COS È L INFORMATICA GLI ALGORITMI. Association for Computing Machinery (ACM) Verso una definizione di informatica

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1 Algoritmi e strutture dati Linguaggi di programmazione COS È L INFORMATICA Intelligenza artificiale Informatica Architetture dei calcolatori Ingegneria del software Sistemi operativi Visione e robotica Basi di dati e sistemi per il ritrovamento delle informazioni Computazione numerica e simbolica Verso una definizione di informatica L informatica è la scienza della rappresentazione e dell elaborazione dell informazione Progetto e realizzazione di calcolatori elettronici Progetto e uso di applicazioni Gestione di informazioni/dati Association for Computing Machinery (ACM) L informatica è lo studio sistematico degli algoritmi che descrivono e trasformano l informazione: la loro teoria, analisi, progetto, efficienza, realizzazione e applicazione Algoritmo (da AL-KHOWARIZMI, 825 dc): GLI ALGORITMI una descrizione non ambigua di un numero finito di operazioni, la cui esecuzione termina in un tempo finito In senso lato, una procedura che eseguita passo a passo risolve, entro un determinato periodo di tempo, un problema. NB: il concetto di algoritmo prescinde dall esistenza del calcolatore

2 Esempi Algoritmo per calcolare l'ipotenusa Algoritmi (o procedure): per calcolare il Massimo Comun Divisore per costruire modellini di aerei (espressi nei fogli di istruzioni) per azionare la lavatrice per suonare una melodia al piano (espressa in un insieme di simboli negli spartiti) Date le misure x e y di due cateti di un triangolo rettangolo: Calcola x 2 Calcola y 2 Calcola z= x 2 + y 2 L'ipotenusa è data dalla radice quadrata di z: ipotenusa i= z Chi è l esecutore dell algoritmo? Se vogliamo automatizzare l esecuzione degli algoritmi, dobbiamo rappresentarli e comunicarli al calcolatore in un linguaggio a lui comprensibile e non ambiguo: Linguaggi di programmazione Algoritmo CODIFICA Programma Programma: sequenza di istruzioni scritte in un linguaggio di programmazione comprensibile e non ambiguo per il calcolatore Linguaggio macchina I calcolatori sanno eseguire un insieme limitato di semplici operazioni Somma due valori Sottrai due valori Copia un valore in memoria Le istruzioni altro non sono che sequenze di 0 e 1 (l alfabeto del calcolatore) che codificano il codice dell operazione da eseguire e gli operandi: Traduzione dei linguaggi Il concetto di traduzione dei linguaggi ha permesso l evoluzione dei linguaggi verso sistemi simbolici più espressivi e più facilmente manipolabili dai programmatori Il programmatore scrive un programma in un linguaggio ad alto livello senza preoccuparsi della macchina che esegue il programma Un apposito programma, il compilatore, traduce poi tutti i programmi scritti in uno specifico linguaggio ad alto livello in linguaggio macchina Sintassi Sistema di regole formali che definiscono il linguaggio Consente di stabilire se un istruzione è ben formata È corretto scrivere: se x + n > m allora STOP? Facilitano il compito al programmatore I programmi devono essere tradotti nel linguaggio nativo della macchina

3 Diversi livelli di espressività Evoluzione dei linguaggi Linguaggio Macchina: totalmente illeggibile per l uomo Perfettamente non ambiguo per la macchina Linguaggio Assembly LOAD x ADD y STORE z simbolico del linguaggio macchina Linguaggio ad alto livello, (es PASCAL) semiperimetro := base + altezza; Le istruzioni corrispondono ad azioni più articolate Richiedono uno sforzo di codifica inferiore da parte del programmatore Anni 50: primi linguaggi ad alto livello FORTRAN, ALGOL, COBOL Anni 60: linguaggi orientati al problema LISP, APL, SNOBOL, Anni 70: metod. di programmazione PASCAL, Modula-2, C, Prolog, Anni 80: programmazione a oggetti. SmallTalk, Objective-C, C++, Java Software (sw) L esecuzione di programmi è lo scopo di un elaboratore L insieme dei programmi che un elaboratore può eseguire rappresenta il software in dotazione all elaboratore IL SOFTWARE DI SISTEMA Distinguiamo due principali categorie di software: sw di sistema dedicato alla gestione del calcolatore sw applicativo dedicato a specifiche esigenze applicative L architettura generale Il sw applicativo Il sw applicativo è costituito dall insieme di programmi che fanno svolgere al calcolatore una serie di funzionalità rivolte principalmente agli utilizzatori finali: Videoscrittura Fogli elettronici Posta elettronica Browser Compilazione 740 Visualizzazione molecole Video giochi

4 Il sw di sistema Il sw di sistema è costituito da un insieme di programmi il cui scopo è: Gestire le risorse del sistema Permettere l esecuzione di programmi Controllare l I/O, rilevando malfunzionamenti Gestire la memorizzazione e la sicurezza dei dati Appartengono al sw di sistema I compilatori I driver per i dispositivi di I/O Il Sistema Operativo (S.O.) Il S.O. è un software di sistema che realizza due funzionalità: 1. Gestisce le risorse fisiche di un elaboratore (come la CPU, la RAM e le periferiche) 1. Esecuzione simultanea di più programmi 2. Protezione dei dati 2. Presenta all utente un interfaccia che rende più facile l uso del calcolatore a programmatori e utenti finali viene fornito insieme all elaboratore E memorizzato su CD, ma all'atto dell'installazione viene trasferito su Hard Disk Ogni elaboratore può essere utilizzato solo se vi è stato preventivamente installato un sistema operativo I sistemi operativi più diffusi in ambiente PC sono: Windows 98/NT/2000/XP Linux MacOs Ogni sistema operativo è contraddistinto oltre che dal nome anche dalla release, o versione Es: Windows 2000 Windows XP

5 Ogni nuova release di sistema operativo viene rilasciata per correggere errori presenti nella release corrente aggiungere nuove funzionalità alla release corrente Modifiche sostanziali implicano nuove versioni, modifiche minori nuovi livelli di aggiornamento Gli aggiornamenti di sistema operativo, o più in generale di sw, vengono chiamati Patch nel mondo Unix Service pack nel mondo Windows Update nel mondo MacOSX Gli aggiornamenti vengono in genere distribuiti attraverso CD o attraverso la rete Il sw applicativo Anche il software applicativo è caratterizzato da un numero di versione Ogni versione di sw applicativo è compatibile solo con certe versioni di sistema operativo Prima di usare un sw applicativo è necessario verificare la versione di SO di cui si dispone S.O. - Struttura logica Data la sua complessità, il S.O. è suddiviso logicamente in strati funzionali, dove ciascuno strato: offredeiserviziaglistratisuperiori nasconde i dettagli degli strati inferiori Ciascuna funzionalità realizza una macchina virtuale macchina le cui componenti sono le funzioni disponibili a quel livello S.O. - Struttura logica S.O. - Interprete dei comandi Programmi Utente Interprete dei Comandi (Shell, GUI) gestore delle periferiche gestore della memoria nucleo programmi utente Interprete dei Comandi (Shell, GUI) gestore delle periferiche gestore della memoria nucleo

6 S.O. - Interprete dei comandi S.O. - Interprete dei comandi E l interfaccia di alto livello verso l utente mediante la quale si chiede l esecuzione dei programmi o di comandi. Può essere: A caratteri sulla linea di comando Shell Unix MS DOS Grafica con finestre e icone Macintosh KDE/Gnome, MacOSX, Windows S.O. - Interprete dei comandi S.O. - Gestore delle periferiche programmi utente interprete dei comandi (Shell, GUI) Gestore delle Periferiche gestore della memoria nucleo S.O. - Gestore delle periferiche S.O. - Gestore delle periferiche Parte del sistema operativo che permette il corretto funzionamento delle periferiche (es. stampante, video, mouse, tastiera ) Aggiunta/rimozione periferica Controllo degli accessi Controllo funzionamento

7 S.O. - Gestore della memoria programmi utente interprete dei comandi (Shell, GUI) gestore delle periferiche Gestore della Memoria nucleo S.O. - Gestore della memoria Permette la condivisione della memoria tra programmi eseguiti simultaneamente assegnare la memoria ai programmi da eseguire fisica e/o virtuale spostare i programmi in memoria sul disco per fare posto a quelli nuovi caricare i programmi da disco in memoria assicurare che programmi diversi usino aree di memoria separate e impermeabili per evitare errori S.O. - Nucleo S.O. - Nucleo programmi utente interprete dei comandi (Shell, GUI) gestore delle periferiche gestore della memoria Nucleo Soddisfa le richieste delle varie applicazioni attive: Utilizza le risorse del computer Le coordina Passa i risultati alla Shell e da questa all utente mediante le periferiche di output S.O. - File system programmi utente interprete dei comandi (Shell, GUI) gestore delle periferiche gestore della memoria nucleo S.O. - File system Componentedel S.O. cheprovvedeallagestionedelle informazioni memorizzate su disco Fornisce le seguenti funzioni Memorizzazione Aggiornamento Cancellazione

8 File system - I dischi File system - I dischi In un sistema sono generalmente presenti tre tipi di unità disco: Hard Disk Floppy CD In ambiente Windows, ciascuna unità è contraddistinta daunaletteraseguitadadue punti, es. C: D: File system - I file Le informazioni sono memorizzate su disco in appositi contenitori chiamati FILE o documenti Ogni file è univocamente contraddistinto da un nome Il contenuto di un file è definito dall utente proprietario del file Le modalità di accesso sono definite dall utente (lettura, scrittura, esecuzione per sé e per gli altri utenti) File System - Formato dei file I dati manipolati da un programma vengono codificati in un formato che consenta di salvare: i dati stessi, le informazioni relative alla loro rappresentazione. Per interpretare correttamente il contenuto di un file, un programma deve riconoscerne ed interpretarne il formato. File System - Formato dei file File System - Formato dei file Il formato di un file viene esplicitato aggiungendo un opportuna estensione al suo nome: <nome>.<estensione> L estensione in genere è composta da tre o quattro caratteri (es:.doc.xls.txt.c.ps.pdf) L uso delle estensioni è solo una convenzione comodità per l utente il sistema operativo usa le informazioni sulla natura del file presenti all inizio del file stesso

9 File System - Operazioni sui file I file possono essere creati rinominati aggiornati aperti/chiusi cancellati Sui file è possibile operare direttamente dall interno delle applicazioni o dall interprete dei comandi rinomina, cancellazione, apertura File System - Permessi sui file Gli utenti possono specificare i seguenti permessi di accesso ai file relativamente a vari gruppi di utenti Read (R) indica se possono essere letti i contenuti di un file o di una cartella Write (W) indica se è possibile modificare il contenuto di un file o di una cartella Execute (X) indica se è possibile eseguire un file o posizionarsi all interno di una cartella Le directory o cartelle Directory Oltre ai file dati esiste un altro tipo di file: le directory o cartelle o folder Sono dei contenitorilogicidifile Scopo: fornire all utente uno strumento per organizzare i propri file Gerarchie di directory Le cartelle possono a loro volta contenere altre cartelle, che possono contenere altre cartelle e così via Si parla di Gerarchia ad Albero Il livello più alto è detto radice C: I path name dei file Ogni file all interno del è individuato in base alla sua posizione nell albero, cioè al cammino (pathname o path) che si deve percorrere per raggiungerlo a partire dalla radice Per esempio la foto Amici.jpg è individuata dal seguente cammino: C:\foto\Sicilia\ \Progetti \foto \Documenti \Sicilia \Casa \laurea I file di dati sono sempre all estremità dell albero, per questo sono detti foglie Amici.jpg

10 Gerarchie di directory File system Il gestisce anche la struttura fisica dei dischi e deve quindi: trovare spazio sufficiente (non necessariamente contiguo) per memorizzare i file attivare il trasferimento dei dati aggiornare opportune tabelle che poter accedere ai file File System - Operazioni sulle cartelle Crea Creare una cartella ed assegnarle un nome Rinomina Modificare il nome di una cartella Apri per accedere al contenuto di una cartella Cancella Rimuovere una cartella e tutto il suo contenuto la cartella viene spostata nel cestino Sposta Sposta la cartella in un altro punto della struttura gerarchica File System - Visualizzazione Quando si accende il personal computer ci si trova davanti una scrivania (desktop) su cui compaiono cartelle e documenti In Windows La radice della struttura gerarchica è il desktop I nodi di un pathname sono separati da \ Ogni disco è individuato da una lettera (es C:) S.O. - Utenti e privilegi Un sistema operativo che consente l uso di un computer a più utenti prevede diverse tipologie di utenti Amministratore può fare qualsiasi operazione per poter gestire il sistema Utente comune Ha delle limitazioni per contenere i danni che potrebbero fare (rimuovere file di sistema, cancellare dati di altri utenti, cambiare l ordine della coda di stampa, ecc.) Ospite Ancora più limitazioni S.O. - Utenti e privilegi L amministratore del sistema può installare il sw applicativo in modo che tutti gli utenti lo possano usare e che il sw possa accedere alle risorse di cui ha bisogno Gli utenti comuni possono accedere solo ai propri file e installare localmente nelle proprie cartelle sw applicativo al quale gli altri utenti non possono accedere

11 S.O. - Utenti e privilegi L amministratore di sistema può aggiungere nuovi utenti nel sistema o disabilitare quelli esistenti Gli utenti comuni non possono farlo perchè non hanno privilegi a sufficienza nel loro profilo