1. Dal computer ad un sistema informa1vo

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1 Corso di Laurea in Matema1ca Dipar9mento di Matema9ca e Fisica Sistemi per l elaborazione delle informazioni 1. Dal computer ad un sistema informa1vo Dispense del corso IN530 prof. Marco Liverani Computer Modello di Von Neumann (1945) Unità di input Unità di output Unità di input CPU Memoria Unità di output Unità Logico- Aritme0ca Unità di Controllo CPU System Bus Memoria M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 1

2 Computer CPU: Unità di sistema, bus, Processore Intel/AMD,... Memoria: RAM, hard disk,... Unità di input: Tas9era, mouse, modem,... Unità di output: Monitor, modem, stampante, altoparlante,... CD, chiaveye USB, DVD, sono unità di memoria di massa removibili, che possono essere usate per riversare da9 da un computer (output) e immeyerli in un altro (input) Computer M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 2

3 Computer Negli anni si è assis9to ad un processo evolu9vo nella struyura dei sistemi informa9ci Periodo U1lizzo Elaborazione Da1 Linguaggi Memoria RAM Calcolo numerico 1970 Calcolo numerico, archiviazione 1980 Elaboraz. locale (contabilità, archiviazione) 1990 Elaboraz. locale su PC e worksta9on UNIX 2000 Servizi ges9onali informa9zza Servizi ges9onali, u9lity e social Centralizzata su grandi computer (mainframe) Centralizzata su mini computer Decentralizzata su personal computer Decentralizzata su PC o worksta9on o piccoli server (modalità client/ server) Centralizzata su grandi server Decentralizzata su mol9 server e anche su client Sul server, su nastro Sul server, su hard disk, su Floppy disk Sui personal computer su hard disk, Floppy disk, mini disk Su server e delocalizzata su PC e worksta9on Centralizza9 su SAN/NAS accessibili in rete Decentralizza9 su mol9 server (cloud) Linguaggio Macchina, Assembler Assembler, Cobol, Fortran Cobol, Fortran, Basic, Pascal, C Visual Basic, C/ C++, Java, ASP, Perl Java, C/C++, C#, MS.net Java, C/C++, C#, MS.net, Python Memoria di massa Rete 1-16 KByte < 10 MByte No 64 KByte < 50 MByte No, terminali alfanumerici seriali KByte MByte Modem seriali, connessioni a banche da9 640 Kbyte 8/16/64 MByte 4-64 GByte GByte GByte Gbyte 250 Gbyte, TByte Protocollo TCP/ IP, rete locale, rete Internet bassa velocità Rete Internet alta velocità Rete Internet wireless alta velocità Sistemi informa1vi Salvo che per usi streyamente personali, i computer sono inseri9 nell ambito di un sistema informa1vo, ossia di un complesso di computer, programmi, infrastruyure di rete ed altri strumen9, collega9 e integra9 fra loro, che permeyono di ges9re ed elaborare da9 ed informazioni di vario genere per supportare le finalità dell organizzazione (azienda, associazione, ente pubblico, dipar9mento, laboratorio, ecc.) in cui il sistema informa9vo è realizzato Di fayo i moderni sistemi informa9vi aziendali, basa9 su strumen9 ed infrastruyure informa9che, sos9tuiscono ed estendono i sistemi informa9vi non eleyronici, né automa9zza9, che venivano comunque u9lizza9 in precedenza: archivi cartacei o su altri suppor9, strumen9 di misurazione e documen9 in cui tracciare le misurazioni, ecc. La struyura dei sistemi informa9vi aziendali è evoluta negli anni, di pari passo con l evoluzione della tecnologia informa9ca: Dai sistemi centralizza1 basa9 su un unico grande computer (anni 50-60) Ai sistemi dipar1mentali, più piccoli e accessibili contemporaneamente da più postazioni di lavoro (terminali) da mol9 uten9 contemporaneamente (anni 70-80) Ai sistemi distribui1 su numerosi soyosistemi client/server (anni 80/ 90) Ai sistemi distribui1 su re1 geografiche private ad alte prestazioni (anni 90/2000) Ai sistemi virtualizza1, distribui9 su locazioni che spaziano anche oltre i confini nazionali e basa9 sulle cosiddeye infrastruyure di cloud compu1ng (oggi e nel prossimo futuro) M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 3

4 Digressione: anche i videogiochi hanno seguito un percorso simile 1979: andavo a casa di un compagno di scuola per giocare a Pong/Squash sul suo televisore Digressione: anche i videogiochi hanno seguito un percorso simile 1985: con i compagni di scuola scambiavamo floppy disk e casseye con i videogiochi per i nostri home computer M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 4

5 Digressione: anche i videogiochi hanno seguito un percorso simile 1995: con i colleghi in ufficio giocavamo insieme a Doom, ciascuno sul proprio PC, u9lizzando la rete locale Digressione: anche i videogiochi hanno seguito un percorso simile 2014: con gli amici (ma anche altri sconosciu9) giochiamo ovunque a Candy Crush, ciascuno sui propri computer/tablet/smartphone, u9lizzando la rete Internet M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 5

6 : Sistemi informa1vi centralizza1 su un grande computer Grandi elaboratori centralizza9, piuyosto fragili, difficili da programmare, possono eseguire un solo programma alla volta La programmazione è esclusivamente di 9po batch, ossia senza alcuna interazione tra l uomo e la macchina se non l inserimento del programma e dei da9 in input ayraverso schede perforate e la res9tuzione degli errori o dell output su una stampante al termine dell elaborazione Per usare il computer si prenota un job, si preparano le schede (cen9naia, migliaia) con una perforatrice e si esegue il job, recandosi presso il CED (centro elaborazione da9) I computer sono costosi, fragili e dunque pochi possono permeyerseli (grandi en9 statali, grandi aziende, ecc.) : Sistemi informa1vi centralizza1 su un grande computer Utenti Operatore M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 6

7 1970: mainframe e minicomputer connessi con terminali Fine anni 60, anni 70: introduzione di nuovi grandi computer mainframe più robus9 e ad alte prestazioni, con più memoria, capacità mul1- tasking, interconnessione con terminali alfanumerici per consen9re a più uten9 contemporaneamente di u9lizzare il sistema Parallelamente vengono introdor computer più piccoli e meno costosi, denomina9 minicomputer, con sistemi opera9vi più semplici e maggiore interatvità con l utente Sui minicomputer vengono introdoye le prime interfacce utente grafiche; viene sviluppato il sistema opera9vo UNIX e il linguaggio C I minicomputer o computer dipar9mentali, sono meno costosi dei predecessori, quindi più diffusi, contribuiscono allo sviluppo della cultura informa9ca Si usano per archiviazione ed elaborazione di da9 (contabilità, finanza, calcolo scien9fico) L utente accede al sistema con un terminale alfanumerico (poi, successivamente, grafico) e digita il programma o lo carica dalla memoria di massa; il programma è sia batch che interarvo e permeye all utente di inserire da9 in input a run 9me 1970: mainframe e minicomputer connessi con terminali Mainframe Storage Minicomputer Storage Non è una rete! Connessione seriale Connessione seriale Terminali seriali Terminali seriali Utenti dipartimento A Utenti dipartimento B M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 7

8 1970: mainframe e minicomputer connessi con terminali Local Area Network (LAN) Questa è una rete: ma è riservata a connessioni (lente) fra server Mainframe Storage Minicomputer Storage Connessione seriale Connessione seriale Terminali seriali Terminali seriali Utenti dipartimento A Utenti dipartimento B 1970: mainframe e minicomputer connessi con terminali Internet (Wide Area Network - WAN) Internet inizia alla fine degli anni 70: lenta, costosa, riservata a pochi, per il trasferimento di file Mainframe Storage Minicomputer Storage Connessione seriale Connessione seriale Terminali seriali Terminali seriali Utenti dipartimento A Utenti dipartimento B M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 8

9 1980: micro computer, personal computer, home computer La miniaturizzazione della tecnologia, l abbarmento dei cos9 e la standardizzazione delle componen9, consentono di portare il computer sulla scrivania degli uten9 (e nelle loro case) Vengono realizza9 programmi che permeyono di operare sul computer senza saper programmare il computer (fogli eleyronici, programmi di videoscriyura, schedari eleyronici), sviluppando archivi di da9, procedure di calcolo, ecc. Il computer (non più il terminale) finisce sulla scrivania dell utente: una CPU (4-8 MHz) una memoria RAM di pochi Kbyte (8-16 Kbyte) una memoria di massa (prima floppy disk, poi nastri e hard disk di piccola capacità: 10/20 Mbyte) una tas9era ed un monitor connessi direyamente al computer (24 righe da 80 colonne di testo, o grafica a 3 colori 320x200 pixel) stampan9 ad aghi collegate al computer su porta parallela Sistemi opera9vi mono utente, mono task, interfaccia a comandi alfanumerici, poca grafica Memoria di massa RAM CPU ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, : micro computer, personal computer, home computer Ognuno ha un computer (non un terminale) con i propri file e i propri programmi M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 9

10 1980: micro computer, personal computer, home computer I computer non comunicano fra di loro (a che servirebbe? J ) Ognuno è autonomo! Se proprio serve si usano i floppy disk 1980: micro computer, personal computer, home computer Inizia la telema1ca : con un modem i computer possono scambiarsi file usando la linea telefonica M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 10

11 1980: micro computer, personal computer, home computer Si arvano servizi telema9ci on- line per scambio file, messaggi e consultazioni banche da9 BBS (Bulletin Board System) 1990: worksta1on, re1 locali, Internet, sistemi client/server Il processo di frammentazione dei computer si interrompe e si inverte: si sente la necessità di condividere da9 e fare in modo che più uten9 contemporaneamente possano operare sulle stesse informazioni: si realizzano i sistemi client/server Si diffondono i Rela%onal Database Management Systems (RDBMS) e il linguaggio SQL Il potenziamento dei personal computer o la miniaturizzazione dei mini computer, porta alla realizzazione delle worksta1on e dei server dipar1mentali Nasce il sistema opera9vo Linux, da una costola di UNIX Tur i sistemi opera9vi sono mul1tasking, mul1 utente e integra9 con i servizi di rete Si sviluppano e si diffondono le interfacce utente grafiche (GUI Graphical User Interface) con l uso di finestre, icone, menù a tendina e l introduzione del mouse come nuovo disposi9vo di input Si introducono le re9 locali LAN (Local Area Network) basate sul protocollo TCP/IP Internet aumenta la propria diffusione, si riducono i cos9, aumentano le prestazioni (u9lizzo di linee dedicate per aziende, modem su linea telefonica per professionis9 e usi personali) La Sicurezza Informa1ca, con la diffusione delle re9 pubbliche, delle connessioni con le re9 private e con l uso di sistemi aper9, emerge come aspeyo cruciale nello sviluppo dei sistemi informa9vi M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 11

12 1990: worksta1on, re1 locali, Internet, sistemi client/server Linee seriali Rete (LAN) Terminali Workstation PC (client) 1990: worksta1on, re1 locali, Internet, sistemi client/server I server e i servizi offer9 diventano numerosi e si mol9plicano; nasce un vero e proprio sistema informa9vo CED (centro elaborazione da9) Linee seriali Rete (LAN) Terminali Workstation PC (client) PC (client) Cresce a dismisura il numero di uten9 e di client e la necessità di collegarli al sistema informa9vo M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 12

13 1990: worksta1on, re1 locali, Internet, sistemi client/server Internet Rete (WAN) Linee seriali Rete (LAN) Terminali Workstation PC (client) Linee seriali Rete (LAN) PC (client) Terminali Workstation PC (client) PC (client) 1990: worksta1on, re1 locali, Internet, sistemi client/server ELABORAZIONE CENTRALIZZATA ELABORAZIONE CLIENT / SERVER Sistema Operativo Sistema Operativo Sistema Operativo Programma Programma Programma SERIALE Servizio di connessione remota RETE RETE TERMINALE EMULATORE DI TERMINALE Sistema Operativo Client Programma Client Sistema Operativo Client M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 13

14 2000: sistemi informa1ci web- based La tecnologia web si diffonde anche in ambito aziendale e diventa un paradigma per lo sviluppo delle applicazioni aziendali (sistemi intranet) e per il pubblico (portali Internet) La tecnologia web nasce per pubblicare e condividere documen9, contenu1 sta1ci; poi evolve per consen9re la fruizione di contenu9 costrui1 dinamicamente dal server sulla base della richiesta del client (es.: l elenco dei libri di un determinato autore presen9 in un archivio di una biblioteca) La tecnologia web è un evoluzione e un ibridazione di elaborazione centralizzata e client/ server l elaborazione avviene prevalentemente sul server l utente si collega mediante un client molto durle (web browser) mediante cui si possono u9lizzare applicazioni diverse l elaborazione server è più efficiente e permeye la connessione di mol9ssimi client contemporanei Le applicazioni vengono costruite sulla base di un architeyura deya three 1er (tre stra9): 1. Livello di presentazione dei da9: web server che comunica con il web client ayraverso il protocollo HTTP e codificando le informazioni con il linguaggio HTML 2. Livello applica9vo: applica9on server che esegue la business logic dell applicazione 3. Livello da9: il database server che ges9sce l archiviazione e l estrazione dei da9 In configurazioni più semplici i livelli 1 e 2 vengono unifica9 in un solo strato (web server e applica9on server) 2000: sistemi informa1ci web- based Database 3. Data Layer Application 2. Application Layer Web 1. Presentation Layer User Client M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 14

15 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng L evoluzione ulteriore è quella della razionalizzazione dell archite\ura applica1va, meyendo a fayor comune di più applicazioni singole operazioni u9li più in generale, come servizi offer9 al sistema informa9vo U9lizzando tecnologie compa9bili con le architeyure web based, vengono implementate archite\ure orientate ai servizi (SOA Service Oriented Architectures): basate su uno strato applica9vo, deyo enterprise bus, dedicato allo scambio delle informazioni tra lo strato applica1vo che implementa la business logic e lo strato dei servizi, che offre un implementazione coerente ed efficiente di singole operazioni Dal punto di vista hardware si fa spazio un conceyo già implementato su grandi mainframe: la virtualizzazione Vengono sviluppa9 nuovi sistemi opera9vi, der hypervisor, che permeyono di ospitare su una stessa macchina più macchine virtuali server, con sistemi opera9vi e configurazioni diverse Le risorse hardware dell host vengono ripar9te dall hypervisor sulle diverse macchine virtuali arve Dalla fusione di architeyure SOA e della virtualizzazione nasce e si definisce il cosiddeyo cloud compu0ng: la virtualizzazione evolve aggregando su un unico host hardware mol9 server fisici, meyendo a fayor comune tuye le risorse disponibili e poi suddividendole sulle macchine virtuali arve le architeyure SOA evolvono offrendo servizi evolu9 oltre il confine del sistema informa9vo aziendale 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng ArchiteYure orientate ai servizi (Service Oriented Architectures) Si iden9ficano funzioni atomiche u9li per la realizzazione di diverse applicazioni più complesse (es.: estrazione dei da9 anagrafici di una persona, calcolo del prezzo ayuale di un prodoyo presente in magazzino, calcolo dell estrayo conto di un determinato conto bancario, ecc.) Si definiscono le modalità con cui tali funzioni possono essere u9lizzate: quali applicazioni possono richiamarle, quali parametri vengono forni9 in input, quali da9 vengono prodor in output e con quali forma9 Si implementa una infrastruyura di enterprise service bus, configurato per acceyare l iscrizione alla fruizione di un servizio da parte di un applicazione e la distribuzione del risultato Si implementano le funzioni come Web Service (WS) che comunicano con il protocollo SOAP (Simple Object Applica0on Protocol) e si comportano come descriyo nel WSDL (Web Service Descrip0on Language) Il service bus può supportare dei processi più ar9cola9, orchestrando l ordine con cui vengono invoca9 i diversi servizi; il processo viene implementato da un BPM (business process manager) e viene descriyo con linguaggi analoghi a BPEL (Business Process Execu0on Language) Per la codifica dei messaggi scambia9 con i Web Service (chiamata del WS e passaggio dei parametri; res9tuzione dell output dal WS), si u9lizza la codifica XML (extensible Markup Language) Vantaggi disaccoppiamento dello strato applica9vo dalle operazioni elementari: possono evolvere indipendentemente le une dalle altre M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 15

16 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng Database 4. Data Layer Application 3. Service Layer Enterprise Service Bus Application 2. Application Layer Web 1. Presentation Layer User Client 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng Virtualizzazione delle infrastruyure server Per ridurre i cos9 delle infrastruyure server e rendere più flessibile la configurazione dei sistemi server, permeyendo anche una allocazione dinamica delle risorse hardware per potenziare i servizi più cri9ci, vengono virtualizza1 i server, permeyendo di configurare più server so}ware su uno stesso host hardware fisico Si sviluppano nuovi sistemi opera9vi chiama9 hypervisor (es.: VMware Vsphere) che permeyono l installazione non di programmi, ma di interi sistemi opera9vi, offrendo ai sistemi opera9vi ospita9 tuye le interfacce (virtualizzate) verso le diverse componen9 hardware del computer: CPU, RAM, filesystem, rete, porte seriali, ecc. Più server virtuali possono operare contemporaneamente su uno stesso host fisico I singoli server virtuali possono essere spen9 senza alcun impayo sull host fisico e possono essere sposta9 facilmente da un host hardware ad un altro I server virtuali comunicano tra di loro e con i computer esterni all host fisico, u9lizzando i normali protocolli di rete Vantaggi: risparmi nei cos9 dell hardware semplificazione delle infrastruyure fisiche nei CED semplificazione delle procedure di backup e di disaster recovery ecc. M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 16

17 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng Host fisico (server hardware) Hypervisor virtuale 1 Sistema operativo server virtuale 2 Sistema operativo server Programma 1 Programma 2 Programma 1 Programma 2 Programma n Programma n User Client 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng La virtualizzazione dei sistemi e la standardizzazione di infrastruyure service oriented trova la sua naturale evoluzione nel Cloud compu1ng: Infrastructure As A Service (IAAS): si acquista (o si predispone nel proprio CED) un infrastruyura IT virtualizzata come se fosse un qualunque altro servizio, pagando un canone in base alle risorse (virtuali) di cui è composta l infrastruyura; l installazione del so}ware di base e del so}ware applica9vo è a carico del cliente Placorm As A Service (PAAS): si acquista un infrastruyura IT virtualizzata con ambien9 per l esecuzione di applicazioni e la ges9one di database, già predispos9, su cui eseguire le proprie applicazioni realizzate secondo l architeyura applica9va prevista dalla piayaforma cloud stessa Sodware As A Service (SAAS): si acquista la possibilità di u9lizzare, in una configurazione personalizzata ed esclusiva, un so}ware completo; i da9 sono archivia9 sui database del fornitore di servizi cloud I servizi cloud possono essere implementa9 internamente o acquista9 da un fornitore in modalità esclusiva (private cloud), ovvero è possibile u9lizzare un infrastruyura cloud usata contemporaneamente anche da altri, con i dovu9 criteri di protezione dei da9 e delle applicazioni (public cloud) I servizi cloud richiedono comunque un infrastruyura di networking sicura ed efficiente Vantaggi: risparmi nei cos9 di acquisto dell hardware semplificazione nella predisposizione di intere infrastruyure possibilità di arvare, potenziare/ridurre, disarvare le infrastruyure in base alle esigenze, senza inves9men9 in appara9 hardware riduzione degli inves9men9 economici alle sole efferve necessità ecc. M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 17

18 2010: Archite\ure SOA, Virtualizzazione, Cloud compu1ng Infrastruttura Cloud IAAS (Infrastructure As A Service) Infrastruttura Cloud PAAS (Platform As A Service) Infrastruttura Cloud SAAS (Software As A Service) virtuale 1 Sistema operativo server virtuale 2 Sistema operativo server Application virtuale Database Virtuale Filesystem e altri servizi virtuali Applicazione / Servizio 1 Programma 1 Programma 1 Programma 2 Programma 1 Programma 2 Programma 2 Database 1 Database 2 Filesystem Servizio 1 Applicazione / Servizio 2 Database h Programma n Programma m Programma k Servizio p Applicazione / Servizio n LAN virtuale Internet VPN Internet VPN Internet VPN LAN aziendale LAN aziendale LAN aziendale User Client User Client User Client 2020: espansione del Cloud compu1ng, Internet of Things Oggi è quasi impossibile pensare di u1lizzare un computer non connesso in rete con altri computer; è difficile pensare anche all uso di un computer non connesso ad Internet I servizi cloud stanno diventando pervasivi: il personal computer (o lo smart device ) diventa un terminale mul9mediale di applicazioni e servizi di accesso a da9 residen9 presso enormi server farm dei fornitori di servizi cloud, dislocate in più località del pianeta La rete per conne\ere i client è wireless, la differenza tra rete telefonica e rete da9 è ormai inesistente; in par9colare la disponibilità e l efficienza del servizio di rete diventa cruciale I da9 sono presso le infrastruyure cloud, più affidabili di quelle locali, ma ges9te da altri: problemi di sicurezza, privacy/riservatezza, disponibilità; di fondamentale importanza sono anche i contrar di servizio ed i service level agreement (SLA) Il prossimo passo è quello di meyere in rete ogger che fino ad oggi avevano una loro funzione d uso autonoma: automobili, orologi, singoli apparecchi presen9 nelle abitazioni (frigorifero, lavatrice, lavastoviglie, clima9zzatore, impianto eleyrico, sensori, ecc.) Si viene a creare una rete di ogger: Internet of Things (IOT) Per realizzarla pienamente: Servono re1 wireless ancor meno costose e più efficien1, servono protocolli di comunicazione con la possibilità di ges9re un numero di indirizzi enorme (IPv6) Servono regole chiare per la ges1one delle informazioni, sempre più personali, sempre più riservate, sempre più necessarie per la vita di tur i giorni Serve maggiore formazione e maggiore consapevolezza degli uten9 e dei gestori dei sistemi informa9vi M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 18

19 Bibliografia essenziale 1 Daniel P. Bovet, Introduzione all architequra dei calcolatori, Zanichelli, Brian W. Kernighan, D is for Digital, DisforDigital.net, Noam Nisan, Shimon Schocken, The Elements of Compu0ng Systems, The MIT Press, Roger Young, How Computers Work, second edi9on, Lotontech, 2009 (hyp://www.fastchip.net/howcomputerswork/p1.html) Farm ARUBA di Arezzo Aruba è oggi uno dei primi e dei principali fornitori di servizi di cloud compu0ng in Italia M. Liverani - Dispense del corso IN530 - Sistemi per l'elaborazione delle informazioni 19

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