BUS di sistema CPU RAM PERIFERICHE

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1 SOFTWARE E SISTEMA OPERATIVO

2 La macchina di von Neumann possiede tutti i componenti HW necessari per risolvere problemi...tuttavia è una macchina nuda con cui sarebbe virtualmente impossibile lavorare direttamente tuttavia l utente dovrebbe lavorare in binario ed interagire direttamente con l HW BUS di sistema CPU RAM PERIFERICHE

3 L utente di un computer non può interagire direttamente con l hardware perché: è troppo complesso da gestire offre dei servizi di livello estremamente basso richiede conoscenze estremamente specialistiche l architettura hardware può essere estremamente diversa da computer a computer Serve un aiuto che offra all utente gli strumenti per svolgere le operazioni necessarie e gestire le risorse a disposizione: SOFTWARE SISTEMA OPERATIVO

4 SOFTWARE programmi che consentono il funzionamento dell'hardware e l'elaborazione delle informazioni -Software di base: gestione funzioni elementari dell elaboratore = sistema operativo -Software applicativo: dedicato a particolari esigenze dell utente che riesce ad agire sull elaboratore solo con il tramite del software di base

5 Il SISTEMA OPERATIVO è un intermediario tra utente e HW che: - fornisce una visione ad alto livello del calcolatore che consente all utente un facile accesso alle risorse disponibili - previene danni accidentali o intenzionali all HW, ai programmi e ai dati - consente una gestione efficiente e sicura delle risorse un SOFTWARE che rende la macchina più semplice da usare Gestione semplice del disco Gestione di I/O (tastiera, schermo, etc.) Interprete di comandi

6 Il SISTEMA OPERATIVO Il Sistema Operativo è uno strato software che opera direttamente sull hardware isola dai dettagli dell architettura hardware fornisce un insieme di funzionalità di alto livello Gli obiettivi dell impiego del S.O. sono: Convenienza: rende l utilizzo del computer più semplice ed intuitivo Efficienza: permette di impiegare le risorse del sistema in maniera più efficiente (tempo, uso mmoria, ) Capacità di evoluzione: permette l introduzione di nuove funzionalità e/o il miglioramento delle risorse hardware senza interferire con il servizio svolto

7 Il SISTEMA OPERATIVO Il S.O. è un software indispensabile, è il primo ad essere eseguito all accensione del computer e resta sempre in RAM Esempi di S.O. diffusi: MS Windows 95, 98, NT, 2000, XP MacOS OS/2 Linux I software applicativi sono realizzati per essere eseguiti su un certo S.O.

8 Software Applicazioni Applicazioni Sistema Operativo Applicazioni È il livello di SW con cui interagisce l utente e comprende programmi quali : Compilatori Editori di testi Fogli elettronici Sistemi bancari Navigatori per Web.. Hardware Windows Unix/Linux Mac OS È il livello di SW che interagisce direttamente con l hw e che si occupa di una uso corretto ed efficiente delle risorse fisiche (processore, memorie, periferiche etc.)

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10 AVVIO DELL ELABORATORE Il sistema operativo viene mandato in esecuzione al momento dell'accensione del calcolatore. Questa fase prende il nome di bootstrap mediante il BIOS (Basic Input Output System). In questa fase una parte del sistema operativo viene caricata nella memoria principale.

11 AVVIO DELL ELABORATORE Il BIOS è un programma residente nell HW che viene raramente modificato S.O. è sempre attivo quando il computer è acceso (gestisce I/O, CPU, memoria) Se l utente esegue altri programmi, questi vengono eseguiti contemporaneamente al sistema operativo Firmware aggiornamento del sistema (ad esempio nuovo hardware) Clicca F5 all accensione del computer

12 FUNZIONI DEL SISTEMA OPERATIVO Sviluppo di programmi Esecuzione dei programmi Accesso ai dispositivi di I/O e di memoria di massa Accesso controllato ai file Accesso al sistema

13 SO e UNA BREVE STORIA 1 non esiste distinzione tra servizi e applicazioni (non c e sistema operativo) elaborazione seriale esecuzione comandata da console attraverso dispositivi molto semplici: display, interruttori, tastiera e stampante setup complesso: caricamento del compilatore, lettura del programma, compilazione, salvataggio del programma compilato su supporto esterno programmazione in linguaggio macchina

14 2 I job (programmi) venivano Trasferiti su schede perforate Caricati nel computer I risultati erano stampati 3 Sistemi batch i programmi vengono divisi in lotti di lavorazione che passano attraverso più fasi con supporti di memorizzazione intermedi veloci (nastri magnetici) Si ottimizzano i tempi, ma Soluzione usata in ambito scientifico ed ingegneristico

15 4 Sistemi multiprogrammati più programmi sono caricati in memoria contemporaneamente, e l elaborazione passa periodicamente dall uno all altro 5 Personal computer, workstation, sistemi distribuiti più elaboratori collegati in rete condividono risorse e distribuiscono potenza di calcolo

16 6 Sistemi operativi di rete (modello client server) le applicazioni e i dati sono distribuiti su uno o più server cui accedono macchine clienti che svolgono semplici funzioni di interazione (es. browser Web), o funzioni di calcolo delegando ai server la gestione dei dati 7 Gli aggiornamenti di un sistema operativo, o più in generale di un sw, vengono chiamati patch nel mondo Unix/Linux service pack nel mondo Windows update nel mondo MacOSX E servono anche per correggere errori!

17 Il SISTEMA OPERATIVO A causa della loro complessità i Sistemi Operativi sono di solito strutturati come una serie di livelli (architettura a buccia di cipolla) Ogni livello realizza un certo sottoinsieme di funzioni Ogni livello nasconde i meccanismi implementativi e offre un insieme ben definito di funzionalità ai livelli superiori

18 NUCLEO - GESTIONE DEI PROCESSI = Kernel Quando si scrive un comando (oppure si clicca sull icona di un programma), 1. il sistema operativo cerca il programma corrispondente sulla memoria secondaria 2. copia il programma in memoria principale 3. imposta il registro Program Counter con l indirizzo in memoria principale della prima istruzione del programma

19 NUCLEO - GESTIONE DEI PROCESSI Un solo utente può eseguire un solo programma alla volta Il programma viene lanciato, eseguito e quindi terminato Ma la CPU viene sfruttata al meglio? NO ESECUZIONE SEQUENZIALE ESECUZIONE MULTIPROGRAMMA (multitasking) La CPU è molto più veloce dei supporti di memoria secondaria e delle altre periferiche, e passa la maggior parte del suo tempo in attesa del completamento delle operazioni demandate a questi dispositivi Durante l attesa si dice che la CPU è in uno stato inattivo, detto idle

20 NUCLEO - GESTIONE DEI PROCESSI_ multiprogramma Quando la CPU è nello stato di idle la si può sfruttare per eseguire (parte di) un altro processo Quando un processo si ferma (per esempio in attesa di un dato dall utente) la CPU può passare ad eseguire le istruzioni di un altro processo Il sistema operativo si occupa dell alternanza tra i processi in esecuzione Più programmi sembrano essere eseguiti contemporaneamente - In realtà in esecuzione c è sempre un solo processo ma, se l alternanza è molto frequente, si ha un idea di simultaneità -Di solito è posto un limite al numero di processi contemporaneamente in esecuzione SCHEDULING

21 NUCLEO - GESTIONE DEI PROCESSI I due processi P1 P2 Dal punto di vista del processore P1 P2 sequenziale multitasking esec P1 esec P2

22 NUCLEO - GESTIONE DEI PROCESSI EFFETTI DELL ALTERNANZA L esecuzione di più processi sembra avvenire realmente in parallelo Più utenti possono usare allo stesso tempo il computer, perché la CPU viene assegnata periodicamente (per esempio ogni 10 o 100 millisec.) ai processi dei vari utenti All aumentare del numero di processi e del numero di utenti le prestazioni del sistema possono degradare

23 NUCLEO - GESTIONE DEI PROCESSI Multitasking (o multithread) la CPU viene suddivisa tra tutti i programmi (task) in esecuzione ( Time sharing o condivisione del tempo di CPU). Lo stesso vale per la memoria RAM (memoria di lavoro). Di conseguenza, se abbiamo più task, ognuno di essi ha meno risorse disponibili e gira più lentamente. A parte il calo di prestazioni, il multitasking è invisibile ( trasparente ) all utente.

24 GESTIONE DELLA MEMORIA

25 GESTIONE DELLA MEMORIA Il sistema operativo è responsabile delle seguenti attività riguardanti la gestione della memoria principale: 1 tenere traccia di quali parti della memoria sono usate e da chi 2 decidere quali processi caricare quando diventa disponibile spazio in memoria 3 allocare e deallocare lo spazio di memoria quando necessario E se la memoria non basta? Si può utilizzare la memoria virtuale una zona del disco fisso come espansione della memoria centrale usata come deposito temporaneo di informazioni contenute nella memoria centrale ma attualmente non utilizzate

26 GESTIONE DELLA MEMORIA La parte di disco fisso dedicata a questa funzione di memoria virtuale è detta area di Swap e non è accessibile da parte dell utente SWAPPING Il sistema operativo sceglie - quali parti della memoria centrale scaricare temporaneamente nell area di swap -quali parti dell area di swap riportare in memoria -Se la memoria non basta il file è suddiviso in pagine PAGING Gestione memoria = PAGING+ SWAPPING Il sistema operativo di volta in volta decide quali pagine scaricare dalla memoria centrale all area di swap e quali portare dall area di swap in memoria centrale

27 GESTIONE PERIFERICHE S.O. gestisce i dispositivi di (I/O) S.O. legge i dispositivi di input, ad esempio gli spostamenti del mouse o la pressione di tasti sulla keyboard. S.O. calcola l effetto delle azioni dell utente, ad esempio la nuova posizione del mouse. S.O. scrive sui dispositivi di output, ad esempio disegna la posizione del mouse sulla scheda video. DRIVER Non è possibile che S.O. conosca tutti i dispositivi in commercio. I produttori di un dispositivo HW, forniscono un programma, detto driver, che viene inserito nel S.O. quando il dispositivo viene aggiunto al sistema. Nel caso di S.O. plug n play, S.O. riconosce automaticamente il dispositivo e lo configura per funzionare al meglio. Di solito i produttori di HW forniscono periodicamente nuove versioni dell HW, migliorate rispetto alla precedente.

28 FILE SYSTEM: ORGANIZZAZIONE LOGICA DEI FILE Un file è una collezione di informazioni e deve avere un nome logico (è buona norma scegliere nomi significativi) Un file ha anche una estensione Esempi.doc.txt.html.jpg.gif Le estensioni sono importanti perchè di solito indicano il tipo del file (e danno informazioni sul programma applicativo in grado di manipolarlo)

29 FILE SYSTEM Mediante il file system il sistema operativo fornisce una visione astratta dei file su disco e permette all'utente di - identificare ogni file mediante il suo nome - operare sui file mediante opportune operazioni - effettuare l'accesso alle informazioni grazie ad operazioni di alto livello, che non tengono conto del tipo di memorizzazione (si deve accedere allo stesso modo ad un file memorizzato sul disco rigido oppure su un CD-ROM) L'utente deve avere la possibilità di strutturare i file, organizzandoli in sottoinsiemi secondo le loro caratteristiche, per avere una visione ordinata e strutturata delle informazioni sul disco In un sistema multi-utente, inoltre, l utente deve avere dei meccanismi per proteggere i propri file, ossia per impedire ad altri di leggerli, scriverli o cancellarli

30 FILE SYSTEM Un insieme di operazioni minimale, presente in tutti i sistemi, è il seguente 1. creazione di un file 2. cancellazione di un file 3. copia o spostamento di un file 4. visualizzazione del contenuto di un file 5. stampa di un file 6. modifica del contenuto di un file 7. rinomina di un file 8. visualizzazione delle caratteristiche di un file

31 FILE SYSTEM Il numero di file che devono essere memorizzati su un disco può essere molto elevato Si ha quindi la necessità di mantenere i file in una forma ordinata Un unico spazio ( contenitore ) di file è scomodo La scelta dei nomi diventa difficile poichè non è possibile avere due file con lo stesso nome nello stesso contenitore Le operazioni di ricerca dei file diventano onerose Organizzazione GERARCHICA dei file

32 FILE SYSTEM Organizzazione GERARCHICA dei file L'idea è quella di raggruppare i file in sottoinsiemi Questi sottoinsiemi di file vengono memorizzati all interno di contenitori dette cartelle (directory) I nomi dei file sono locali alle directory Il sistema operativo è responsabile delle seguenti attività riguardanti la gestione del file system Creazione e cancellazione di file Creazione e cancellazione di directory Manipolazione di file e directory Codifica del file system sulla memoria secondaria

33 FILE SYSTEM Foglie Radice Rappresentazione ad albero

34 FILE SYSTEM Laboratorio di rappresentazione del progetto Disegno e Rilievo Topografia Informatica Lezione 1 Lezione 2 Lezione 3 Lezione 4..

35 FILE SYSTEM Per memorizzare la posizione di un file: Pathname specificare l'intera sequenza di directory che lo contengono, a partire dalla radice dell'albero (pathname) C:\Users\andrea\Desktop\Lab_INFO_09_10 Pathname relativo In questo caso per individuare un file o una directory in modo univoco si deve specificare l'intera sequenza di directory che lo contengono, a partire dalla posizione corrente Lab_INFO_09_10 Se sono nella cartella Desktop

36 INTERPRETE COMANDI L interprete dei comandi è la parte più esterna del SO con la quale l utente interagisce Attraverso l interprete, l utente richiede un servizio al SO (esecuzione di un programma, copia di un file, ecc.) l utente inserisce un comando in accordo ad una certa sintassi l interprete riconosce il comando ed attiva una serie di funzioni dei livelli interni l esecuzione di tali funzioni di fatto porta al compimento del comando richiesto L interprete si presenta con un interfaccia di tipo alfanumerico (linea di comando) con un interfaccia di tipo grafico (GUI modalità grafica)

37 STILI DI INTERAZIONE - INTERFACCIA Storicamente, sono stati utilizzati diversi stili di interazione. Linea di comando (MSDOS, Unix, Linux) Modalità grafica (windows, mac)

38 INTERFACCIA A LINEA DI COMANDO Interfaccia basata su Linea di comando: MSDOS, Unix Centralità dei file in MSDOS; importanza dell estensione. Comandi per Copiare (copy) Muovere file (move) Cancellare file (delete) Visualizzare il contenuto delle cartelle (dir) Cambiare cartella (cd)

39 INTERFACCIA A LINEA DI COMANDO

40 INTERFACCIA GRAFICA GUI (graphic user interface) Interfaccia basata su manipolazione diretta: dettagli sintattici minimi, chi conosce oggetti e azioni del dominio impara l interfaccia facilmente. Scomporre iterativamente oggetti e azioni in maniera gerarchica. Creare, nell interfaccia, rappresentazioni metaforiche di oggetti e azioni. Evidenziare le azioni possibili, in modo che l utente possa decomporre i propri piani in sequenze di azioni. MacOS, Windows, Unix, Linux, ecc.

41 INTERFACCIA GRAFICA GUI (graphic user interface)

42 INTERFACCIA GRAFICA GUI (graphic user interface)

43 INTERFACCIA GRAFICA Benefici I neofiti imparano facilmente tramite dimostrazioni Gli esperti possono definire nuove funzioni Gli utenti intermittenti ricordano facilmente i concetti I messaggi di errore sono raramente necessari (Non errori di sintassi) Gli utenti possono vedere chiaramente il risultato delle azioni e cancellarle se controproducenti Ogni azione produce un effetto sia nel dominio del problema che in quello dell interfaccia

44 INTERFACCIA GRAFICA Problemi Per i non vedenti sono meglio le linee di comando. Dispositivi ad hoc per disabili. Necessita di spazio sullo schermo: gli utenti esperti possono preferire rappresentazioni diverse. Per gli utenti esperti, spostare le mani dalla tastiera richiede più tempo che digitare. Gli utenti devono imparare il significato di simboli e icone. Gli utenti possono interpretare in maniera scorretta la rappresentazione grafica, sovrastimando o sottostimando. Più dispensiosa a livello computazione (scheda video)

45 MACCHINA VIRTUALE Replicano macchine complete su cui possono girare più sistemi operativi diversi

46 TIPOLOGIE DI SISTEMI OPERATIVI I sistemi operativi sono categorizzati per: - tecnologie (Unix-like o altri tipo Windows); - per licenze (proprietari o open source); - tipologia di funzionamento (storicamente come il DOS o OS/2 oppure recentemente Linux o Windows); - applicazioni (generalmente tipo Linux, Windows); Multitasking (multiprogrammi) in grado di gestire più attività contemporaneamente Multiutente in grado di far lavorare più utenti contemporaneamente

47 ALCUNI SISTEMI OPERATIVI - MS-DOS interfaccia a caratteri - Windows 3.1 ambiente operativo con MS-DOS - Windows 95 - Più robusto rispetto ad errori dei predecessori - Supportava primi protocolli di rete - Interfaccia semplice - Plug and play per periferiche hardware - Supporto per nuove funzionalità della classe Pentium - Windows 98 - Interfaccia semplice - supporto per nuovi standard hardware: USB, AGP, DVD - FAT32 permetteva a HD maggiori di 2GB di essere formattati come unico drive - Prime connessioni senza fili IrDA - Possibilità utilizzo massimo 8 schermi multipli

48 ALCUNI SISTEMI OPERATIVI - Windows 2000 Permette integrazioni con altri sistemi Predisposizione per tecnologia web - Windows CE Versione ridotta per pen computer e palmtop Piena compatibilità con altri SO Windows - Windows experience - Versione 31 bit e 64 bit Evoluzione di Windows 2000, nuova interfaccia grafica Funzionalità sicurezza (Service Pack) e supporto USB2.0 Supporto wi-fi migliorato e bluetooth - Windows Vista Versione 32 bit e 64 bit GUI Graphical user interface Windows Aero Maggiore sicurezza contro virus e malware Registro di sistema migliorato Hot paching riduce numero di riavvii dopo installazioni Gestione ripartizione disco senza perdita dati esistenti

49 ALCUNI SISTEMI OPERATIVI - Mac OS X SO dei computer Apple Primo OS con interfaccia grafica e primo OS che prevedeva uso del mouse SO proprietario e software devono essere realizzati appositamente Dal 2005 adozione di CPU Intel Mac OS 10.5 Boot Camp dual boot anche con Windows XP e Vista Ultimo nato: Snow Leopard - Linux SO gratuito Open Source Nasce come emulatore di terminale Sfida intellettuale senza vincoli commerciali Meno esposto degli altri SO ai virus ed in genere ai malware informatici

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