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CORSO DI INFORMATICA GENERALE Daniele Gunetti Indirizzo: Dipartimento di Informatica, corso Svizzera 185, Torino Tel. Ufficio:011.

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1 CORSO DI INFORMATICA GENERALE Daniele Gunetti Indirizzo: Dipartimento di Informatica, corso Svizzera 185, Torino Tel. Ufficio: /

2 PROGRAMMA DEL CORSO n Rappresentazione delle Informazioni n Architettura del computer (hardware) n Il software (Sist. Operativi, I programmi) n Reti di Calcolatori (Reti Locali, Internet)

3 LABORATORIO DEL CORSO n Uso del computer (windows95/98) n Word n PowerPoint n Excel n Access n Internet

4 ESAME: Scritto + con prova pratica

5 RAPPRESENTAZIONE DELLE INFORMAZIONI Idea di fondo: Usare n presenza/assenza di carica elettrica n passaggio/non passaggio di corrente/luce BInary digiT (cifra binaria): il BIT Usiamo cioe’ una rappresentazione binaria (a due valori) dell’informazione

6 INFORMAZIONI COMPLESSE Con 1 bit rappresentiamo solo 2 diverse informazioni: si/no - on/off - 0/1 Mettendo insieme piu’ bit possiamo rappresentare piu’ informazioni:

7 INFORMAZIONI COMPLESSE In generale, con N bit, ognuno dei quali puo’ assumere 2 valori, possiamo rappresentare 2 N informazioni diverse viceversa: Per rappresentare M informazioni dobbiamo usare N bit, in modo che: 2 N >= M

8 ESEMPIO: Per rappresentare 57 informazioni diverse dobbiamo usare gruppi di almeno 6 bit. Infatti: 2 6 = 64 > 57 Cioe’ un gruppo di 6 bit puo’ assumere 64 configurazioni diverse: / / …/ /

9 IL BYTE: In informatica ha assunto particolare importanza il concetto di: byte = 8 bit = 2 8 = 256 inf. diverse Il byte e’ usato come unita’ di misura per indicare le dimensioni della memoria, la velocita’ di trasmissione, la potenza di un elaboratore Usando sequenze di byte (e quindi di bit) si possono rappresentare caratteri, numeri immagini, suoni.

10 LA CODIFICA DEI CARATTERI E’ necessario convenire un codice per rappresentare i caratteri. Il codice ASCII (American Standard Code for Interchange Code) usa i primi 7 bit di ogni byte: 2 7 = 128 caratteri diversi Sufficienti per l’alfabeto anglosassone

11 ALTRI CODICI DI CODIFICA n ASCII ESTESO –Usa anche il primo bit di ogni byte –256 caratteri diversi –non e’ standard (cambia con la lingua usata) n UNICODE –standard proposto a 16 bit ( caratteri) n EBCDIC –altro codice a 8 bit della IBM (quasi in disuso)

12 Le cifre 0..9 rappresentate in Ascii sono simboli o caratteri NON quantita’ numeriche Non possiamo usarle per indicare quantita’ e per le operazioni aritmetiche. (Anche nella vita di tutti giorni usiamo i numeri come simboli e non come quantita’: i n. telefonici) E poi i carat. Ascii occupano troppo spazio LA CODIFICA DEI NUMERI

13 IL SISTEMA DECIMALE n 10 cifre di base: 0, 1, 2, …, 9 n Notazione posizionale: la posizione di una cifra in un numero indica il suo peso in potenze di 10. I pesi sono: –unita’= 10 0 = 1(posiz. 0-esima) –decine= 10 1 = 10(posiz. 1-esima) –centinaia= 10 2 = 100(posiz. 2-esima) –migliaia= 10 3 = 1000(posiz. 3-esima) – …

14 ES. DI NUMERO RAPPR. IN NOTAZIONE DECIMALE Il numerale 2304 in notazione decimale (o in base 10) rappresenta la quantita’: 2304 = 2* * * *10 0 = = 2304 (numero) Nota: numero e numerale qui coincidono, perche’ il sistema decimale e quello adottato come sistema di riferimento.

15 IL SISTEMA BINARIO n 2 Cifre di base: 0 e 1. n Notazione posizionale: la posizione di una cifra in un numero binario indica il suo peso in potenze di 2. I pesi sono: – 2 0 = 1(posiz. 0-esima) – 2 1 = 2(posiz. 1-esima) – 2 2 = 4(posiz. 2-esima) –2 3 =8; 2 4 =16; 2 5 =32; 2 6 =64; 2 7 =128; 2 8 =256; 2 9 =512; 2 10 = 1024; 2 11 =2048, 2 12 =4096;...

16 ES. DI NUMERO RAPPR. IN NOTAZIONE BINARIA Il numerale in notazione binaria (o in base 2) rappresenta la quantita’: *2 7 +0*2 6 +1*2 5 +0*2 4 +0*2 3 +1*2 2 +0*2 1 +1* = 165 (numero)

17 IL NUMERO PIU’ GRANDE RAPPRESENT. CON N CIFRE n Sist. Decimale = 99…99 = 10 N - 1 n Sist. Binario= = 2 N - 1 n Esempio: (8 bit binari) = = 255. Per rappresentare il n. 256 ci vuole un bit in piu’: = 1*2 8 = 256.

18 QUINDI: Fissate quante cifre (bit) sono usate per rappresentare i numeri, si fissa anche il numero piu’ grande che si puo’ rappresent.: –con 16 bit: = –con 32 bit: = –con 64 bit: = circa 1,84 * Pero’: si possono rappresentare numeri piu’ grandi se si tollera un certo grado di imprecisione.

19 CONVERSIONE DA BASE 2 A 10 Basta moltiplicare ogni bit per il suo peso e sommare il tutto: Esempio: * * * * *2 0 = = 20 la conversione e’ una somma di potenze (N.B. se il numero binario termina per 1 e’ dispari altrimenti e’ pari).

20 CONVERSIONE DA BASE 10 A 2 Idea di fondo: usare le potenze di 2 che, sommate, danno il numero N da convertire: –Prendere le potenze di 2 <= di N nell’ordine dalla piu’ grande alla piu’ piccola (cioe’ 2 0 ) –Associare il bit 1 alle potenze che vengono usate nella somma per ricostruire N –Associare il bit 0 alle potenze non usate.

21 ESISTONO ANCHE ALTRE BASI DI NUMERAZIONE: n CODICE OTTALE –cifre: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 –10 (ottale) = 8 (decimale) n CODICE ESADECIMALE –cifre: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F –10 (esadecimale) = 16 (decimale); B = 11; 2B=2*16 1 +B*16 0 = = 43

22 NUMERI A VIRGOLA MOBILE (NUMERI FLOATING POINT) Idea: 12,52 = 1252/100 = 1252 * Un numero decimale e’ rappresentato come un intero moltiplicato per una opportuna potenza di 10, cioe’ con una coppia: mantissaesponente

23 NUMERI FLOATING POINT E’ necessario stabilire quanti bit assegnare alla mantissa e all’esponente. Ad esempio, con 16 bit a disposizione possiamo usarne 12 per la mantissa e 4 per l’esponente (in realta’ dovremmo anche tener conto dei segni)

24 NUMERI FLOATING POINT Con lo stesso metodo possiamo rappresent. Numeri molto grandi. Ad esempio, con 8 bit: 5 bit di mantissa: = 31 3 bit di esponente: 111 = = 31 * 10 7 = 310 milioni Mentre, con la notazione classica, con 8 bit rappresentiamo al massimo il n. 255

25 NUMERI FLOATING POINT Ma allora, perche; non usare sempre la notazione floating point? Perche’ si perde in precisione Esempio: 5 cifre (decimali) : 4 per la mantissa, 1 per l’esponente. Rappresentare 312,45 = [312, ,5]???

26 NUMERI FLOATING POINT Quindi: possiamo rappresentare numeri molto grandi o con molti decimali al costo di una perdita di precisione Perche’? Perche’ i computer permettono solo rappresentazioni finite, e cosi’ dobbiamo approssimare alcuni numeri (ad esempio gli irrazionali), ma anche immagini e suoni

27 CODIFICA DELLE IMMAGINI B/N n Dividere l’immagine in una griglia a righe orizzontali e verticali n Ogni quadratino della griglia e’ un pixel n Codificare ogni pixel con: –0 se il pixel e’ bianco –1 se il pixel e’ nero n Convenire un ordinamento per i bit usati nella codifica

28 CODIFICA DELLE IMMAGINI B/N originale imm. digitale

29 CODIFICA DELLE IMMAGINI Quindi: le immagini sono rappresentate con un certo livello di approssimazione, o meglio, di risoluzione, ossia il numero di pixel usati per riprodurre l’immagine: –640 x 480 pixel; 800 x 600 pixel –1024 x 768 pixel; 1280 x 1024 pixel N.B. Ha importanza anche il dot pitch, il grado di definizione del pixel: 0,25 - 0,28)

30 CODIFICA DELLE IMMAGINI - Anche il colore e’ approssimato. Per il bianco e nero, con 8 bit si codificano 256 livelli di grigio. (ottenuti regolando la luminosita’ del pixel) - Per i video a colori, con 8 bit si rappresent. 256 colori, con 16 bit colori, con 24 bit 16 milioni di colori diversi per pixel - BITMAP: la rappresentazione di una immagine con codifica dei pixel. Porta via molto spazio: (immagine a 640 x 480 x 256 c.= Byte)

31 CODIFICA DELLE IMMAGINI - E’ possibile risparmiare spazio nella rappr. delle immagini: Aree dello stesso colore si rappresentano in modo “abbreviato”. - Esistono vari formati di codifica: (bmp, gif, jpg, pict, tiff) - E’ in genere possibile passare da un formato ad un altro.

32 CODIFICA DEI SUONI L’onda sonora viene misurata (campionata) ad intervalli regolari Minore e l’intervallo di campionamento e maggiore e la qualita’ del suono CD musicali: campionamenti al secondo, 16 bit per campione.

33 CODIFICA DEI SUONI Alcuni formati: ---.mov ---.wav ---.mpeg, ---.avi, formato midi usato per l’elaborazione della musica al computer

34 CODIFICA DEI FILMATI n Sono sequenze di immagini compresse: (ad esempio si possono registrare solo le variazioni tra un fotogramma e l’altro) n Esistono vari formati (compresi i suoni): –mpeg (il piu’ usato), e' il formato DVD –avi (microsoft) –quicktime (apple) –mov n E’ possibile ritoccare i singoli fotogrammi

35 IL CONCETTO DI FILE FILE: sequenza di byte conosciuta nel computer con un certo nome. TIPI DI FILE: – file di dati (es: immagini o suoni) – programmi (es: word o explorer) – file di testo (cioe’ caratteri ascii) ESTENSIONI DI UN FILE (windows95/98) – nome.gif, nome.exe, nome.doc,...

36 LA STRUTTURA DEI FILE (?) E’ meglio vedere un file come una sequenza di byte. E’ il programa che usa il file a gestirne il contenuto in modo corretto. Ad esempio, nei file di testo quando viene incontrato il byte = si devono visualizzare i caratteri successivi nella riga sottostante.

37 ARCHITETTURA DEI COMPUTER (L’HARDWARE!!!) n Processore (CPU) n Memoria Principale (o Primaria o RAM) n Memoria di Massa (o secondaria, il famoso hard disk, ma anche nastri, CD) n Dispositivi di Input/Output (video, tastiera, stampanti,…)

38 FUNZIONAMENTO n Programmi e dati risiedono in file memorizzati in memoria secondaria. n Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria primaria. n La cpu e’ in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi

39 FUNZIONAMENTO RAM hard disk programma copia il programma in RAM esegui le istruzioni del programma CPU

40 LA MEMORIA PRINCIPALE n Sequenza di celle di memoria n Ogni cella memorizza un byte n Fisicamente e’ fatta di componenti elettronici (transistors) miniaturizzati n Ogni unita’ elementare puo’ trovarsi a due diversi livelli di tensione elettrica: ecco il corrispettivo fisico del bit

41 LA MEMORIA PRINCIPALE n Le celle sono numerate in sequenza: il numero di ogni cella costituisce il suo indirizzo n Specificando l’indirizzo di una cella, la cpu e’ in grado di leggere e/o modificare il valore del byte memorizzato in quella cella n Random Access Memory (RAM), perche’ ogni cella e’ indirizzabile direttamente.

42 LA MEMORIA PRINCIPALE (LA RAM) …………

43 DIMENSIONI DELLA RAM n Spazio di indirizzamento: insieme o numero delle celle indirizzabili direttam. n Il numero di celle indirizzabili e’ una potenza di due. Con: –16 bit si indirizzano 2 16 celle = celle –32 bit si indirizzano 2 32 = celle –…..

44 UNITA’ DI MISURA DELLA MEMORIA n Si usano delle unita’ di misura per indicare la dimensione della memoria: – kilobyte (KB) = 1024 byte (2 10 byte) –megabyte (MB) = 1000 KB (2 20 B) –gigabyte (GB) = 1 miliardo di byte n Quindi: –con 16 bit si indirizzano 64KB di memoria – con 32 bit si indirizzano 4GB di memoria

45 DIMENSIONI TIPICHE DELLA RAM n Nei Personal computer: –8, 16, 32, 64, 128 Megabyte –una volta era un lusso avere 64 KB n Nei Mainframe/Workstations: –32, 64, 128, 256, …., Megabyte n Ricordatevi che la memoria e’ espandibile (fino ad un certo limite)

46 ALTRE INFO. SULLA RAM: LA PAROLA O WORD n La parola (word) di un computer: quanti bit possono essere letti/scritti/usati dalla cpu con un unico accesso alla memoria (16, 32, 64, 128 bit) n Piu’ grande e la parola, maggiore e’ la potenza del computer (vedasi le playstations)

47 ALTRE PROPRIETA’ DELLA RAM n La ram e’ veloce: per leggere/scrivere una cella ci vogliono, in media nanosecondi (millesimi di milionesimi di secondo = 30 * ) n la ram e’ volatile: e’ fatta di componenti elettronici, e se togliete l’alimentazione perdete tutto n La ram e’ costosa (relativamente)

48 LA MEMORIA SECONDARIA (L’HARD DISK) n Programmi e dati risiedono normalmente in memoria secondaria. n Quando si lancia un programma questo viene copiato dalla memoria secondaria (di solito un hard disk) in memoria primaria. Questa operazione si chiama caricamento (eseguita dal sistema operativo).

49 L’HARD DISK: n E’ fatto di supporti magnetici permamenti, gestiti mediante dispositivi meccanici. n Tempi di accesso dell’ordine dei 100 x micro/millisecondi. n Spazio disponibile: –Hard disk: 6, 8, 10, 20, 30 Gigabyte (una volta era un lusso avere 20 Megabyte) –Floppy disk (3.5”): 1.44 Megabyte (obsoleto ma, incredibilmente, ancora in uso)

50 I BLOCCHI DELL’HARD DISK n Nell’hard disk la memoria e’ organizzata in blocchi di dimensione fissa (512B, 1KB,2KB,..) indirizzabili direttamente n La lettura/scrittura del disco avviene sempre in blocchi, per risparmiare tempo (pensate al tempo perso se si dovesse leggere un byte per volta!) n Il disco e’ quindi formattato in blocchi

51 MEMORIA PRIMARIA VS MEMORIA SECONDARIA RAMHARD DISK veloce (nanosec)lenta (microsec) piccola (Megabyte)grande (Gigabyte) volatilepermanente Notate che, in teoria, il computer potrebbe funzionare con la sola ram o il solo harddisk

52 NASTRI MAGNETICI, CD, DVD n Nastri: accesso sequenziale, cioe' molto lento. Usati per i backup, economici n CD: 650 MB; Lettore CD 24X? Legge 24 volte piu' veloce di un lettore musicale n DVD: circa 6 GB; stesso supporto fisico dei CD, ma i dati sono rappresentati in modo diverso.

53 IL PROCESSORE - CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT) n Si occupa di eseguire i programmi che sono scritti in linguaggio macchina n I programmi sono fatti di istruzioni n le istruzioni sono operazioni elementari: –somma due numeri, confronta due numeri,

54 LE ISTRUZIONI MACCHINA Codice istruzione | argom. 1 | argom o 32 o 64 bit di lunghezza esempio: "add "

55 IL SET DI ISTRUZIONI MACCHINA n Ogni tipo di processore e’ in grado di eseguire un numero limitato (40/100) di istruzioni n Istruzioni aritmetiche, logiche, di spostamento, di lettura/scrittura in memoria, di salto. n Combinando in modo diverso sequenze anche molto lunghe di istruzioni (i programmi) si possono far fare al computer tantissime cose completamente diverse

56 COSA FA LA CPU: n Esegue in modo ciclico: –preleva dalla memoria centrale la prossima istruzione da eseguire; –esegui l’istruzione –ripeti tutto n Alla velocita’ del clock (700, 800,... MHz) (es.: 800 milioni di cicli al secondo)

57 LE COMPONENTI DELLA CPU: I REGISTRI n piccole unita’ di memoria (2, 4, 8 byte) con tempi di accesso molto piu’ bassi delle celle della memoria primaria n Ospitano le informazioni necessarie per eseguire l’istruzione corrente n In numero molto limitato perche' molto costosi da realizzare

58 LE COMPONENTI DELLA CPU: Il Program Counter (PC) –contiene l’indirizzo in memoria centrale della prossima istruzione da eseguire. –All’inizio dell’esecuzione di un programma viene caricato con l’indirizzo della prima istruzione di quel programma. –Ad ogni struzione eseguita viene il PC viene modificato per contenere l’indirizzo della istruzione successiva

59 LE COMPONENTI DELLA CPU: I REGISTRI GENERALI n I registri generali: R1, R2, R3,... –in numero di 8, 16, 64 –sono usati come memorie temporanee per contenere gli operandi delle istruzioni e i risultati parziali durante l’esecuzione delle istruzioni.

60 UN PROGRAMMA IN LINGUAGGIO MACCHINA (ASSEMBLER) LOAD 3568 R1 LOAD 3574 R2 ADD R1 R2 STORE R JUMP 1000 …… STORE R

61 PROBLEMA: n La RAM e' molto piu' lenta della CPU n La RAM e' un collo di bottiglia n A che serve spendere soldi per una CPU molto veloce se poi non possiamo sfruttarla?

62 SOLUZIONE: LA MEMORIA CACHE n livello di memoria intermedio tra i registri e la ram. n per memorizzare i dati usati piu’ spesso senza doverli recuperare RAM n 64KB, 128KB, 256KB, 512KB n interna o esterna alla CPU n Influisce moltissimo sulle prestazioni e il costo della CPU (e quindi del computer)

63 LA MEMORIA CACHE RAM hard disk programma copia il programma in RAM per l'esecuzione esegui le istruzioni del programma CPU cache gram copia un pezzettino di programma e dei dati in cache

64 MEMORIE DI UN COMPUTER Registri16/64 Byte100 * picosec. Cache128/512 KBnanosecondi RAM16/256 MB10 * nanosec Hard disk2/10 GB10 * microsec. Nastri> 10 GBmillisecondi

65 DISPOSITIVI DI INPUT/OUTPUT (I/O, PERIFERICHE) n Terminali. Tastiera + Video: –risoluzione, dimensione in pollici,… n Stampanti: –ad aghi, a getto, d’inchiostro, laser,… n Modem: per collegarsi in rete n Scanner: per digitalizzare le immagini n lettori CD, CDrw, DVD,...

66 I PROGRAMMI (IL SOFTWARE!!!) n Qualcosa di assolutamente immateriale, memorizzato mediante supporti magnetici ed elettronici che dice al computer cosa fare n Il computer e’ programmabile. Usando programmi (sequenze di istruzioni) diversi, gli facciamo fare cose diverse

67 IL SOFTWARE DI BASE n Si ma: dobbiamo impartire ordini al computer usando solo il codice binario??? n Ovviamente no: il computer e’ dotato di alcuni programmi (il software di base) che rendono il computer facile da usare n Questi programmi trasformano il computer in una macchina virtuale, piu’ vicina alle esigenze dell’utente che puo’ cosi’ ignorare i dettagli implementativi.

68 IL SOFTWARE DI BASE n Il sistema operativo: che permette di – sfruttare le risorse del computer in modo semplice e (si spera) intuitivo (si pensi ad esempio alle interfacce grafiche) –usare i programmi che ci interessano (di scrittura, di studio, i videogames) senza preoccuparci di come questo avvenga all’interno del computer

69 IL SOFTWARE DI BASE n I Linguaggi di programmazione ad alto livello, che permettono di: –scrivere i propri programmi, cioe’ di usare il computer come vogliamo noi –di poter usare questi programmi su qualsiasi (beh, quasi) computer (questa si chiama portabilita’)

70 IL SISTEMA OPERATIVO n E’ di gran lunga il programma piu’ importante che gira su un qualsiasi computer n Senza il Sistema Operativo (SO) il computer sarebbe scomodissimo e complicatissimo da usare.

71 COSA FA IL SIST. OPERATIVO? n Gestisce in modo efficiente le risorse del computer: cpu, memoria, periferiche. n "Capisce" i comandi dell’utente: mouse e clicks, esecuzione di programmi,… n Nasconde all’utente tutti i problemi di gestione delle varie parti del computer

72 LA CIPOLLA DEL SISTEMA OPERATIVO INTERFACCIA con L'utente GESTIONE MEMORIA/RISORSE dove si eseguono i programmi

73 LE FUNZIONI PRINCIPALI DEI SO n Gestione del processore n gestione della memoria principale n gestione della memoria virtuale n gestione della memoria secondaria (il file system)

74 L’ESECUZIONE DEI PROGRAMMI Quando clicckate 2 volte sull’icona di un programma, il S.O.: n cerca il programma sull’hard disk n copia il programma in memoria centrale n imposta il Progr. Counter con l’indirizzo in memoria centrale della prima istruzione del programma

75 LA GESTIONE DEI PROCESSI n Il ruolo del processore e’ di eseguire i programmi n Un processo e’ un programma in esecuzione

76 SISTEMI MONO-USER/TASKING n Un solo utente puo’ eseguire un programma per volta. n Il programma viene lanciato, esegue le proprie funzioni e termina. n Ma la CPU viene sfruttata al meglio?

77 NEI SIST. MONO-USER/TASKING SI SPRECA UN SACCO DI TEMPO! n La CPU e’ molto piu’ veloce dei dischi e delle periferiche, e passa la maggior parte del suo tempo in attesa del completamento delle operazioni di questi devices n durante l’attesa si dice che la CPU e’ in uno stato inattivo detto idle

78 ESEMPIO (1): n Un processo richiede l’esecuzione di 1000 istruzioni. Ogni istruzione richiede 1 microsec. di CPU. (tempo tot. = 1millisec.) n A meta’ esecuzione e’ richiesta la lettura di un dato su hard disk. Tempo di lettura = 1 millisec. n Durata totale dell’esecuzione = 2 millisec. n Idle time = 1millisec = 50% del tempo di esecuzione = TEMPO SPRECATO!

79 ESEMPIO (2): n Processo = 1000 istruzioni. Ogni istr. =1 microsec. (tempo tot. = 1millisec.) n A meta’ esecuz. e’ richiesto un dato all’utente. Tempo di reazione = 1 sec. n Durata totale = 1001 millisecondi n Idle time = 1sec = 99,9% del tempo di esecuzione = TEMPO SPRECATO!!!!!!!!

80 SOLUZIONE: n Quando la CPU e’ idle (insomma, quando non ha nulla da fare) la si puo’ sfruttare per eseguire (parte di) un altro processo. n Quando un processo si ferma (e.g., in attesa di un dato dall’utente) la CPU puo’ eseguire le istruzioni di un altro processo n Chi si occupa di realizzare questa alternanza di processi? Il S.O. (ci risparmiamo il come).

81 IL MULTI-TASKING: n Piu’ programmi possono essere eseguiti contemporaneamente n In realta’ in esecuzione c’e’ sempre un solo processo, ma se l’alternanza e’ molto frequente, si ha un’idea di simultaneita’ n si dice che il sistema e’ multi-programmato.

82 GLI STATI DI UN PROCESSO in un S.O. MULTI-TASKING pronto In attesa In esecuzione terminazione I/O terminato o risorsa disponibile Richiesta di I/O o risorsa creazione

83 SI, MA CHE SUCCEDE SE…: n Un processo non si ferma mai in attesa di I/O o di una risorsa? n Piu’ utenti vogliono usare il computer? n E’ necessario far si che la risorsa piu’ importante del computer - la CPU - sia distribuita equamente tra i processi (dello stesso utente e di utenti diversi)

84 IL TIME SHARING: n Ad ogni processo viene assegnato un quanto di tempo (e.g., 10 millisec). Nel quale puo’ usare la CPU. n Terminato il quanto di un processo, il processo viene sospeso e la CPU viene assegnata ad un altro processo. n Un processo puo’ usare meno del quanto che gli spetta: deve eseguire operazioni di I/O oppure ha terminato la sua computaz.

85 EFFETTI DEL TIME SHARING: n L’esecuzione di piu’ processi appare avvenire realmente in parallelo (questo parallelismo, pero’, e’ solo virtuale). n Piu’ utenti possono usare allo stesso tempo il computer, perche’ la CPU viene assegnata periodicamente ai processi dei vari utenti (e.g., ogni 10 o 100 millisec.) n Ovviamente, piu’ processi e piu’ utenti ci sono e piu’ le prestazioni si degradano

86 GLI STATI DI UN PROCESSO in un S.O. TIME SHARING pronto In attesa In esecuzione terminazione I/O terminato o risorsa disponibile Richiesta di I/O o risorsa creazione E’ finito il quanto di tempo

87 I p1 p2 p3 p2 p1 p3

88 GESTIONE DELLA MEMORIA PRINCIPALE n Il problema e’: data la memoria primaria del computer, come dobbiamo usarla per far “girare” i processi in esecuzione?

89 SISTEMI MONO-PROGRAMMATI n Una porzione di memoria per il S.O., una porzione per caricare il programma da eseguire. Sistema operativo Processo utente

90 SISTEMI MULTI-PROGRAMMATI n Pero', se si vogliono eseguire "contemporaneamente" piu' programmi, dobbiamo prevedere un'area per ognuno di essi. n Nel caso piu' semplice, il S.O. assegna un pezzo di memoria a ciascun programma.

91 PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA n E’ fissato a priori il numero e le dimensioni delle partizioni: Sistema operativo 200 KB 100KB

92 PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA La strategia e’ facile da implementare, ma: n Si spreca spazio all’interno delle partizioni perche’ un processo non ha sempre le dimensioni esatte della partizione in cui e’ allocato. Questo problema si chiama: FRAMMENTAZIONE INTERNA

93 PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA n Una partizione libera puo’ rimanere inutilizzata se ha una dimensione inferiore a quella di un processo che deve essere eseguito. Questo problema si chiama: FRAMMENTAZIONE ESTERNA

94 PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA n I processi con dimensione maggiore della partizione piu’ grande non possono mai essere eseguiti n Del resto, se si prevedono partizioni troppo grandi si ha una eccessiva frammentazione interna. Se sono troppo piccole si ha troppa framment. esterna.

95 PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOC.CONT. VARIABILE n Principio: allocare quando richiesto la quantita’ di memoria necessaria. n Scompare la frammentazione interna S.O. Area libera 400KB S.O. Area libera 350KB 50 KB

96 MEMORIA VIRTUALE Problema: –Memoria principale = 1MB –Dimensione del Processo 1 (P1) = 800KB –Dimensione del Processo 2 (P2) = 700KB Possiamo eseguirli contemporaneamente? Con le tecniche che abbiamo visto finora, no?

97 MEMORIA VIRTUALE: SWAPPING n Quando il processo in esecuzione si ferma, la sua immagine e’ copiata in un’area riservata al S.O. in memoria secondaria (swap area) n L’immagine del nuovo proc. in esecuzione puo’ ora essere copiata in memoria primaria n Quando un proc. esce dallo stato di attesa, prima che possa diventare pronto, la sua immagine deve essere ricaricata in memoria primaria

98 MEMORIA VIRTUALE: SWAPPING n Parliamo di memoria virtuale, perche’ di fatto, sono in esecuzione contemporaneamente due processi la cui dimensione totale e’ maggiore delle dimensioni della memoria reale.

99 MEMORIA VIRTUALE: Segmentazione n Nello swapping, l’immagine di un processo sta tutta in memoria primaria o in mem. Secondaria n Se un processo e’ troppo grande non si puo’ comunque eseguire. n Ma allora, perche’ non tenere in mem. Primaria solo la parte di un processo che serve in quel momento?

100 MEMORIA VIRTUALE: segmentazione n Ad esempio, nel programma WORD: –Un utente esperto non usera’ mai il manuale in linea. Serve caricarlo in memoria? –La scrittura di una lettera non richiede la produzione di disegni. Serve caricare in memoria il codice per disegnare, che non verra’ mai usato (cioe’ eseguito dalla cpu)?

101 MEMORIA VIRTUALE: segmentazione n Nella gestione della memoria a segmenti, vengono effettivamente caricati in mem. Primaria solo i pezzi del programma in esecuzione che servono in quel momento. n Ma che succede se il processo deve usare un pezzo di programma che manca?

102 MEMORIA VIRTUALE: segmentazione n Si verifica un segment fault: il S.O. si accorge che il segmento manca. Sospende il processo relativo e fa partire le operazioni per recuperare dalla memoria secondaria il segmento mancante e copiarlo in memoria primaria n Intanto, un altro processo puo’ usare la cpu. n Quando la segmento mancante e’ disponibile, il processo sospeso puo’ ripartire (e’ pronto)

103 GESTIONE DELLA MEMORIA SECONDARIA:IL FILE SYSTEM n I file di un computer sono memorizzati in maniera permanente sull’hard disk. n Fisicamente, i file sono memorizzati in blocchi (o record fisici) di dimensione fissa variabile tra 512 a 4kB n Logicamente, i file sono organizzati in una struttura ad albero detta File System

104 IL FILE SYSTEM n Non ha senso tenere tutti i file insieme. Conviene raggrupparli a seconda dell’uso. n Il S.O. mette a disposizione dei file particolari: le cartelle (o folder, o directory) che sono usati per contere file e altre altre cartelle. n Per mezzo delle cartelle e’ quindi possibile dare una struttura al file system. In particolare una struttura gerarchica ad albero

105 IL PATHNAME DI UN FILE n All’interno del file system, il percorso che si deve compiere per raggiungere quel file. n Ossia: la successione di cartelle che si deve attraversare per raggiungere il file, a partire dalla radice del file system n Nella stessa cartella non ci possono essere due file con lo stesso nome, quindi il pathname di un determinato file e’ sempre unico.

106 OPERAZIONI SUI FILE Il S.O. fornisce vari supporti per: n Operare sui file (leggere, modificare, rimuovere, rinominare, stampare,…) n Usare il file system (creare, (ri)nominare, rimuovere, copiare, spostare, leggere il contenuto delle cartelle) n Proteggere i file (ad esempio si puo’ proibire la modifica, o la lettura, o la rimozione di (gruppi di) file.

107 Colleghiamo piu’ computer in rete per: n scambiare informazioni (scambio di documenti, , mailing-list, newsgroups, web, …) n condividere risorse (periferiche e hard disk in comune, computazioni distribuite, …) n aumentare la tolleranza ai guasti (se un computer si rompe, un altro puo’ sostituirlo) RETI DI COMPUTER

108 TIPI DI RETI (dal punto di vista della loro estensione) n Rete locale (LAN - Local Area Network): collega due o piu’ computer in un area non piu’ grande di un palazzo. Collega i computer di un laboratorio, gruppo di lavoro, ufficio, ditta. n Internet: la rete delle reti. Collega fra loro reti locali e singoli computer di tutto il mondo n Rete metropolitana: concettualmente simile ad una rete locale, collega computer di una singola organizzazione (es.: Banca con filiali cittadine).

109 TIPI DI RETI LOCALI: LINEARI (ETHERNET, APPLETALK) n Ethernet e’ il tipo di rete locale piu’ diffuso. n Qualsiasi computer di qualsiasi tipo prevede la possibilita’ di usare una scheda Ethernet per connettersi alla rete locale PC1PC2PC3PC4

110 TIPI DI RETI LOCALI: AD ANELLO (IBM) PC2 PC3 PC4 PC1

111 TIPI DI RETI LOCALI: A STELLA n HUB: dispositivo hardware specializzato che smista le comunicazioni dei computer PC2PC1 PC4PC3 hub

112 TIPI DI RETI LOCALI: A TOPOLOGIA MISTA hub

113 SISTEMI OPERATIVI DI RETE (LOCALE) n In una LAN si vogliono condividere le risorse, di solito, come minimo, stampanti e hard disk. n Il S.O. deve permettere anche l’uso di quelle risorse che non sono fisicamente collegate al computer su cui si sta lavorando. n I S.O. dei compuer in rete devono quindi dialogare fra loro per permettere la condivisione delle risorse.

114 FILE SYSTEM DISTRIBUITO n Parliamo di file system distribuito quando l’utente del file system vede un’unica struttura ad albero, e non si accorge che alcune parti dell’albero (sub-tree) risiedono in realta’ sull’hard disk di un altro computer della rete. n Il S.O. maschera completamente la situazione. (in Unix, nel S.O. Windows un po’ meno) n E’ possibile configurare in file system distribuito in molti modi diversi, prendendone “pezzi” dalle varie macchine in rete

115 SISTEMI OPERATIVI DISTRIBUITI n Versione piu’ sofisticata dei S.O. di rete n Quando l’utente di un computer esegue un programma, non e’ detto che questo venga fatto girare sulla CPU locale: il S.O. si occupa di selezionare il computer (e quindi la CPU) piu’ scarica su cui il processo deve girare. n I S.O. distribuiti sono ancora in fase di studio. Non esiste nulla a livello commerciale

116 TRASMISSIONE SERIALE O PARALLELA Si supponga di dover trasmettere un byte: n Se il canale di comunicazione e’ fatto di un solo filo, dobbiamo trasmetterlo serialmente, un bit dopo l’altro. n Se il canale di comunicazione‘ fatto di 8 fili, possiamo trasmettere il byte in un colpo solo. Gli otto bit sono trasmessi in parallelo.

117 TRASMISSIONE SERIALE O PARALLELA n La trasmissione parallela e’ piu’ veloce, ma piu’ costosa da implementare, e viene usata di solito solo per collegamenti punto a punto e molto corti (es.: computer - stampante) n La trasmissione seriale e’ quella normalmente usata nelle reti, locali e non locali. n In una LAN Ethernet, la trasmissione avviene a 10 o 100Mbit/sec (cioe’ almeno 1MByte/sec)

118 PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE n I computer di una rete, per comunicare si scambiano dei messaggi. Ogni messaggio deve contenere: –l’indirizzo del mittente e del destinatario –il tipo di servizio richiesto ed eventuali dati n Ad esempio, il PC A puo’ richiedere al PC B la stampa di un file sulla stampante connessa a B n Il protocollo deve essere anche in grado di gestire gli errori di comunicazione

119 PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE n TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) e’ il protocollo di comunicazione usato in internet e anche nella maggior parte delle altre reti. n Praticamente tutti i servizi offerti da Internet, compreso il web, sono costruiti usando TCP/IP

120 TRASMISSIONE DIGITALE O ANALOGICA n Nelle reti locali, la comunicazione tra due computer passa di solito su cavi dedicati, installati esplicitamente per la rete, e adatti per la trasmissione digitale delle informazioni. n (Semplificando un po’) su questi cavi si ha una variazione del livello di tensione fra due valori, che corrisponde alla trsmissione di bit di valore zero oppure 1.

121 TRASMISSIONE DIGITALE O ANALOGICA n Per le comunicazioni su lunga distanza, si cerca di sfruttare le reti di comunicazione esistenti, come ad esempio la rete telefonica. n La rete telefonica e’ pero’ fatta per comunicare la voce, cioe’ un segnale analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze. n Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer

122 IL MODEM COMPUTERMODEM Segnale digitale MODEMCOMPUTER Segnale digitale Segnale analogico linea telef.

123 IL MODEM n I modem attuali hanno velocita’ di trasmissione di , , , bit/sec. Ossia una velocita’ massima di non piu’ di 6 kByte/sec n Se due computer comunicano con un modem, la velocita’ di comunicazione e’ sempre quella del modem piu’ lento. n Il modem e’ usato soprattutto per le comunicazioni private (ad esempio un utente che si collega ad internet tramite il suo provider)

124 COMUNICAZIONE SU LINEA DEDICATA O COMMUTATA n Quando due computer sono connessi direttamente da un cavo di comunicazione, si parla di linea dedicata di trasmiss./comunic. n Nel caso piu’ generale, e soprattutto su internet, la comunicazione tra due computer avviene attraverso computer intermedi, che fanno da tramite tra i due che devono comunicare, ritrasmettendo i loro messaggi. Si parla allora di comunicazione su linea commutata

125 LINEE COMMUTATE : IL TELEFONO n I telefoni di un distretto telefonico fanno capo ad una centrale di smistamento, che comunica con le centrali degli altri distretti. n Quando telefoniamo, la chiamata viene fatta passare attraverso una o piu’ centrali, fino a raggiungere il numero chiamato. n Comunicando fra loro, le centrali costruiscono una connessione diretta fra i due telefoni, che dura tutto (e solo) il tempo della telefonata.

126 UNA SEMPLICE RETE A LINEA COMMUTATA A CD B Con le linee commutate si risparmiano soldi

127 TRASMISSIONE A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO n Quando due telefoni comunicano, la linea e’ occupata: nessuno puo’ chiamare quei telefoni. n Che succede se usiamo una comunicazione a commutazione di circuito su internet? n DISASTRO: qualsiasi servizio offerto sarebbe disponibile ad un solo utente per volta. n Ad esempio, chi riesce a connettersi ad un sito web lo puo’ usare in esclusiva per tutto il tempo che vuole. DISASTRO

128 TRASMISSIONE A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO n Ogni messaggio e’ diviso in tanti pacchetti numerati di dimensione fissa. n Ogni pacchetto contiene l’indirizzo del computer destinatario e del mittente. n Ogni pacchetto e’ trasmesso separatamente. Una volta inviato, il mittente se ne disinteressa n Ogni pacchetto fa (virtualmente) una strada diversa per arrivare al destinatario

129 TRASMISSIONE A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO n I pacchetti non arrivano necessariamente nello stesso ordine con cui sono stati inviati n Il destinatario aspetta di aver ricevuto tutti i pacchetti per ricomporli e ricostruire il msg. n Ogni pacchetto occupa il mezzo di trasmissione e la scheda di rete per un tempo molto breve n Si ha un effetto di parallelismo: ogni computer puo’ essere coinvolto contemporaneamente in piu’ comunicazioni

130 INSTRADAMENTO DEI PACCHETTI (ROUTING) n Come far arrivare i pacchetti a destinazione? n Ogni nodo della rete mantiene una tabella che indica a quale/quali vicini ritrasmettere un pacchetto non destinato a lui, in base all’indirizzo di destinazione del pacchetto. n La scelta del nodo a cui inoltrare il pacchetto dipende anche da situazioni temporanee di carico della rete, guasti, ecc.

131 COMMUTAZIONE DI PACCHETTO (PACKET SWITCHING) A B Y Z X W A 2 2

132 QUINDI, QUANDO VI COLLEGATE AD INTERNET CHIAMANDO IL VOSTRO PROVIDER COL TELEFONO: n Dal telefono di casa vostra al provider e’ in corso una comunicazione a commutazione di circuito (la vostra linea e’ occupata, perche’ state effettuando una chiamata telefonica) n dal provider verso qualsiasi punto di internet al quale decidete di collegarvi, la comunicazione e’ a commutazione di pacchetto.

133 NAMING n Ogni computer di una rete deve avere un nome logico unico. Il nome logico e’ usato dagli utenti della rete per comunicare con quel computer n Il computer ha anche un indirizzo fisico: l’indirizzo con il quale il software che gestisce le comunicazioni in rete localizza e gestisce la comunicazione con quel computer. n Deve essere gestita una corrispondenza tra il nome logico e l’indirizzo fisico del computer

134 INTERNET n Collega fra loro reti locali e metropolitane di tutto il mondo. n La comunicazione tra le sottoreti avviene sfruttando canali di comunicazione dedicati ad alta tecnologia (ISDN, ATM, fibre ottiche) che consentono velocita’ di trasmissione dell’ordine di decine o centinaia di Megabit/sec n Ovviamente non avrebbe senso usare la rete telefonica, che e’ troppo lenta

135 INTERNET n Ogni rete locale “si affaccia su Internet” attraverso un dispositivo (un vero e proprio computer ) detto router. Il router si occupa di smistare il traffico dei pacchetti in uscita ed in entrata nella rete locale rispetto a internet n Al router e’ spesso associato anche un dispositivo detto firewall. Il firewall protegge la rete locale da accessi indesiderati dall’esterno (e in alcuni casi, viceversa)

136 INTERNET n I vari servizi offerti da internet sono costruiti col protocollo di comunicazione TCP/IP. Oltre al Web, i piu’ importanti sono: n (Electronic Mail) n FTP (File Transfer Protocol) Permette di trasferire file tra computer n TELNET Permette di collegarsi a qualsiasi computer, e usarne le risorse (cpu e hard disk) come se fosse sulla nostra scrivania n Win95 non ha tutte le funzionalita’ di UNIX

137 INDIRIZZAMENTO IN INTERNET n Gli indirizzi logici Internet hanno la forma: aaa.bbb.ccc e sono organizzati in domini e sotto domini n I domini possono essere geografici: xxx.yyy.it aaa.bbb.uk jjj.kkk.ca n o di altro tipo: aaa.com bbb.ccc.ddd.net xxx.gov

138 INDIRIZZAMENTO IN INTERNET n All’interno dei domini vi sono i sotto-domini, sotto-sotto-domini, e cosi’ via, fino eventualmente a raggiungere lo specifico computer della rete locale relativa: –xxx.unito.it (sotto-dominio dell’univ. di Torino) –di.unito.it (sotto-sotto-dominio del Dip. Di Informat., a cui corrisponde fisicamente la rete locale del Dip. –Pianeta.di.unito.it (uno dei computer della rete locale del Dipartimento di Informatica dell’Univ. Di Torino, Italia)

139 INDIRIZZAMENTO IN INTERNET n Gli indirizzi logici sono usati solo per comodita’ degli utenti. I veri indirizzi Internet, (detti indirizzi fisici), sono numerici. Ad esempio: –pianeta.di.unito.it = F 130 = dominio.it F 192 = sotto-dominio.unito F 239 = rete locale del Dip. di Informatica F 1 = il computer pianeta

140 IL DOMAIN NAME SERVICE (DNS) n Il meccanismo di gestione degli indirizzi internet e’ chiamato Domain Name Service (DNS) n Ogni dominio e’ gestito da un computer che contiene l’associazione tra i nomi logici e gli indirizzi fisici di ogni suo sotto-dominio n Ogni sottodominio e’ gestito da un computer che contiene l’associazione tra i nomi logici e gli indirizzi fisici di ogni suo sotto-sotto-dominio n In questo modo e’ facile localizzare qualsiasi punto della rete usando solo nomi logici.

141 IL DOMAIN NAME SERVICE (DNS) n Ad esempio, se da un pc negli USA si vuole comunicare con la macchina pianeta.di.unito.it. n Viene contattato il gestore del dominio.it (130) n che contatta il gestore del dominio.unito (192) n che contatta il gestore del dominio.di (239) n che sa che la macchina pianeta, all’interno della rete locale.di (239) ha numero 1. n Viene quindi restituito l’indirizzo fisico che sara’ usato nella comunicazione:

142 CENNI DI PROGRAMMAZIONE n Il computer esegue programmi n Un programma eseguibile dal computer e’ una sequenza di istruzioni macchina comprensibili da quel computer. n Usando sequenze diverse di istruzioni, e dati diversi, possiamo far fare al computer le cose piu’ disparate

143 CENNI DI PROGRAMMAZIONE n Pero’ scrivere programmi in linguaggio macchina (in assembler) e’ scomodo, perche’ il linguaggio e’ molto distante da quello umano. n Inoltre, un programma in assembler gira solo su un tipo di cpu, e sarebbe comodo poter usare lo stesso programma su cpu e con S.O. diversi senza doverlo riscrivere ogni volta (portabilita’)

144 LING.DI PROGRAMMAZIONE AD ALTO LIVELLO n I linguaggi di programmazione ad alto livello permettono di scrivere programmi con una notazione adatta agli esseri umani, e in alcuni casi molto intuitiva. n Usando degli opportuni traduttori (compilatori ed interpreti) lo stesso programma puo’ essere usato su macchine diverse n Fortran, Cobol, Pascal, Ada, C, C++, Java, Lisp, ML, Prolog,...

145 IL COMPILATORE n Un programma scritto in un linguaggio ad alto livello e’ detto programma sorgente. n Per essere eseguito su un computer, va tradotto nel linguaggio macchina del computer. n Il compilatore e’ un programma che esegue la traduzione, producendo il programma oggetto, ossia una sequenza di istruzioni macchina n Il compilatore segnala anche eventuali errori di sintassi nella scrittura del programma sorgente

146 IL COMPILATORE Programma P scritto nel linguaggio L Compilatore per P sul computer M Programma P’ nel linguag. macchina di M Esecuzione di P’ su M

147 L’INTERPRETE n In alternativa alla compilazione, un programma sorgente puo’ essere interpretato. n Un interprete e’ un programma che non produce alcun programma oggetto, ma legge il ogni istruzione del programma sorgente e genera le istruzioni macchina corrispondenti, che vengono passate all’hardware per l’esecuzione.

148 COMPILATORI VS INTERPRETI n In un programma compilato, la traduzione avviene una sola volta, e poi il programma oggetto puo’ essere eseguito quanto si vuole n In un programma interpretato, la traduzione avviene tutte le volte che si esegue il progr. n Molti linguaggi permettono entrambe le scelte n Attualmente, i computer sono cosi’ potenti che anche la compilazione di lunghi programmi non richiede molto tempo.

149 IL CONCETTO DI ALGORITMO n Un algoritmo e’ una sequenza di passi necessari per risolvere un problema o eseguire una computazione n In alcuni casi, lo stesso problema/computazione puo’ essere risolto in modi diversi, ai cui corrispondono diversi algoritmi n Un programma non e’ altro che la descrizione di un algoritmo scritta nel linguaggio di programmazione scelto.

150 IL CONCETTO DI VARIABILE n Per eseguire una qualsiasi computazione, abbiamo bisogno di poter immagazzinare i risultati temporanei e finali della computazione stessa. n Ogni linguaggio ad alto livello mette a disposizione le variabili: “contenitori” in cui immagazzinare i dati della computazione n Concettualmente, le variabili sono come pezzi di carta su cui si possono annotare/modificare i valori di un calcolo che si sta facendo

151 IL CONCETTO DI VARIABILE n Ogni variabile ha un nome mnemonico, che si usa nel programma per riferirsi alla var. stessa. n Una variabile contiene un valore che puo’ essere modificato a piacimento n Durante l’esecuzione di un programma, il sistema operativo mantiene una associazione tra il nome di ogni var. e l’indirizzo della cella di memoria in cui e’ memorizzato il suo valore n Quindi una variabile e’ semplicemente una astrazione della cella di memoria fisica.

152 IL CONCETTO DI VARIABILE n Quando si scrive un programma e’ necessario dichiarare quali variabili vogliamo usare. n Le variabili possono essere di tipo diverso, per indicare che le usiamo per memorizzare dati di tipo diverso: –Variabile LETTERA, tipo: carattere; –Variabile SOMMA, tipo: intero;

153 L’IMPORTANZA DELLE VARIABILI n Le variabili sono lo strumento fondamentale per assicurare la flessibilita’ dei programmi. n Lo stesso programma, eseguito con variabili di valore diverso da risultati diversi. Lo stesso programma si adatta cioe’ alle esigenze del momento, senza dover essere riscritto

154 ESEMPIO D’USO DI VARIABILI Program SILLY begin Variables: YEARS,DAYS, type integer; read YEARS from input; DAYS := YEARS * 365; print DAYS; end

155 COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR. n Definizione delle variabili che verranno usate nel programma, e del loro tipo: int PIPPO, PLUTO; char NOME; float RISULTATO;

156 COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR. n Istruzioni elementari: assegnamento di un valore ad una variabile: PIPPO := 5; PLUTO := 7; RISULTATO := PIPPO/PLUTO

157 COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR. n Azioni condizionali: if (NOME = daniele) then RISULTATO = 0; else { PIPPO := 5; PLUTO := 7; }

158 COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR. n Azioni ripetute: while (PIPPO * PLUTO < 100) repeat { PIPPO := PIPPO+1; PLUTO := PLUTO+1; }

159 DIAGRAMMI DI FLUSSO n Notazione grafica usata per descrivere in modo intuitivo le azioni di cui e’ fatto un algoritmo. n Viene usata per descrivere i passi salienti di un algoritmo, senza doversi preoccupare dei dettagli sintattici del programma corrispondente n Una volta che l’algoritmo e’ stato descritto con un diagramma di flusso, deve pero’ essere trasformato nel programma corrispondente. n Ogni azione e’ rappresentata da un blocco

160 BLOCCHI DI FLUSSO: INIZIO E FINE ALGORITMO START STOP

161 BLOCCHI DI FLUSSO: UNA O PIU AZIONI ELEMENTARI PIPPO := PIPPO + 1; PLUTO := 0

162 BLOCCHI DI FLUSSO: BLOCCO CONDIZIONALE Diagramma 1 Diagramma 2 condizione F T

163 BLOCCHI DI FLUSSO: BLOCCO DI RIPETIZIONE Diagramma 1 condizione T F

164 BLOCCHI DI FLUSSO: INPUT/OUTPUT Input/output

165 THE SILLY PROGRAM start Read YEARS DAYS:= YEARS * 365 print DAYS stop

166 ESEMPIO DI TRADUZIONE variables A, B, X, type integer ……. If (A = B) then X := 1 else X := 2 …….

167 A: locazione 1000B: 1002X: ……. 4730LOAD 1000,R1 4734LOAD 1002,R2 4738LOAD 1004,R3 4342JNE R1,R2, SET R3, JUMP SET R3,2 4358……..

168 IL CONCETTO DI RECORD n Vogliamo mantenere in un file informazioni di tipo anagrafico su un insieme di persone. Per ogni persona vogliamo memorizzare i seguenti attributi: –Nome, Cognome, Data di nascita, Residenza n Ogni attributo prende il nome di campo n L’insieme dei campi prende il nome di record

169 IL CONCETTO DI RECORD n Possiamo assegnare una dimensione fissa ad ogni campo del record. Ad esempio: –Nome : 20 byte –Cognome: 30 byte –Residenza: 40 byte –Data di nascita: 8 byte n E memorizzare un gruppo di record in un file. Il file e’ visto come diviso in tanti record di dimensione fissa

170 IL CONCETTO DI RECORD R0 NOMECOGNOME RESIDENZADATA R1 NOMECOGNOME RESIDENZADATA R2 NOMECOGNOME RESIDENZADATA R3 NOMECOGNOME RESIDENZADATA

171 CAMPI A DIMEN. VARIABILE n Usando campi a dimensione fissa e’ piu’ facile gestire le informazioni nel file, cioe’ inserire, cancellare e cercare un record specifico. n Pero’ i campi a dimensione fissa sprecano spazio, oppure possono essere di dimensione insufficiente. n Si usano allora anche record i cui campi hanno dimensione variabile, in modo da adattarsi esattamente alla lunghezza della informazione da memorizzare

172 IL CAMPO “CHIAVE” n Ogni record contiene di solito un campo in piu’ che contiene un valore progressivo assegnato ai record man mano che sono aggiunti nel file. n Questo campo, detto chiave del record puo’ essere usato per compiere ricerche in modo veloce all’interno del file stesso. n La chiave puo’ avere un significato specifico: numero di CC, codice fiscale, partita IVA. n Il valore della chiave e’ unico: in un file non ci sono due record con lo stesso valore di chiave.

173 IL CAMPO CHIAVE NOMECOGNOME RESIDENZADATA 0 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 2 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 1 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 3 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 4

174 SITUAZIONE PIU’ REALISTICA n Notate che i record sono ordinati per la chiave NOMECOGNOME RESIDENZADATA 6 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 14 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 13 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 18 NOMECOGNOME RESIDENZADATA 20

175 RICERCA SEQUENZIALE DI UN RECORD NEL FILE n Input: valore della chiave da cercare. n While c’e’ un record la leggere –leggi record corrente –if chiave-corrente = chiave da cercare then STOP

176 RICERCA SEQUENZIALE DI UN RECORD NEL FILE n Quante letture/confronti dobbiamo fare in media per trovare il record voluto se ce ne sono N nel file? n Se il record cercato e’ il primo, 1 lettura/confr. n Se il record cercato e’ il secondo, 2 letture/conf. n ….. n Se il record cercato e’ l’ultimo, N letture/confr. n In media: (1+2+…+N)/N = (N+1)/2 ~ N/2

177 RICERCA DICOTOMICA DI UN RECORD NEL FILE n Input: valore della chiave da cercare. n While c’e’ ancora un record da selezionare –Seleziona il record a meta’ del file –if chiave selezionata = chiave da cercare then STOP else if chiave selezionata > chiave da cercare then ripeti tutto usando la prima meta’ del file else ripeti tutto usando la 2 a meta’ del file

178 RICERCA DICOTOMICA DI UN RECORD NEL FILE n Quante letture/confronti dobbiamo fare al massimo con una ricerca dicotomica? n Ad ogni record selezionato, se questo non e’ quello voluto, la porzione di file in cui cercare si dimezza. n Dato un elenco di N elementi, quante volte possiamo dividerlo per 2? Log 2 N

179 RICERCA DICOTOMICA DI UN RECORD NEL FILE n Quindi la ricerca dicotomica e’ piu’ efficiente di quella sequenziale, perche’ dobbiamo fare meno letture/confronti per trovare il record desiderato. n Pero’ la ricerca dicotomica funziona solo se i record del file sono ordinati secondo la chiave

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