CORSO DIINFORMATICA GENERALE

Daniele GunettiE-Mail: gunetti@di.unito.it

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