SISTEMA DI ELABORAZIONE

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1 SISTEMA DI ELABORAZIONE Una macchina M capace di eseguire programmi scritti in un linguaggio L adeguato DATI P(L) L M Osservazioni: M e' funzionalmente definita da L (L->M) Se L->M e L->M', allora M e' funzionalmente identica a M'

2 UNA DISTINZIONE IMPORTANTE: La macchina e' una entita' attiva: esegue P ed evolve modificando il proprio stato, ovvero l'insieme di elementi che memorizzano le informazioni Il programma e' una entita' passiva: e' una lista di istruzioni modificare condizionare trasferire INFORMAZIONE

3 Modello funzionale di M la macchina M capace di eseguire le istruzioni scritte in L, e' definita da L void main(int argc, char *argv[]){ int x, y; x=atoi(argv[1][0]); y= atoi(argv[2][0]); x=x+y; if(x>0) printf("x=%d", x); } DATI P(C) C M(C) C M(C) C M(C)

4 La sequenza degli stati di M dipende da: M 0, M 1,..., M n,.. stato iniziale M 0 programma P dati forniti dall'esterno Gli stati di M sono quelli raggiunti al termine dell'esecuzione di ogni singola istruzione (non interessano gli stati intermedi) Gli elementi che caratterizzano gli stati sono solamente quelli che: Influenzano l'esecuzione dell'istruzione Sono modificati dall'esecuzione dell'istruzione

5 Modello realizzativo di M Macchine dotate dello stesso modello funzionale (stesso linguaggio) possono essere realizzate in modo diverso DATI P(L2) L2 P12(L1) L1 M1 M2 P12 realizza la macchina M2 sulla macchina M1 Per traduzione Per interpretazione

6 Traduzione: P12, eseguito da M1: 1. legge tutto P(L2) 2. produce P(L1)che viene poi eseguito da M1 Interpretazione: P12, eseguito da M1: 1. legge P(L2) una istruzione alla volta 2. esegue l'istruzione letta

7 In questo modo possiamo costruire una gerarchia di macchine per diversi livelli di astrazione M(i+1) rappresenta una macchina virtuale rispetto a M(i) Possiamo assumere M(0) = macchina hardware DATI P(L(i+1)) L(i+1) P(i)(i+1)(L(i)) L(i) M(i) M(i+1) ASTRAZIONE, PROGRAMMABILITA' GERARCHIA

8 Una configurazione che utilizzeremo DATI Programma C Linguaggio C Compilatore C Codice binario Processo Macchina Processo Macchina C Come programmatori C vedremo una Macchina Processo che esegue il nostro programma compilato

9 IL LIVELLO DELLA MACCHINA PROCESSO E' la macchina che esegue il programma prodotto dal compilatore Linguaggio: binario Definizione elementare: Un programma in esecuzione a cui sono associate un certo numero di risorse. PC PSR... Memoria: un insieme di parole (word) o celle; ogni parola e' individuata da un indirizzo operazioni possibili: lettura / scrittura Program Counter (PC): registro che memorizza la successiva istruzione da eseguire al passo i passo 0: contiene la prima istruzione del programma Program Status Register (PSR): registro che codifica informazioni relative allo stato Istruzioni eseguite dal processo:

10 SOMMA IL CONTENUTO DELLA CELLA DI INDIRIZZO 15 CON IL CONTENUTO DELLA CELLA DI INDIRIZZO 18 OPCOD OP2 OP Le istruzioni vengono eseguite all'interno di un ciclo Ciclo del processo:

11 ACCEDE ALLA CELLA DI MEMORIA IL CUI INDIRIZZO E' SCRITTO IN PC DECODIFICA I BIT DELL'OPCODE PRELIEVO OPERANDI ESECUZIONE ISTRUZIONE AGGIORNAMENTO PC Il linguaggio assemblatore

12 E' un linguaggio molto vicino al linguaggio binario del processo: a ciascuna istruzione assembler corrisponde (quasi sempre) una istruzione macchina (binaria) Dal punto di vista del programmatore e' un linguaggio di "alto" livello Programma Assembler Linguaggio Assembler Assemblatore Codice binario Processo Macchina Processo Macchina Assembler Differenze con il linguaggio binario:

13 OPCODE -> Codice simbolico (eg. SOMMA) Direttive: per riservare celle di memoria Etichette (label): nomi simbolici associati ad un indirizzo Esempio in pseudoassembler: X: RISERVA ; variabili Y: RISERVA Z: RISERVA ZERO: RISERVA 0; var inizializzate MENOUNO: RISERVA -1 LEGGI X LEGGI Y COPIA ZERO,Z CICLO: TEST X, FINE ; fine se X=0 SOMMA Y, X SOMMA MENOUNO, X SALTA CICLO FINE: SCRIVI Z TERMINA

14 Possiamo seguire l'evoluzione del processo mediante il modello di programmazione PC PSR X Y Z... Il processo di traduzione: 1. Calcolo etichetta ->indirizzo e generazione della tabella dei simboli 2. Codifica binaria dell' OPCODE, nonche' dei codici simbolici e delle etichette

15 IL LIVELLO DEL SISTEMA OPERATIVO E' il programma che realizza la macchina processo sopra la macchina hardware. Puo' realizzare piu' processi sopra una sola macchina hardware P(C) P(Assembler) PROC 1 PROC 2 SISTEMA OPERATIVO L. BINARIO M. H/W Tali processi sono macchine complete (PC, Memoria, I/O)

16 I servizi di sistema Sono i programmi che costituiscono il sistema operativo e che svolgono le azioni richieste da un processo Il processo accede a tali servizi mediante chiamate di sistema (system calls) Caratteristiche dei servizi di sistema: Parametricita': sono relativi al processo in esecuzione Protezione: il SO garantisce che dopo l'esecuzione della system call il processo torni alla normale esecuzione l' esecuzione del servizio non alteri altri processi

17 IL LIVELLO DELLA MACCHINA HARDWARE E' la macchina sopra alla quale viene effettivamente realizzata la macchina processo Differenze macchina h/w e macchina processo: Chiamate di sistema: la macchina h/w le interpreta come salti a indirizzi prefissati (l'inizio del servizio di SO) Interruzioni (interrupt): la macchina h/w riconosce il verificarsi di eventi esterni e asincroni (interrupt request, IRQ) e salta a indirizzi prefissati (l'inizio del servizio di interrupt, ISR) Caratteristiche dell'uso di interruzioni: Efficienza Non determinismo

18 Realizzazione della macchina h/w E' un insieme di sottosistemi funzionali collegati mediante un sistema di comunicazione Ad esempio: PROCESSORE MEMORIA PERIFERICA BUS Sistema di comunicazione: collega i vari sottosistemi implementando: Livello fisico Protocolli Sottosistemi funzionali: 1. Processore: Realizzazione cablata Realizzazione microprogrammata 2. Memoria 3. Periferiche: terminali, stampanti,ecc.