corso di informatica generale daniele gunetti e-mail: [email protected] indirizzo: dipartimento di...
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CORSO DIINFORMATICA GENERALE
Daniele GunettiE-Mail: [email protected]
Indirizzo: Dipartimento di Informatica,
corso Svizzera 185, Torino
Tel. Ufficio: 011 - 6706768 / 6706711
PROGRAMMA DEL CORSO
Rappresentazione delle Informazioni Architettura del computer (hardware) Il software (Sist. Operativi, I programmi) Reti di Calcolatori (Reti Locali, Internet)
LABORATORIO DEL CORSO
Uso del computer (windows95/98) Word PowerPoint Excel Access Internet
ESAME:
• Scritto + con prova pratica
RAPPRESENTAZIONE DELLE INFORMAZIONI
Idea di fondo: Usare presenza/assenza di carica elettricapassaggio/non passaggio di corrente/luce
BInary digiT (cifra binaria): il BIT
Usiamo cioe’ una rappresentazione binaria
(a due valori) dell’informazione
INFORMAZIONI COMPLESSE
Con 1 bit rappresentiamo solo 2 diverse informazioni:
si/no - on/off - 0/1
Mettendo insieme piu’ bit possiamo rappresentare piu’ informazioni:
00 - 01 - 10 - 11
INFORMAZIONI COMPLESSE
In generale, con N bit, ognuno dei quali puo’ assumere 2 valori, possiamo rappresentare 2N informazioni diverse
viceversa:
Per rappresentare M informazioni dobbiamo usare N bit, in modo che: 2N >= M
ESEMPIO:
Per rappresentare 57 informazioni diverse
dobbiamo usare gruppi di almeno 6 bit. Infatti:
26 = 64 > 57
Cioe’ un gruppo di 6 bit puo’ assumere 64 configurazioni diverse:
000000 / 000001 / 000010 …/ 111110 / 111111
IL BYTE:In informatica ha assunto particolare importanza il concetto di:
byte = 8 bit = 28 = 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.
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:
27 = 128 caratteri diversi
Sufficienti per l’alfabeto anglosassone
ALTRI CODICI DI CODIFICA
ASCII ESTESO– Usa anche il primo bit di ogni byte
– 256 caratteri diversi
– non e’ standard (cambia con la lingua usata) UNICODE
– standard proposto a 16 bit (65.536 caratteri) EBCDIC
– altro codice a 8 bit della IBM (quasi in disuso)
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
IL SISTEMA DECIMALE
10 cifre di base: 0, 1, 2, …, 9 Notazione posizionale: la posizione di una
cifra in un numero indica il suo peso in potenze di 10. I pesi sono:– unita’ = 100 = 1 (posiz. 0-esima)– decine = 101 = 10 (posiz. 1-esima)– centinaia = 102 = 100 (posiz. 2-esima)– migliaia = 103 = 1000 (posiz. 3-esima)– … .. .. .. .. .. ...
ES. DI NUMERO RAPPR. IN NOTAZIONE DECIMALE
Il numerale 2304 in notazione decimale(o in base 10) rappresenta la quantita’:
2304 = 2*103 + 3*102 +0*101 + 4*100 =
2000 + 300 + 0 + 4 = 2304 (numero)Nota: numero e numerale qui coincidono, perche’ il sistema decimale e quello adottato come sistema di riferimento.
IL SISTEMA BINARIO
2 Cifre di base: 0 e 1. Notazione posizionale: la posizione di una cifra in un
numero binario indica il suo peso in potenze di 2. I pesi sono:– 20 = 1 (posiz. 0-esima)
– 21 = 2 (posiz. 1-esima)
– 22 = 4 (posiz. 2-esima)
– 23=8; 24=16; 25=32; 26=64; 27=128; 28=256; 29=512; 210 = 1024; 211=2048, 212=4096;...
ES. DI NUMERO RAPPR. IN NOTAZIONE BINARIA
Il numerale 10100101 in notazione binaria (o in base 2) rappresenta la quantita’:
10100101
1*27+0*26+1*25+0*24+0*23+1*22+0*21+1*20
128 + 0 + 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 1 =
165 (numero)
IL NUMERO PIU’ GRANDE RAPPRESENT. CON N CIFRE
Sist. Decimale = 99…99 = 10N - 1
Sist. Binario= 11..11 = 2N - 1
Esempio: 11111111 (8 bit binari) = 28 -1
= 255. Per rappresentare il n. 256 ci vuole
un bit in piu’: 100000000 = 1*28 = 256.
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: 216 - 1 = 65.535– con 32 bit: 232 - 1 = 4.294.967.295
– con 64 bit: 264 - 1 = circa 1,84 * 1019
Pero’: si possono rappresentare numeri piu’ grandi se si tollera un certo grado di imprecisione.
CONVERSIONE DA BASE 2 A 10
Basta moltiplicare ogni bit per il suo peso e sommare il tutto:
Esempio:10100
1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20 =
16 + 4 = 20
la conversione e’ una somma di potenze (N.B. se il numero binario termina per 1 e’ dispari altrimenti e’ pari).
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’ 20)
– Associare il bit 1 alle potenze che vengono usate nella somma per ricostruire N
– Associare il bit 0 alle potenze non usate.
ESISTONO ANCHE ALTRE BASI DI NUMERAZIONE:
CODICE OTTALE– cifre: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
– 10 (ottale) = 8 (decimale)
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*161+B*160 = 32+11 = 43
NUMERI A VIRGOLA MOBILE (NUMERI FLOATING POINT)
Idea: 12,52 = 1252/100 = 1252 * 10-2
Un numero decimale e’ rappresentato come
un intero moltiplicato per una opportuna
potenza di 10, cioe’ con una coppia:
<1252; -2>
mantissa esponente
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)
NUMERI FLOATING POINT
Con lo stesso metodo possiamo rappresent. Numeri molto grandi. Ad esempio, con 8 bit:
5 bit di mantissa: 11111 = 31
3 bit di esponente: 111 = 3
11111111 = 31 * 107 = 310 milioni
Mentre, con la notazione classica, con 8 bitrappresentiamo al massimo il n. 255
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
<3124; -1> = [312,4 .. 312,5]???
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
CODIFICA DELLE IMMAGINI B/N
Dividere l’immagine in una griglia a righe orizzontali e verticali
Ogni quadratino della griglia e’ un pixel Codificare ogni pixel con:
– 0 se il pixel e’ bianco
– 1 se il pixel e’ nero
Convenire un ordinamento per i bit usati nella codifica
CODIFICA DELLE IMMAGINI B/N
originale
imm. digitale
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)
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 64.000 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.=307.200 Byte)
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.
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: 44000 campionamenti al secondo, 16 bit per campione.
CODIFICA DEI SUONI
Alcuni formati:
• ---.mov
• ---.wav
• ---.mpeg, ---.avi,
• formato midi usato per l’elaborazione
della musica al computer
CODIFICA DEI FILMATI Sono sequenze di immagini compresse:
(ad esempio si possono registrare solo le variazioni tra un fotogramma e l’altro)
Esistono vari formati (compresi i suoni):– mpeg (il piu’ usato), e' il formato DVD– avi (microsoft)– quicktime (apple)– mov
E’ possibile ritoccare i singoli fotogrammi
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, ...
LA STRUTTURA DEI FILE (?)
E’ meglio vedere un file come una sequenza di byte. E’ il programa che usail file a gestirne il contenuto in modo corretto.
Ad esempio, nei file di testo quando viene incontrato il byte = <new line> si devonovisualizzare i caratteri successivi nellariga sottostante.
ARCHITETTURA DEI COMPUTER(L’HARDWARE!!!)
Processore (CPU)
Memoria Principale (o Primaria o RAM)
Memoria di Massa (o secondaria, il famoso hard disk, ma anche nastri, CD)
Dispositivi di Input/Output (video, tastiera, stampanti,…)
FUNZIONAMENTO
Programmi e dati risiedono in file memorizzati in memoria secondaria.
Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria primaria.
La cpu e’ in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi
FUNZIONAMENTO
RAM
hard disk
programma
programma
copia il programma in RAM
esegui le istruzioni del programma
CPU
LA MEMORIA PRINCIPALE
Sequenza di celle di memoria Ogni cella memorizza un byte Fisicamente e’ fatta di componenti elettronici
(transistors) miniaturizzati Ogni unita’ elementare puo’ trovarsi a due
diversi livelli di tensione elettrica: ecco il corrispettivo fisico del bit
LA MEMORIA PRINCIPALE
Le celle sono numerate in sequenza: il numero di ogni cella costituisce il suo indirizzo
Specificando l’indirizzo di una cella, la cpu e’ in grado di leggere e/o modificare il valore del byte memorizzato in quella cella
Random Access Memory (RAM), perche’ ogni cella e’ indirizzabile direttamente.
LA MEMORIA PRINCIPALE(LA RAM)
00101111
11001101
01010100
…………..
10000110
0
11111101
1
2
3
65.536
...
DIMENSIONI DELLA RAM
Spazio di indirizzamento: insieme o numero delle celle indirizzabili direttam.
Il numero di celle indirizzabili e’ una potenza di due. Con:– 16 bit si indirizzano 216 celle = 65.536 celle
– 32 bit si indirizzano 232 = 4.294.967.296 celle
– …..
UNITA’ DI MISURA DELLA MEMORIA
Si usano delle unita’ di misura per indicare la dimensione della memoria:– kilobyte (KB) = 1024 byte (210 byte)– megabyte (MB) = 1000 KB (220 B)– gigabyte (GB) = 1 miliardo di byte
Quindi: – con 16 bit si indirizzano 64KB di memoria– con 32 bit si indirizzano 4GB di memoria
DIMENSIONI TIPICHE DELLA RAM
Nei Personal computer:– 8, 16, 32, 64, 128 Megabyte – una volta era un lusso avere 64 KB
Nei Mainframe/Workstations:– 32, 64, 128, 256, …., Megabyte
Ricordatevi che la memoria e’ espandibile (fino ad un certo limite)
ALTRE INFO. SULLA RAM: LA PAROLA O WORD
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) Piu’ grande e la parola, maggiore e’ la
potenza del computer (vedasi le playstations)
ALTRE PROPRIETA’ DELLA RAM
La ram e’ veloce: per leggere/scrivere una cella ci vogliono, in media 5--30 nanosecondi (millesimi di milionesimi di secondo = 30 * 10-9)
la ram e’ volatile: e’ fatta di componenti elettronici, e se togliete l’alimentazione perdete tutto
La ram e’ costosa (relativamente)
LA MEMORIA SECONDARIA(L’HARD DISK)
Programmi e dati risiedono normalmente in memoria secondaria.
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).
L’HARD DISK:
E’ fatto di supporti magnetici permamenti, gestiti mediante dispositivi meccanici.
Tempi di accesso dell’ordine dei 100 x micro/millisecondi.
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)
I BLOCCHI DELL’HARD DISK
Nell’hard disk la memoria e’ organizzata in blocchi di dimensione fissa (512B, 1KB,2KB,..) indirizzabili direttamente
La lettura/scrittura del disco avviene sempre in blocchi, per risparmiare tempo (pensate al tempo perso se si dovesse leggere un byte per volta!)
Il disco e’ quindi formattato in blocchi
MEMORIA PRIMARIA VS
MEMORIA SECONDARIA
RAM HARD DISK
veloce (nanosec) lenta (microsec)
piccola (Megabyte) grande (Gigabyte)
volatile permanente
Notate che, in teoria, il computer potrebbe funzionare con la sola ram o il solo harddisk
NASTRI MAGNETICI, CD, DVD
Nastri: accesso sequenziale, cioe' molto lento. Usati per i backup, economici
CD: 650 MB; Lettore CD 24X? Legge 24 volte piu' veloce di un lettore musicale
DVD: circa 6 GB; stesso supporto fisico dei CD, ma i dati sono rappresentati in modo diverso.
IL PROCESSORE - CPU(CENTRAL PROCESSING UNIT)
Si occupa di eseguire i programmi che sono scritti in linguaggio macchina
I programmi sono fatti di istruzioni
le istruzioni sono operazioni elementari:
– somma due numeri, confronta due numeri,
LE ISTRUZIONI MACCHINA
Codice istruzione | argom. 1 | argom. 2
•16 o 32 o 64 bit di lunghezza
• esempio: "add 6523 6450"
IL SET DI ISTRUZIONI MACCHINA
Ogni tipo di processore e’ in grado di eseguire un numero limitato (40/100) di istruzioni
Istruzioni aritmetiche, logiche, di spostamento, di lettura/scrittura in memoria, di salto.
Combinando in modo diverso sequenze anche molto lunghe di istruzioni (i programmi) si possono far fare al computer tantissime cose completamente diverse
COSA FA LA CPU:
Esegue in modo ciclico:– preleva dalla memoria centrale la prossima
istruzione da eseguire;
– esegui l’istruzione
– ripeti tutto Alla velocita’ del clock (700, 800,... MHz)
(es.: 800 milioni di cicli al secondo)
LE COMPONENTI DELLA CPU: I REGISTRI
piccole unita’ di memoria (2, 4, 8 byte) con tempi di accesso molto piu’ bassi delle celle della memoria primaria
Ospitano le informazioni necessarie per eseguire l’istruzione corrente
In numero molto limitato perche' molto costosi da realizzare
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
LE COMPONENTI DELLA CPU: I REGISTRI GENERALI
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.
UN PROGRAMMA IN LINGUAGGIO MACCHINA (ASSEMBLER)
LOAD 3568 R1
LOAD 3574 R2
ADD R1 R2
STORE R1 3568
JUMP 1000
…….
1000
STORE R1 3568
1004
1008
1012
1016
PROBLEMA:
La RAM e' molto piu' lenta della CPU La RAM e' un collo di bottiglia A che serve spendere soldi per una
CPU molto veloce se poi non possiamo sfruttarla?
SOLUZIONE: LA MEMORIA CACHE
livello di memoria intermedio tra i registri e la ram.
per memorizzare i dati usati piu’ spesso senza doverli recuperare RAM
64KB, 128KB, 256KB, 512KB interna o esterna alla CPU Influisce moltissimo sulle prestazioni e il
costo della CPU (e quindi del computer)
LA MEMORIA CACHE
RAM
hard disk
programma
programma
copia il programma in RAMper l'esecuzione
esegui le istruzioni del programma
CPU
cache
gram
copia un pezzettino di programma e dei dati in cache
MEMORIE DI UN COMPUTER
Registri 16/64 Byte 100 * picosec.
Cache 128/512 KB nanosecondi
RAM 16/256 MB 10 * nanosec
Hard disk 2/10 GB 10 * microsec.
Nastri > 10 GB millisecondi
DISPOSITIVI DI INPUT/OUTPUT (I/O, PERIFERICHE)
Terminali. Tastiera + Video:– risoluzione, dimensione in pollici,…
Stampanti: – ad aghi, a getto, d’inchiostro, laser,…
Modem: per collegarsi in rete Scanner: per digitalizzare le immagini lettori CD, CDrw, DVD, ...
I PROGRAMMI (IL SOFTWARE!!!)
Qualcosa di assolutamente immateriale, memorizzato mediante supporti magnetici ed elettronici che dice al computer cosa fare
Il computer e’ programmabile. Usando programmi (sequenze di istruzioni) diversi, gli facciamo fare cose diverse
IL SOFTWARE DI BASE
Si ma: dobbiamo impartire ordini al computer usando solo il codice binario???
Ovviamente no: il computer e’ dotato di alcuni programmi (il software di base) che rendono il computer facile da usare
Questi programmi trasformano il computer in una macchina virtuale, piu’ vicina alle esigenze dell’utente che puo’ cosi’ ignorare i dettagli implementativi.
IL SOFTWARE DI BASE
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
IL SOFTWARE DI BASE
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’)
IL SISTEMA OPERATIVO
E’ di gran lunga il programma piu’ importante che gira su un qualsiasi computer
Senza il Sistema Operativo (SO) il computer sarebbe scomodissimo e complicatissimo da usare.
COSA FA IL SIST. OPERATIVO?
Gestisce in modo efficiente le risorse del
computer: cpu, memoria, periferiche.
"Capisce" i comandi dell’utente: mouse e
clicks, esecuzione di programmi,…
Nasconde all’utente tutti i problemi di
gestione delle varie parti del computer
LA CIPOLLA DEL SISTEMA OPERATIVO
INTERFACCIA con L'utente
GESTIONE MEMORIA/RISORSE
dove si eseguono i programmi
LE FUNZIONI PRINCIPALI DEI SO
Gestione del processore
gestione della memoria principale
gestione della memoria virtuale
gestione della memoria secondaria (il file
system)
L’ESECUZIONE DEI PROGRAMMI
Quando clicckate 2 volte sull’icona di un programma, il S.O.:
cerca il programma sull’hard disk copia il programma in memoria centrale imposta il Progr. Counter con l’indirizzo
in memoria centrale della prima istruzione del programma
LA GESTIONE DEI PROCESSI
Il ruolo del processore e’ di eseguire i programmi
Un processo e’ un programma in esecuzione
SISTEMI MONO-USER/TASKING
Un solo utente puo’ eseguire un
programma per volta.
Il programma viene lanciato, esegue le
proprie funzioni e termina.
Ma la CPU viene sfruttata al meglio?
NEI SIST. MONO-USER/TASKING SI SPRECA UN SACCO DI TEMPO!
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
durante l’attesa si dice che la CPU e’ in uno stato inattivo detto idle
ESEMPIO (1):
Un processo richiede l’esecuzione di 1000 istruzioni. Ogni istruzione richiede 1 microsec. di CPU. (tempo tot. = 1millisec.)
A meta’ esecuzione e’ richiesta la lettura di un dato su hard disk. Tempo di lettura = 1 millisec.
Durata totale dell’esecuzione = 2 millisec.
Idle time = 1millisec = 50% del tempo di esecuzione = TEMPO SPRECATO!
ESEMPIO (2):
Processo = 1000 istruzioni. Ogni istr. =1 microsec. (tempo tot. = 1millisec.)
A meta’ esecuz. e’ richiesto un dato all’utente. Tempo di reazione = 1 sec.
Durata totale = 1001 millisecondi
Idle time = 1sec = 99,9% del tempo di esecuzione = TEMPO SPRECATO!!!!!!!!
SOLUZIONE:
Quando la CPU e’ idle (insomma, quando non ha nulla da fare) la si puo’ sfruttare per eseguire (parte di) un altro processo.
Quando un processo si ferma (e.g., in attesa di un dato dall’utente) la CPU puo’ eseguire le istruzioni di un altro processo
Chi si occupa di realizzare questa alternanza di processi? Il S.O. (ci risparmiamo il come).
IL MULTI-TASKING:
Piu’ programmi possono essere eseguiti contemporaneamente
In realta’ in esecuzione c’e’ sempre un solo processo, ma se l’alternanza e’ molto frequente, si ha un’idea di simultaneita’
si dice che il sistema e’ multi-programmato.
GLI STATI DI UN PROCESSO in un S.O. MULTI-TASKING
pronto
In attesa
In esecuzioneterminazione
I/O terminato o risorsa disponibile
Richiesta di I/O o risorsa
creazione
SI, MA CHE SUCCEDE SE…:
Un processo non si ferma mai in attesa di I/O o di una risorsa?
Piu’ utenti vogliono usare il computer? 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)
IL TIME SHARING:
Ad ogni processo viene assegnato un quanto di tempo (e.g., 10 millisec). Nel quale puo’ usare la CPU.
Terminato il quanto di un processo, il processo viene sospeso e la CPU viene assegnata ad un altro processo.
Un processo puo’ usare meno del quanto che gli spetta: deve eseguire operazioni di I/O oppure ha terminato la sua computaz.
EFFETTI DEL TIME SHARING: L’esecuzione di piu’ processi appare
avvenire realmente in parallelo (questo parallelismo, pero’, e’ solo virtuale).
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.)
Ovviamente, piu’ processi e piu’ utenti ci sono e piu’ le prestazioni si degradano
GLI STATI DI UN PROCESSO in un S.O. TIME SHARING
pronto
In attesa
In esecuzioneterminazione
I/O terminato o risorsa disponibile
Richiesta di I/O o risorsa
creazione
E’ finito il quanto di tempo
I
p1p2
p3p2
p1
p3
GESTIONE DELLA MEMORIA PRINCIPALE
Il problema e’: data la memoria primaria del computer, come dobbiamo usarla per far “girare” i processi in esecuzione?
SISTEMI MONO-PROGRAMMATI
Una porzione di memoria per il S.O., una porzione per caricare il programma da eseguire.
Sistema operativo
Processoutente
SISTEMI MULTI-PROGRAMMATI
Pero', se si vogliono eseguire "contemporaneamente" piu' programmi, dobbiamo prevedere un'area per ognuno di essi.
Nel caso piu' semplice, il S.O. assegna un pezzo di memoria a ciascun programma.
PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA E’ fissato a priori il numero e le dimensioni
delle partizioni:
Sistema operativo
200 KB
100KB
100KB
PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA
La strategia e’ facile da implementare, ma: 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
PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA
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
PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOCAZIONE CONTIGUA FISSA
I processi con dimensione maggiore della partizione piu’ grande non possono mai essere eseguiti
Del resto, se si prevedono partizioni troppo grandi si ha una eccessiva frammentazione interna. Se sono troppo piccole si ha troppa framment. esterna.
PARTIZIONI MULTIPLE: ALLOC.CONT. VARIABILE
Principio: allocare quando richiesto la quantita’ di memoria necessaria.
Scompare la frammentazione interna
S.O.
Area libera400KB
S.O.
Area libera350KB
50 KB
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?
MEMORIA VIRTUALE: SWAPPING
Quando il processo in esecuzione si ferma, la sua immagine e’ copiata in un’area riservata al S.O. in memoria secondaria (swap area)
L’immagine del nuovo proc. in esecuzione puo’ ora essere copiata in memoria primaria
Quando un proc. esce dallo stato di attesa, prima che possa diventare pronto, la sua immagine deve essere ricaricata in memoria primaria
MEMORIA VIRTUALE: SWAPPING
Parliamo di memoria virtuale, perche’ di fatto, sono in esecuzione contemporaneamente due processi la cui dimensione totale e’ maggiore delle dimensioni della memoria reale.
MEMORIA VIRTUALE: Segmentazione
Nello swapping, l’immagine di un processo sta tutta in memoria primaria o in mem. Secondaria
Se un processo e’ troppo grande non si puo’ comunque eseguire.
Ma allora, perche’ non tenere in mem. Primaria solo la parte di un processo che serve in quel momento?
MEMORIA VIRTUALE: segmentazione
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)?
MEMORIA VIRTUALE: segmentazione
Nella gestione della memoria a segmenti, vengono effettivamente caricati in mem. Primaria solo i pezzi del programma in esecuzione che servono in quel momento.
Ma che succede se il processo deve usare un pezzo di programma che manca?
MEMORIA VIRTUALE: segmentazione
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
Intanto, un altro processo puo’ usare la cpu. Quando la segmento mancante e’ disponibile, il
processo sospeso puo’ ripartire (e’ pronto)
GESTIONE DELLA MEMORIA SECONDARIA:IL FILE SYSTEM
I file di un computer sono memorizzati in maniera permanente sull’hard disk.
Fisicamente, i file sono memorizzati in blocchi (o record fisici) di dimensione fissa variabile tra 512 a 4kB
Logicamente, i file sono organizzati in una struttura ad albero detta File System
IL FILE SYSTEM
Non ha senso tenere tutti i file insieme. Conviene raggrupparli a seconda dell’uso.
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.
Per mezzo delle cartelle e’ quindi possibile dare una struttura al file system. In particolare una struttura gerarchica ad albero
IL PATHNAME DI UN FILE
All’interno del file system, il percorso che si deve compiere per raggiungere quel file.
Ossia: la successione di cartelle che si deve attraversare per raggiungere il file, a partire dalla radice del file system
Nella stessa cartella non ci possono essere due file con lo stesso nome, quindi il pathname di un determinato file e’ sempre unico.
OPERAZIONI SUI FILE
Il S.O. fornisce vari supporti per: Operare sui file (leggere, modificare, rimuovere,
rinominare, stampare,…) Usare il file system (creare, (ri)nominare,
rimuovere, copiare, spostare, leggere il contenuto delle cartelle)
Proteggere i file (ad esempio si puo’ proibire la modifica, o la lettura, o la rimozione di (gruppi di) file.
Colleghiamo piu’ computer in rete per: scambiare informazioni (scambio di
documenti, e-mail, mailing-list, newsgroups, web, …)
condividere risorse (periferiche e hard disk in comune, computazioni distribuite, …)
aumentare la tolleranza ai guasti (se un computer si rompe, un altro puo’ sostituirlo)
RETI DI COMPUTER
TIPI DI RETI ( dal punto di vista della loro estensione)
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.
Internet: la rete delle reti. Collega fra loro reti locali e singoli computer di tutto il mondo
Rete metropolitana: concettualmente simile ad una rete locale, collega computer di una singola organizzazione (es.: Banca con filiali cittadine).
TIPI DI RETI LOCALI: LINEARI(ETHERNET, APPLETALK)
Ethernet e’ il tipo di rete locale piu’ diffuso. Qualsiasi computer di qualsiasi tipo prevede la
possibilita’ di usare una scheda Ethernet per connettersi alla rete locale
PC1 PC2 PC3 PC4
TIPI DI RETI LOCALI: AD ANELLO(IBM)
PC2
PC3
PC4
PC1
TIPI DI RETI LOCALI: A STELLA
HUB: dispositivo hardware specializzato che smista le comunicazioni dei computer
PC2PC1
PC4PC3 hub
TIPI DI RETI LOCALI: A TOPOLOGIA MISTA
hub
SISTEMI OPERATIVI DI RETE (LOCALE)
In una LAN si vogliono condividere le risorse, di solito, come minimo, stampanti e hard disk.
Il S.O. deve permettere anche l’uso di quelle risorse che non sono fisicamente collegate al computer su cui si sta lavorando.
I S.O. dei compuer in rete devono quindi dialogare fra loro per permettere la condivisione delle risorse.
FILE SYSTEM DISTRIBUITO
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.
Il S.O. maschera completamente la situazione. (in Unix, nel S.O. Windows un po’ meno)
E’ possibile configurare in file system distribuito in molti modi diversi, prendendone “pezzi” dalle varie macchine in rete
SISTEMI OPERATIVI DISTRIBUITI
Versione piu’ sofisticata dei S.O. di rete 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.
I S.O. distribuiti sono ancora in fase di studio. Non esiste nulla a livello commerciale
TRASMISSIONE SERIALE O PARALLELA
Si supponga di dover trasmettere un byte: Se il canale di comunicazione e’ fatto di un solo
filo, dobbiamo trasmetterlo serialmente, un bit dopo l’altro.
Se il canale di comunicazione‘ fatto di 8 fili, possiamo trasmettere il byte in un colpo solo. Gli otto bit sono trasmessi in parallelo.
TRASMISSIONE SERIALE O PARALLELA
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)
La trasmissione seriale e’ quella normalmente usata nelle reti, locali e non locali.
In una LAN Ethernet, la trasmissione avviene a 10 o 100Mbit/sec (cioe’ almeno 1MByte/sec)
PROTOCOLLO DICOMUNICAZIONE
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 Ad esempio, il PC A puo’ richiedere al PC B la
stampa di un file sulla stampante connessa a B Il protocollo deve essere anche in grado di
gestire gli errori di comunicazione
PROTOCOLLO DICOMUNICAZIONE
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) e’ il protocollo di comunicazione usato in internet e anche nella maggior parte delle altre reti.
Praticamente tutti i servizi offerti da Internet, compreso il web, sono costruiti usando TCP/IP
TRASMISSIONE DIGITALE O ANALOGICA
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.
(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.
TRASMISSIONE DIGITALE O ANALOGICA
Per le comunicazioni su lunga distanza, si cerca di sfruttare le reti di comunicazione esistenti, come ad esempio la rete telefonica.
La rete telefonica e’ pero’ fatta per comunicare la voce, cioe’ un segnale analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze.
Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer
IL MODEM
COMPUTER MODEMSegnale digitale
MODEMCOMPUTERSegnale digitale
Segnaleanalogicolinea telef.
IL MODEM I modem attuali hanno velocita’ di trasmissione
di 14.400, 28.800, 38.400, 56.600 bit/sec. Ossia una velocita’ massima di non piu’ di 6 kByte/sec
Se due computer comunicano con un modem, la velocita’ di comunicazione e’ sempre quella del modem piu’ lento.
Il modem e’ usato soprattutto per le comunicazioni private (ad esempio un utente che si collega ad internet tramite il suo provider)
COMUNICAZIONE SU LINEA DEDICATA O COMMUTATA
Quando due computer sono connessi direttamente da un cavo di comunicazione, si parla di linea dedicata di trasmiss./comunic.
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
LINEE COMMUTATE : IL TELEFONO
I telefoni di un distretto telefonico fanno capo ad una centrale di smistamento, che comunica con le centrali degli altri distretti.
Quando telefoniamo, la chiamata viene fatta passare attraverso una o piu’ centrali, fino a raggiungere il numero chiamato.
Comunicando fra loro, le centrali costruiscono una connessione diretta fra i due telefoni, che dura tutto (e solo) il tempo della telefonata.
UNA SEMPLICE RETE A LINEA COMMUTATA
A
CD
B
Con le linee commutate si risparmiano soldi
TRASMISSIONE A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO
Quando due telefoni comunicano, la linea e’ occupata: nessuno puo’ chiamare quei telefoni.
Che succede se usiamo una comunicazione a commutazione di circuito su internet?
DISASTRO: qualsiasi servizio offerto sarebbe disponibile ad un solo utente per volta.
Ad esempio, chi riesce a connettersi ad un sito web lo puo’ usare in esclusiva per tutto il tempo che vuole. DISASTRO
TRASMISSIONE A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO
Ogni messaggio e’ diviso in tanti pacchetti numerati di dimensione fissa.
Ogni pacchetto contiene l’indirizzo del computer destinatario e del mittente.
Ogni pacchetto e’ trasmesso separatamente. Una volta inviato, il mittente se ne disinteressa
Ogni pacchetto fa (virtualmente) una strada diversa per arrivare al destinatario
TRASMISSIONE A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO
I pacchetti non arrivano necessariamente nello stesso ordine con cui sono stati inviati
Il destinatario aspetta di aver ricevuto tutti i pacchetti per ricomporli e ricostruire il msg.
Ogni pacchetto occupa il mezzo di trasmissione e la scheda di rete per un tempo molto breve
Si ha un effetto di parallelismo: ogni computer puo’ essere coinvolto contemporaneamente in piu’ comunicazioni
INSTRADAMENTO DEI PACCHETTI (ROUTING)
Come far arrivare i pacchetti a destinazione? 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.
La scelta del nodo a cui inoltrare il pacchetto dipende anche da situazioni temporanee di carico della rete, guasti, ecc.
COMMUTAZIONE DI PACCHETTO(PACKET SWITCHING)
AB
Y Z
X
W
2 2
111A
22
QUINDI, QUANDO VI COLLEGATE AD INTERNET CHIAMANDO IL VOSTRO
PROVIDER COL TELEFONO:
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)
dal provider verso qualsiasi punto di internet al quale decidete di collegarvi, la comunicazione e’ a commutazione di pacchetto.
NAMING
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
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.
Deve essere gestita una corrispondenza tra il nome logico e l’indirizzo fisico del computer
INTERNET
Collega fra loro reti locali e metropolitane di tutto il mondo.
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
Ovviamente non avrebbe senso usare la rete telefonica, che e’ troppo lenta
INTERNET
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
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)
INTERNET I vari servizi offerti da internet sono costruiti col
protocollo di comunicazione TCP/IP. Oltre al Web, i piu’ importanti sono:
E-MAIL (Electronic Mail) FTP (File Transfer Protocol) Permette di trasferire
file tra computer TELNET Permette di collegarsi a qualsiasi
computer, e usarne le risorse (cpu e hard disk) come se fosse sulla nostra scrivania
Win95 non ha tutte le funzionalita’ di UNIX
INDIRIZZAMENTO IN INTERNET
Gli indirizzi logici Internet hanno la forma:
aaa.bbb.ccc
e sono organizzati in domini e sotto domini I domini possono essere geografici:
xxx.yyy.it aaa.bbb.uk jjj.kkk.ca o di altro tipo:
aaa.com bbb.ccc.ddd.net xxx.gov
INDIRIZZAMENTO IN INTERNET
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)
INDIRIZZAMENTO IN INTERNET
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 = 130.192.239.1130 = dominio .it192 = sotto-dominio .unito239 = rete locale del Dip. di Informatica1 = il computer pianeta
IL DOMAIN NAME SERVICE (DNS)
Il meccanismo di gestione degli indirizzi internet e’ chiamato Domain Name Service (DNS)
Ogni dominio e’ gestito da un computer che contiene l’associazione tra i nomi logici e gli indirizzi fisici di ogni suo sotto-dominio
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
In questo modo e’ facile localizzare qualsiasi punto della rete usando solo nomi logici.
IL DOMAIN NAME SERVICE (DNS)
Ad esempio, se da un pc negli USA si vuole comunicare con la macchina pianeta.di.unito.it.
Viene contattato il gestore del dominio .it (130) che contatta il gestore del dominio .unito (192) che contatta il gestore del dominio .di (239) che sa che la macchina pianeta, all’interno della rete
locale .di (239) ha numero 1. Viene quindi restituito l’indirizzo fisico che sara’ usato
nella comunicazione: 130.192.239.1
CENNI DI PROGRAMMAZIONE
Il computer esegue programmi Un programma eseguibile dal computer e’ una
sequenza di istruzioni macchina comprensibili da quel computer.
Usando sequenze diverse di istruzioni, e dati diversi, possiamo far fare al computer le cose piu’ disparate
CENNI DI PROGRAMMAZIONE
Pero’ scrivere programmi in linguaggio macchina (in assembler) e’ scomodo, perche’ il linguaggio e’ molto distante da quello umano.
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’)
LING.DI PROGRAMMAZIONE AD ALTO LIVELLO
I linguaggi di programmazione ad alto livello permettono di scrivere programmi con una notazione adatta agli esseri umani, e in alcuni casi molto intuitiva.
Usando degli opportuni traduttori (compilatori ed interpreti) lo stesso programma puo’ essere usato su macchine diverse
Fortran, Cobol, Pascal, Ada, C, C++, Java, Lisp, ML, Prolog,...
IL COMPILATORE
Un programma scritto in un linguaggio ad alto livello e’ detto programma sorgente.
Per essere eseguito su un computer , va tradotto nel linguaggio macchina del computer.
Il compilatore e’ un programma che esegue la traduzione, producendo il programma oggetto, ossia una sequenza di istruzioni macchina
Il compilatore segnala anche eventuali errori di sintassi nella scrittura del programma sorgente
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
L’INTERPRETE
In alternativa alla compilazione, un programma sorgente puo’ essere interpretato.
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.
COMPILATORI VS INTERPRETI
In un programma compilato, la traduzione avviene una sola volta, e poi il programma oggetto puo’ essere eseguito quanto si vuole
In un programma interpretato, la traduzione avviene tutte le volte che si esegue il progr.
Molti linguaggi permettono entrambe le scelte Attualmente, i computer sono cosi’ potenti che
anche la compilazione di lunghi programmi non richiede molto tempo.
IL CONCETTO DI ALGORITMO
Un algoritmo e’ una sequenza di passi necessari per risolvere un problema o eseguire una computazione
In alcuni casi, lo stesso problema/computazione puo’ essere risolto in modi diversi, ai cui corrispondono diversi algoritmi
Un programma non e’ altro che la descrizione di un algoritmo scritta nel linguaggio di programmazione scelto.
IL CONCETTO DI VARIABILE
Per eseguire una qualsiasi computazione, abbiamo bisogno di poter immagazzinare i risultati temporanei e finali della computazione stessa.
Ogni linguaggio ad alto livello mette a disposizione le variabili: “contenitori” in cui immagazzinare i dati della computazione
Concettualmente, le variabili sono come pezzi di carta su cui si possono annotare/modificare i valori di un calcolo che si sta facendo
IL CONCETTO DI VARIABILE Ogni variabile ha un nome mnemonico, che si
usa nel programma per riferirsi alla var. stessa. Una variabile contiene un valore che puo’
essere modificato a piacimento 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
Quindi una variabile e’ semplicemente una astrazione della cella di memoria fisica.
IL CONCETTO DI VARIABILE
Quando si scrive un programma e’ necessario dichiarare quali variabili vogliamo usare.
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;
L’IMPORTANZA DELLE VARIABILI
Le variabili sono lo strumento fondamentale per assicurare la flessibilita’ dei programmi.
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
ESEMPIO D’USO DI VARIABILI
Program SILLY
begin
Variables: YEARS,DAYS, type integer;
read YEARS from input;
DAYS := YEARS * 365;
print DAYS;
end
COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR.
Definizione delle variabili che verranno usate nel programma, e del loro tipo:
int PIPPO, PLUTO;
char NOME;
float RISULTATO;
COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR.
Istruzioni elementari: assegnamento di un valore ad una variabile:
PIPPO := 5;
PLUTO := 7;
RISULTATO := PIPPO/PLUTO
COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR.
Azioni condizionali:
if (NOME = daniele)
then RISULTATO = 0;
else {
PIPPO := 5;
PLUTO := 7;
}
COSTRUTTI DI BASE DI UN LINGUAGGIO DI PROGR.
Azioni ripetute:
while (PIPPO * PLUTO < 100)
repeat {
PIPPO := PIPPO+1;
PLUTO := PLUTO+1;
}
DIAGRAMMI DI FLUSSO
Notazione grafica usata per descrivere in modo intuitivo le azioni di cui e’ fatto un algoritmo.
Viene usata per descrivere i passi salienti di un algoritmo, senza doversi preoccupare dei dettagli sintattici del programma corrispondente
Una volta che l’algoritmo e’ stato descritto con un diagramma di flusso, deve pero’ essere trasformato nel programma corrispondente.
Ogni azione e’ rappresentata da un blocco
BLOCCHI DI FLUSSO:INIZIO E FINE ALGORITMO
START
STOP
BLOCCHI DI FLUSSO:UNA O PIU AZIONI ELEMENTARI
PIPPO := PIPPO + 1;
PLUTO := 0
BLOCCHI DI FLUSSO:BLOCCO CONDIZIONALE
Diagramma 1 Diagramma 2
condizioneFT
BLOCCHI DI FLUSSO:BLOCCO DI RIPETIZIONE
Diagramma 1
condizione
T
F
BLOCCHI DI FLUSSO:INPUT/OUTPUT
Input/output
THE SILLY PROGRAM
start
Read YEARS
DAYS:= YEARS * 365
print DAYS
stop
ESEMPIO DI TRADUZIONE
variables A, B, X, type integer
…….
If (A = B) then X := 1 else X := 2
…….
A: locazione 1000 B: 1002 X: 1004
4726 …….
4730 LOAD 1000,R1
4734 LOAD 1002,R2
4738 LOAD 1004,R3
4342 JNE R1,R2,4354
4346 SET R3,1
4350 JUMP 4358
4354 SET R3,2
4358 ……..
IL CONCETTO DI RECORD
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
Ogni attributo prende il nome di campo L’insieme dei campi prende il nome di record
IL CONCETTO DI RECORD
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 E memorizzare un gruppo di record in un file.
Il file e’ visto come diviso in tanti record di dimensione fissa
IL CONCETTO DI RECORD
R0 NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
R1 NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
R2 NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
R3 NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
CAMPI A DIMEN. VARIABILE Usando campi a dimensione fissa e’ piu’ facile
gestire le informazioni nel file, cioe’ inserire, cancellare e cercare un record specifico.
Pero’ i campi a dimensione fissa sprecano spazio, oppure possono essere di dimensione insufficiente.
Si usano allora anche record i cui campi hanno dimensione variabile, in modo da adattarsi esattamente alla lunghezza della informazione da memorizzare
IL CAMPO “CHIAVE” Ogni record contiene di solito un campo in piu’
che contiene un valore progressivo assegnato ai record man mano che sono aggiunti nel file.
Questo campo, detto chiave del record puo’ essere usato per compiere ricerche in modo veloce all’interno del file stesso.
La chiave puo’ avere un significato specifico: numero di CC, codice fiscale, partita IVA.
Il valore della chiave e’ unico: in un file non ci sono due record con lo stesso valore di chiave.
IL CAMPO CHIAVE
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
0
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
2
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
1
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
3
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
4
SITUAZIONE PIU’ REALISTICA
Notate che i record sono ordinati per la chiave
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
6
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
14
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
13
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
18
NOME COGNOME
RESIDENZA DATA
20
RICERCA SEQUENZIALE DI UN RECORD NEL FILE
Input: valore della chiave da cercare. While c’e’ un record la leggere
– leggi record corrente
– if chiave-corrente = chiave da cercare
then STOP
RICERCA SEQUENZIALE DI UN RECORD NEL FILE
Quante letture/confronti dobbiamo fare in media per trovare il record voluto se ce ne sono N nel file?
Se il record cercato e’ il primo, 1 lettura/confr. Se il record cercato e’ il secondo, 2 letture/conf. ….. Se il record cercato e’ l’ultimo, N letture/confr. In media: (1+2+…+N)/N = (N+1)/2 ~ N/2
RICERCA DICOTOMICA DI UN RECORD NEL FILE
Input: valore della chiave da cercare. 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 2a meta’ del file
RICERCA DICOTOMICA DI UN RECORD NEL FILE
Quante letture/confronti dobbiamo fare al massimo con una ricerca dicotomica?
Ad ogni record selezionato, se questo non e’ quello voluto, la porzione di file in cui cercare si dimezza.
Dato un elenco di N elementi, quante volte possiamo dividerlo per 2? Log2N
RICERCA DICOTOMICA DI UN RECORD NEL FILE
Quindi la ricerca dicotomica e’ piu’ efficiente di quella sequenziale, perche’ dobbiamo fare meno letture/confronti per trovare il record desiderato.
Pero’ la ricerca dicotomica funziona solo se i record del file sono ordinati secondo la chiave
4 7 9 18 24 32 57 58 88 97 101 103 125