Il sistema operativo. Cultura Tecnologica di Progetto - Patente Informatica Andrea Massioli,, Davide Affaticati

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1 Il sistema operativo Cultura Tecnologica di Progetto - Patente Informatica aa Andrea Massioli,, Davide Affaticati

2 Hardware e Software La prima fondamentale distinzione che si deve fare nel modo dei computer riguarda l hardware e il software. L hardware è tutto quanto c è di fisico e tangibile nel computer, a partire dal case, dal monitor, dalla tastiera fino ad arrivare alla scheda madre ed ai banchi di memoria. Un software è quanto serve per gestire la macchina. Un hardware senza software è soltanto un insieme di ferro, plastica e silicio, ben poco interessante per chi con un computer vuole eseguire dei conti o memorizzare delle informazioni. Tutti i computer condividono la stessa architettura di base: tutti hanno una memoria, una unità aritmetico logica, una unità di controllo ed i device input/output. L astrazione presentata da John Von Neumann organizza i computer proprio suddividendoli in queste quattro parti principali. Massioli, Affaticati 2

3 Modellazione dell hardware MEMORIA utente Central Arithmetical unit Central control unit Dispositivi di I/O CENTRAL ARITHMETICAL UNIT: fornisce le operazioni aritmetiche base CENTRAL CONTROL UNIT: controlla la sequenza delle operazioni e fa sì che le singole unità possano realizzare insieme il compito programmato nel sistema LA MEMORIA: deve immagazzinare i dati ed il codice delle istruzioni UNITA I/O: sono l interfaccia tra computer ed utente. Massioli, Affaticati 3

4 Massioli, Affaticati 4 Sotfware: : di sistema e applicativo Di sistema: controlla il comportamento del sistema stesso (il più importante dei software di sistema è il sistema operativo, che controlla le risorse del sistema efornisce la base su cui costruire tutti gli altri programmi) Applicativo: che risolve i problemi dell utente, appoggiandosi sullo strato fornito dal sistema operativo

5 Il sistema operativo come macchina estesa L architettura hardware è ardua da programmare direttamente. Si pensi alla necessità di un programmatore di applicazioni di dover leggere un dato dal disco rigido. Un conto è usare un istruzione tipo READ_BLOCK_FROM_FILE, altro è impostare una sequenza di azioni strettamente legate all hardware, come potrebbero essere: avvia il motore del disco, sposta la testina magnetica al cilindro n, attendi una adeguata velocità di rotazione, leggi k elementi, sposta la testina,... Se ad ogni intervento di I/O un programmatore dovesse preoccuparsi di tutti questi (e molti altri) dettagli, le applicazioni diverrebbero ingestibili. Il primo compito del sistema operativo è proprio quello di fornire alle applicazioni (ai programmatori delle applicazioni) una interfaccia verso l hardware, mascherandone la complessità, fornendo un astrazione della macchina. Il sistema operativo nasconde all utente anche un insieme di altre caratteristiche dell architettura hardware/software (esempio: la gestione dei processi, della memoria, delle interruzioni). Le applicazioni possono avere accesso al sistema attraverso l interfaccia messa a disposizione dal sistema operativo, tramite quelle che vengono chiamate system calls. Le chiamate di sistema possono manipolare diversi oggetti software ed interagire con l hardware; ad esempio possono creare e distruggere processi o aprire e scrivere file. Una chiamata di sistema può avere una forma tipo: read(file_id, buffer, number_of_bytes) che richiede al sistema operativo di leggere number_of_bytes bytes dal file identificato dall id file_id, e di salvare questa informazione nella variabile buffer. Massioli, Affaticati 5

6 Massioli, Affaticati 6 Il sistema operativo come gestore di risorse I calcolatori sono costituiti da diverse parti che concorrono insieme a soddisfare le esigenze dell utente. Monitor, memoria, stampanti, processore, interfacce di rete devono essere gestiti adeguatamente. Il sistema operativo deve fornire alle applicazioni le risorse per poterle far funzionare, nel modo migliore e senza creare intralci. Si pensi a cosa succederebbe se diverse applicazioni lanciassero contemporaneamente un comando di stampa. Senza la presenza di un controllo della risorsa stampante, si rischia di stampare sullo stesso foglio in alternanza linee di una e dell altra applicazione. Un componente del sistema operativo, chiamato spooler di stampa, gestisce le richieste di stampa delle applicazioni ed evita spiacevoli sovrapposizioni. La seconda definizione che si può dare al sistema operativo nasce quindi dall esigenza di diversi utenti e di diversi programmi di condividere delle risorse limitate. Il sistema operativo deve assegnare delle risorse, soddisfare delle richieste e mediare eventuali conflitti. Le due definizioni ( macchina estesa e gestore risorse ) sono semplicemente due modi di vedere lo stesso componente software, dall alto (cioè dal punto di vista delle applicazioni) o dal basso (cioè dal punto di vista delle risorse).

7 Massioli, Affaticati 7 Qualche definizione 1/2 Processo: è un programma in uso. Si può pensare al programma come la stesura (implementazione) di un algoritmo, cioè un sequenza strutturata di azioni, e al processo come la sua effettiva messa in funzione, corredata di tutte le informazioni necessarie. Memoria: mantiene traccia dei dati e dei programmi in uso. La parte del sistema operativo che si occupa della memoria è detto gestore della memoria. I suoi compiti sono: tener traccia delle parti di memoria utilizzate e di quelle libere di fornire memoria ai processi che la richiedono e toglierla ai processi che non ne fanno più uso gestire gli scambi tra memoria e disco

8 Massioli, Affaticati 8 Qualche definizione 2/2 La memoria spesso non è adeguata per memorizzare tutte le informazioni necessarie ai vari programmi. La prima limitazione della memoria è la sua dimensione. Per capiente che sia, non è mai paragonabile ai dischi rigidi. Inoltre la memoria RAM è volatile, cioè il suo contenuto si perde col venir meno dell alimentazione. L accesso ai dati in memoria tra l altro è permesso solo ad un processo. Spesso è necessario memorizzare grandi quantità di dati, poterli condividere e poterli conservare per diverso tempo (anche dopo la terminazione dei processi e dopo lo spegnimento della macchina). Questi problemi trovano soluzione nell utilizzo di unità dette file. Il file è un meccanismo di astrazione, che fornisce un modo per salvare delle informazioni e per poterle ritrovare in seguito. I file sono gestiti da una parte del sistema operativo detto file system.

9 Massioli, Affaticati 9 Sistemi Operativi MS-DOS Windows (95, 98, 2000, XP, ecc) Unix Linux FreeBSD MacOSX MacOS

10 Massioli, Affaticati 10 Breve storia di windows 1/2 Nel 1980 la Microsoft era una piccola società con 40 dipendenti, che fatturava 8 milioni di dollari. Bill Gates venne contattato dall'ibm, che in quel periodo dominava il mercato degli elaboratori mainframe ed aveva appena iniziato la realizzazione di un personal computer, per scrivere un nuovo sistema operativo. Nasce così l'ms DOS ed esplode il boom del computer per tutti. Due anni dopo Bill Gates annuncia la nascita di una prima versione di Windows (1982). Non è un sistema operativo, ma una semplice interfaccia grafica attaccata al DOS molto rozza. Gli utenti cominciano a prendere confidenza con questa nuova dimensione. A maggio, nel 1990, viene lanciato Windows 3.0 e un anno dopo esce Windows 3.1. Nel '94 il fatturato è di 4,65 miliardi di dollari. Nel '95 viene lanciato Windows 95 e i dollari salgono a quasi 6 miliardi. Internet Explorer comincia ad insidiare la posizione di leader tra i browser di Netscape. Infine nel '98 esce la nuova versione di Windows e nel frattempo la crescita del sistema operativo di rete, Windows NT, si consolida fino a creare e serie minacce a ben più blasonati sistemi.

11 Massioli, Affaticati 11 Breve storia di windows 2/2 Il successore di windows NT è windows Windows 2000 compare in due versioni: la Professional e la Server. r. La prima è la soluzione ideale per applicazioni desktop mentre la seconda per la gestione e l amministrazioni di reti, domini, ecc. Con il nuovo millennio si registra l uscita del nuovo Windows Millennium Edition, praticamente un Windows 98 SE rivisto nella grafica, potenziato a livello di funzioni multimediali e nel quale fa la sua definitiva scomparsa il buon vecchio DOS. Di pochi mesi orsono è l uscita di Windows XP nelle versioni Home e e Professional. La prima dovrebbe prendere il posto di Windows ME nei piani della Microsoft M mentre la seconda prende il posto di Windows 2000 Professional. Windows XP presenta un interfaccia completamente ridisegnata, un ottimo supporto alle periferiche attualmente sul mercato e una grande supporto ai prodotti multimediali non ultimi i videogame grazie all integrazione diretta delle DirectX8. Windows XP è presente sul mercato nella versione a 64 bit per processori Alpha. Si attende l erede di Windows 2000 Server, in attesa vediamo le caratteristiche di questo sistema operativo.