Il Software: Obiettivi Programmare direttamente la macchina hardware è molto difficile: lutente dovrebbe conoscere lorganizzazione fisica del computer e il suo linguaggio macchina; un programma dipenderebbe strettamente dalla struttura hardware e ogni piccola differenza hardware comporterebbe una riscrittura del programma.

Questo non è accettabile, vogliamo invece: astrarre dallorganizzazione fisica della macchina, in quanto vogliamo usare nello stesso modo, macchine leggermente diverse dal punto di vista hardware o, al limite, macchine con hardware molto diverso interagire in modo semplice con la macchina; programmare ad alto livello la macchina; infine vogliamo programmi applicativi per svolgere diversi compiti utili (videoscrittura, fogli di calcolo, database, editing di immagini, etc…)

Questi obiettivi vengono raggiunti grazie alla definizione di macchine virtuali che vengono realizzate al di sopra della macchina hardware reale HW macchina virtuale Utente Concetto di Macchina Virtuale

Macchine Virtuali Ogni macchina reale ha un suo linguaggio macchina L 0 le cui istruzioni sono direttamente eseguibili dal processore (HW) Al di sopra di questo linguaggio è possibile definire una gerarchia di linguaggi L i e fornire delle regole per tradurne le istruzioni in opportune sequenze di istruzioni in linguaggio macchina Linsieme di queste nuove istruzioni definisce una macchina virtuale in quanto non esiste fisicamente ma viene realizzata mediante il software La macchina virtuale si occupa della traduzione delle istruzioni al livello L i nell'opportuna sequenza di istruzioni di livello L i-1 che realizza la stessa funzione

Machine virtuali Hardware - Linguaggio macchina L0 Macchina virtuale N - sistema di comandi LN Utente Interprete dei comandi Interfaccia Macchina virtuale 1 - sistema di comandi L1 Interprete dei comandi

Il software fornisce: 1. Un sistema di interazione semplice con la macchina 2. Linguaggi ad alto livello per programmare la macchina; 3. Programmi applicativi per svolgere diversi compiti (videoscrittuta, fogli di calcolo, database, etc…)

supponiamo che l'utente voglia stampare un documento doc1 (un file). A livello fisico questa operazione è complessa e richiede operazioni di trasferimento dati ad esempio dal disco alla stampante (via memoria principale) La macchina virtuale potrebbe fornire all'utente un semplice comando di stampa del tipo: stampa doc1 1. Esempio esecuzione di un comando virtuale

La macchina virtuale deve innanzitutto verificare se si tratta di un comando valido Poi tradurlo nellopportuna sequenza di istruzioni a basso livello per la macchina fisica Grazie a questo livello software si può astrarre dalle caratteristiche fisiche della macchina e della periferica (la stampante) Si può anche fare in modo che macchine differenti siano usabili in modo simile: si tratta, infatti, di costruire al di sopra delle diverse macchine fisiche la stessa macchina virtuale Per ogni comando della macchina virtuale si dovranno però avere diversi programmi di traduzione, uno per ogni tipo di hardware

2. Linguaggi di programmazione Un programma scritto in un linguaggio di programmazione è costituito da una sequenza di istruzioni ad alto livello strutturate in modo complesso Compilatore: traduce il programma intero in un insieme di istruzioni macchina –il programma tradotto si chiama (file) eseguibile Interprete: traduce una istruzione per volta del linguaggio in una sequenza di istruzioni macchina e le esegue

Software di base Sistema Operativo: insieme di programmi che interagiscono e cooperano tra di loro per realizzare due obiettivi fondamentali: –gestire efficientemente il computer e le sue periferiche, cercando di sfruttare al massimo tutte le componenti hardware –creare un ambiente virtuale per facilitare l'interazione uomo-macchina Strumenti per luso di linguaggi ad alto livello: –Interpreti e compilatori –Strumenti per lesecuzione di programmi

Compiti del Sistema operativo Configurazione e accensione macchina Gestione del processore Gestione della memoria principale Gestione di informazione in memoria secondaria (File System) Gestione delle periferiche Interazione utente macchina: interfaccia e interprete comandi Protezione dei dati (sicurezza)

Tipi di sistemi operativi Esistono diversi tipi di sistemi operativi per diverse classi di computer Distinzione fondamentale –sistemi mono-utente –sistemi multi-utente

Il Sistema Operativo Sistemi mono-utente pensati per Personal Computer –IBM PC - Compatibili (DOS - Windows) –Macintosh Due diversi tipi di interazione utente/computer: –interazione testuale (es. MS-DOS per PC-IBM) –interazione grafica (es. Macintosh, Windows,Linux)

Sistemi operativi multi-utente: UNIX (Workstation, PC: LINUX) –Utilizzato per computer collegati in rete –supporta varie interfacce grafiche (a finestre) Windows NT,2000,XP –Utilizzato per computer collegati in rete

Gestione del processore e dei processi Il processore è la componente più importante di un sistema di elaborazione e pertanto la sua corretta ed efficiente gestione è uno dei compiti principali di un sistema operativo Il ruolo del processore è quello di eseguire programmi Si chiama processo un programma in esecuzione

Processore e processi La gestione del processore è in modo: mono-tasking: esegue un programma per volta (MS-DOS) multi-tasking: esegue più programmi contemporaneamente (Windows varie versioni dal 95, Macintosh, UNIX)

qualunque processo alterna fasi di esecuzione a fasi in cui è bloccato in attesa di qualche evento esterno Un processo può essere in attesa che sia terminata unoperazione di input di dati oppure in attesa di poter usare una risorsa in quel momento occupata mentre il processo è bloccato in attesa di eventi esterni, il processore rimane inattivo, in uno stato chiamato idle, e risulta pertanto sotto-utilizzato Limite del mono-tasking

I tempi di lavoro delle periferiche di input/output, o addirittura i tempi di reazione umani sono maggiori di molti ordini di grandezza della velocità del processore (quindi del tempo in cui un processo è in esecuzione)

Multi-tasking Come è possibile eseguire più programmi contemporaneamente sullo stesso processore? Ad ogni istante vi è un solo processo attivo Il processore alterna lesecuzione dei vari programmi Il tempo di lavoro della CPU viene suddiviso tra i vari programmi Se l'alternanza tra i processi è frequente (ad es.10 millisecondi), l'utente ha l'impressione che l'esecuzione dei programmi sia simultanea

A livello macroscopico si ha quindi l'impressione della contemporaneità, mentre a livello microscopico si ha una semplice alternanza sequenziale molto veloce Il tempo di esecuzione, cioè il tempo che intercorre tra l'inizio e la fine del processo, risulta aumentato rispetto al caso mono-tasking a causa dellalternanza con gli altri processi

Un processo può trovarsi in tre diversi stati: in esecuzione, quando sta utilizzando il processore; in attesa (bloccato), quando è in attesa del verificarsi di un evento esterno (terminazione di unoperazione di input/output o altro) pronto, quando è potenzialmente in condizione di utilizzare il processore che è occupato da un altro processo