Rinominati

ƒ Cancellati

ƒ Copiati

ƒ Spostati

Š Il contenuto di un file può essere:

ƒ Visualizzato

ƒ Modificato

ƒ Eseguito

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LAB LAB Interprete di Comandi

Š L’interprete di comandi permette all’utente di eseguire programmi e funzioni del sistemi operativi:

1. Riceve il comando

2. Lo interpreta richiamando le funzioni opportune del sistema operativo

Š Esistono due modalità di interazione tra l’utente e l’interprete di comandi

ƒ Testuale

ƒ Grafica

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LAB LAB Interprete di Comandi

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LAB LAB Interprete di Comandi

Š Un sistema operativo multi-utente deve possedere un meccanismo per identificare gli utenti

ƒ La tecnica più usata è quella di attribuire a ciascun utente una login ed una password

Š Ad ogni utente

ƒ Può essere attribuito un costo per le risorse da lui usate

ƒ Si può restringere l’accesso al file system e alle risorse

ƒ È associato un proprio ambiente personalizzato

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LAB LAB Software Applicativo

Š Il calcolatore è diventato lo strumento principale non solo per le normali operazioni di ufficio, ma anche per gran parte delle altre attività umane

ƒ Scrivere un documento

ƒ Gestire la contabilità

ƒ Controllare le macchine di una catena di montaggio

Š Esistono diversi tipi di software applicativo

ƒ Software orizzontale: software di utilizzo generale

ƒ Software verticale: software per compiti diffuso in particolari settori

ƒ Applicazioni personalizzate: software scritto ad hoc per una determinata azienda o cliente

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LAB LAB Software Applicativo

Š Tra gli svariati tipi di software applicativi

“orizzontale” i più utilizzati comunemente sono

ƒ Programmi di videoscrittura (word processor)

ƒ Fogli elettronici

ƒ Programmi di presentazione

ƒ Programmi di grafica

ƒ Sistemi per la gestione dei database

ƒ Programmi gestionali

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LAB LAB Programmi di Videoscrittura

Š Un programma di videoscrittura permette di

scrivere, modificare, formattare, salvare su file e stampare un documento

Š Rispetto alla macchina da scrivere ha molti vantaggi

ƒ Separazione tra la fase di stesura e di stampa

ƒ Composizione di documenti copiando e incollando parti di testo

Š Gli editor più avanzati permettono di formattare un

documento (cioè di impaginare il testo, di usare

diversi tipi di caratteri, …) di includere immagini e

disegni, di controllare l’ortografia, …

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LAB LAB Fogli Elettronici

Š Un programma per la gestione di fogli elettronici ha lo scopo di fornire all’utente strumenti semplici e potenti per l’analisi dei dati

Š Un foglio elettronico è costituito da una matrice bidimensionale

Š In ogni cella della matrice è possibile inserire:

ƒ Dei valori numerici e testuali

ƒ Delle formule le cui variabili sono riferimenti a celle del foglio elettronico o di altri fogli elettronici

Š I fogli elettronici più avanzati permettono di

costruire delle rappresentazioni grafiche dei valori

nel foglio elettronico

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LAB LAB Programmi di Presentazione

Š Un programma di presentazione permette di

organizzare e presentare in pubblico informazioni multimediali attraverso la creazione di un file di presentazione

Š Un file di presentazione contiene un certo numero di pagine di presentazione (diapositive)

Š Ogni diapositiva può contenere: testo, immagini, grafici ed elementi multimediali (suoni, video)

Š Il contenuto di ogni diapositiva può essere

presentato dinamicamente attraverso degli

strumenti di animazione

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LAB LAB Programmi di Grafica

Š Un programma di grafica permette di creare disegni, presentazioni e modificare immagini

Š Utilizzano solitamente il mouse o strumenti simili (penna ottica, tavoletta grafica) per interagire con l’utente simulando il modo di disegnare su carta

Š Esistono due tipi principali di programmi di grafica:

ƒ I programmi di tipo “paint” permettono di lavorare a livello di singolo pixel; sono usati ad esempio per

ritoccare fotografie o disegnare immagini a mano libera

ƒ I programmi di tipo “draw” permettono di disegnare immagini come insiemi di linee, punti, cerchi, ellissi, poligoni (grafica vettoriale) e di effettuare rotazioni, ingrandimenti, cambiamenti di angolatura

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LAB LAB Sistemi per la Gestione

di Basi di Dati

Š Un sistema per la gestione di basi di dati (DBMS) è in programma che permette la creazione e il

mantenimento di grosse quantità di dati strutturati

Š Un DBMS ha il compito di:

ƒ Memorizzare i dati

ƒ Aggiornare i dati garantendo la consistenza, la riservatezza e l’integrità

ƒ Fornire un accesso ai dati attraverso interrogazioni ad alto livello

Š Trovano il loro utilizzo in molti parti della gestione

di un’azienda, dalla contabilità alla gestione del

personale, fino alla gestione del magazzino

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LAB LAB Programmi Gestionali

Š Un programma gestionale ha lo scopo di aiutare a gestire e mantenere le informazione e a preparare i documenti necessari all’attività di un’azienda

Š In particolare, un programma gestionale dovrebbe aiutare nelle seguenti attività:

ƒ Contabilità

ƒ Personale

ƒ Inventario

ƒ Magazzino

ƒ Ordini

ƒ Preventivi e fatture