P F AA T · 2018. 5. 22. · Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello...

““IILL SSOOFFTTWWAARREE””

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Università Telematica Pegaso Il software

Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente

vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore

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Indice

1 SVILUPPO DEL SOFTWARE ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3

1.1. DIAGRAMMA DI FLUSSO ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5

2 TIPI DI SOFTWARE --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10

3 LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE -------------------------------------------------------------------------------- 12

4 IL SISTEMA OPERATIVO ------------------------------------------------------------------------------------------------ 15

5 I PROGRAMMI APPLICATIVI------------------------------------------------------------------------------------------- 18

6 STRUTTURA E GESTIONE DI UN FILE ------------------------------------------------------------------------------ 20

BIBLIOGRAFIA --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 22




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1 Sviluppo del software

Il software, insieme all’hardware, è una componente essenziale per il funzionamento dei

computer. Senza di esso il PC non è in grado di compiere assolutamente alcuna azione. Il software è

costituito da programmi, cioè da un insieme di istruzioni che la macchina deve seguire per produrre

determinati risultati. Tali programmi nascono da una fase di analisi del problema che il PC dovrà

risolvere ottenendo la definizione di un algoritmo: un insieme finito di istruzioni che, se eseguite

ordinatamente, sono in grado di risolvere il problema di partenza. L’algoritmo dovrà essere

specificato in un linguaggio che l'elaboratore è in grado di interpretare in modo corretto e contenere

istruzioni che possono essere eseguite dal computer stesso.

Un programma può quindi essere definito come un insieme di istruzioni espresse in un

linguaggio formale chiamato linguaggio di programmazione. I computer però non sono in grado di

capire nemmeno il linguaggio programmazione in quanto il microprocessore sa elaborare solo in

linguaggio binario: ecco pertanto che i programmi dovranno essere ulteriormente tradotti da

appositi applicazioni quali interpreti o compilatori.

L’interprete è un programma che traduce, istruzione per istruzione, il programma sorgente.

Ogni istruzione è sottomessa alla CPU appena è stata tradotta. Anche se un’istruzione è contenuta

10 volte in un programma verrà tradotta ogni volta che si presenterà al traduttore.

Il compilatore, invece, traduce tutto il programma in una sola volta e poi lo sottomette alla

CPU. Se una stessa istruzione compare 10 volte, viene tradotta solo la prima volta e poi

memorizzata in maniera tale che possa essere ripresa dal compilatore e inserita nelle restanti nove

righe di programma.

E' possibile così riassumere le diverse fasi che portano dall'analisi del problema

all'ottenimento di una soluzione:

1. Analisi: viene analizzato il problema in tutti i suoi aspetti e si cercano i fattori sui

quali fare leva per risolverlo. Il risultato è una soluzione informale;




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2. Formalizzazione: la soluzione trovata nel passo precedente è riformulata in maniera

da utilizzare una sintassi e una semantica corrette, per produrre un algoritmo di

risoluzione (Le relazioni tra costrutti dei linguaggio ed azioni sono univocamente

definite).Il linguaggio utilizzato sarà di tipo formale, ma necessiterà di ulteriori passi

per essere reso utilizzabile dalla macchina. Per formulare un algoritmo possiamo

considerare diversi strumenti:

- DIAGRAMMA DI FLUSSO (descritto nel dettaglio nella sezione 1.1)

rappresenta un formalismo grafico per esprimere un algoritmo (ove ai passi

dell’algoritmo corrispondono i nodi del diagramma);

- PROGRAMMA rappresenta una formulazione di un algoritmo in un

linguaggio di programmazione (ove ai passi dell’algoritmo corrispondono le

istruzioni del programma);

3. Programmazione: il risultato di questa fase è un programma di alto livello che

utilizza un linguaggio di programmazione costituito da segni matematici e parole

chiave e non da una successione indecifrabile di 0 e 1. Questa fase però non produce

ancora un programma che possa essere compreso dalla macchina: si necessita della

fase seguente;

4. Traduzione: in questa fase il programma di alto livello viene tradotto da appositi

software in linguaggio macchina;

5. Esecuzione: il programma viene sottoposto al microprocessore che lo esegue e

fornisce la soluzione al problema.

6. Verifica: tramite un test pratico di funzionamento ed un’analisi teorica del

programma si verifica che il software realizzato corrisponda alle sue aspettative e

svolga le funzioni per cui è stato elaborato.

7. A questo punto è necessaria la formazione degli utenti, per impartire loro le

istruzioni che occorrono per servirsi del nuovo software: essa può avvenire secondo

diverse modalità.

8. Nella fase di implementazione, infine, tutti gli utenti interessati possono servirsi del

programma elaborato (versione beta del programma).




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9. Gli aggiornamenti successivi sono detti "versioni", o release, e sono identificati da un

numero progressivo.

1.1. Diagramma di flusso

Un diagramma di flusso (o flow chart) è composto da nodi ed archi. I nodi sono

rappresentati da figure geometriche contenenti stringhe di testo, mentre gli archi sono linee che

collegano i nodi dotate di frecce per indicarne la “direzione” di collegamento.

Ciascun nodo del diagramma di flusso contiene una stringa la quale esprime l’azione che

deve essere eseguita quando, durante l’esecuzione dell’algoritmo, si incontra quel nodo. Le azioni

vengono eseguite utilizzando tra l’altro delle variabili. Una variabile rappresenta un nome

simbolico che rappresenta un valore che può variare durante l’esecuzione dell’algoritmo.

Gli archi sono i tratti di congiunzione tra i nodi, e sono dotati di una freccia la quale indica

la direzione di proseguimento dell’algoritmo.

Figura 1: Tipi di nodi

Elenchiamo i tipi di azioni:

- Assegnazione: azione mediante la quale viene assegnato un valore ad una

variabile. Il valore assegnato diviene valore corrente della variabile e resta




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tale finché una successiva assegnazione non cambi il valore stesso. In

generale un’assegnazione ha la seguente forma: VARIABILE ←

ESPRESSIONE ARITMETICA

Figura 2: Esempi dell'azione assegnazione

- Lettura da input: azione mediante la quale viene assegnato ad una variabile

un valore specificato dall’estero. La variabile viene cioè associata ad un dato

di input.

Figura 3: Esempio di azione lettura da input

- Scrittura in output: azione mediante la quale viene restituito all’esterno il

valore corrente di una variabile. Il valore della variabile diviene un risultato

di output.




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Figura 4: Esempio dell'azione scrittura in output

- Test booleano: azione mediante la quale viene effettuato un confronto (test)

di tipo logico tra due variabili o, più in generale, tra due espressioni

aritmetiche: il risultato può essere vero o falso. Possono essere eseguiti 6 tipi

di confronto:

o UGUALE =

o DIVERSO ≠

o MINORE <

o MAGGIORE >

o MINORE O UGUALE ≤

o MAGGIORE O UGUALE ≥

Figura 5: Caso generico dell'azione test booleano

Figura 6: Esempi dell'azione test booleano




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Mostriamo alcuni esempi di diagramma di flusso.

Problema numero 1: Dati due numeri, calcolare la loro somma

Problema numero 2: Dati due numeri, scegliere il maggiore

Problema numero 3: Dati N numeri, calcolare la loro somma

Figura 7: Diagrammi di flusso, rispettivamente, per i problemi 1 e 2




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Figura 8: Diagramma di flusso per il problema 3




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2 Tipi di software

L’hardware e il software sono organizzati a livelli (o strati). Ciascun livello corrisponde a

una macchina dotata di un proprio insieme di funzionalità. Ogni macchina è caratterizzata da un

proprio linguaggio, formato dalle istruzioni che quella macchina sa eseguire n ciascun livello

fornisce un linguaggio più semplice da utilizzare rispetto a quello del livello sottostante n ciascun

livello è realizzato in termini del linguaggio del livello immediatamente sottostante.

Il software, poi, può essere diviso in due grandi categorie:

- Il software di base: racchiude in sé sia il software di sistema, necessario a far

funzionare l'elaboratore, sia quello utilizzato dagli sviluppatori di programmi

per facilitare il loro lavoro;

- Il software applicativo: comprende invece tutti quei programmi utilizzati

dagli utenti per gestire, per esempio, la posta, la contabilità di casa, per

redigere una lettera, creare una presentazione, telefonare via Internet, ecc.,

oppure applicativi creati ad hoc per risolvere un determinato problema.

Figura 9: Software e hardware sono organizzati a livelli

Nell’organizzazione a livelli l’hardware rappresenta l’unica macchina reale, mentre gli strati

software corrispondono a cosiddette macchine virtuali. Le diverse macchine e i relativi linguaggi

divengono sempre più astratti, in altre parole il significato di ciascuna operazione è sempre più

vicino alla logica dell’utente e più lontano dalla logica del calcolatore. Pertanto man mano che si




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sale nella gerarchia le diverse macchine e i relativi linguaggi diventano anche via via più semplici

da usare.




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3 Linguaggi di programmazione

È possibile distinguere tre principali tipi di linguaggi di programmazione:

- Linguaggi Macchina: stringhe di numeri che danno istruzioni che l’hardware

sa eseguire direttamente. È composto da istruzioni estremamente elementari, ma che

l’hardware sa eseguire in modo molto efficiente.

o Esempio: +1300042774 +1400593419 +1200274027

- Linguaggi Assembly: abbreviazioni che rappresentano operazioni di calcolo

elementari (tradotte via assemblatori)

o Esempio: LOAD BASEPAY ADD OVERPAY STORE

GROSSPAY

- Linguaggi ad alto livello: simili all’inglese e usano notazioni matematiche

(tradotti via compilatori)

o Esempio: grossPay = basePay + overTimePay

Presentiamo nella tabella sottostante un elenco di linguaggi ad alto livello.




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Figura 10: Alcuni linguaggi di programmazione ad alto livello

Prendiamo ad esempio il linguaggio C ed elenchiamo le fasi che coinvolgono l’esecuzione

di un programma C:

1. Editing;

2. Preproccessing;

3. Compilazione;

4. Linking;

5. Caricamento;

6. Esecuzione.




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Figura 11: Fasi di un Programma C




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4 Il sistema operativo

Il sistema operativo è il software di base che viene avviato automaticamente all’accensione

della macchina senza il quale è impossibile caricare i programmi desiderati. Infatti, ad esempio,

l’utente può richiede al sistema operativo di eseguire un programma facendo un doppio click

sull’icona di un programma sul desktop del calcolatore. Nell’avviare l’esecuzione di un programma,

il sistema operativo svolge le seguenti operazioni:

- individua il codice eseguibile del programma (memorizzato sul disco);

- alloca al programma le risorse necessarie per la sua esecuzione (ad esempio,

una certa quantità di memoria centrale);

- carica il codice eseguibile del programma in memoria centrale;

- avvia il programma.

I sistemi operativi hanno una struttura alquanto complessa descrivibile attraverso una

gerarchia di macchine virtuali. Ogni livello della gerarchia gestisce una diversa tipologia di risorse:

i processori, la memoria, le periferiche, le memorie secondarie, l’interfaccia utente. Dal canto suo,

l’utente interagisce unicamente con l’interprete comandi del sistema operativo.

Figura 12: Architettura a livelli di un sistema operativo




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Il nucleo del sistema operativo (o gestore dei processi) si occupa della gestione della risorsa

“unità centrale di elaborazione” (processore). Fisicamente esiste una sola unità di elaborazione,

pertanto il calcolatore potrebbe svolgere un solo programma alla volta. Ma il nucleo ha, tra le altre

cose, il compito di definire tante unità di elaborazione virtuali, una per ciascun programma che si

vuole eseguire. Ogni programma viene eseguito come se fosse il solo programma in esecuzione nel

calcolatore. Il nucleo ripartisce il lavoro tra le tante unità di elaborazione virtuali. Comunque, il

computer potrebbe essere dotato anche di più unità di elaborazione e il nucleo si occupa di gestire

anche questa eventuale situazione.

Il gestore della memoria consente l’allocazione dinamica della memoria centrale ai

programmi in esecuzione. All’avvio di un programma, a ciascuno viene allocata un’area di memoria

virtuale sufficiente per la sua esecuzione. Il gestore della memoria si occupare di gestire le memorie

virtuali mappandole all’unica memoria reale. In realtà, si può gestire una quantità di memoria

virtuale che ha dimensione anche maggiore di quella reale. Inoltre durante l’esecuzione di un

programma, i dati possono essere mantenuti temporaneamente nella memoria secondaria, prima di

essere richiesti e riportati nella memoria centrale.

Il gestore delle periferiche adatta la modalità d’uso delle singole periferiche che possono

essere estremamente diverse tra loro a quello di poche tipologie di periferiche virtuali. Per tale

motivo un programma riesce ad usare una stampante senza conoscere i dettagli specifici di

funzionamento della stampante fisicamente disponibile.

L’interprete comandi è l’interfaccia utente del sistema operativo. Esso definisce le

operazioni che possono essere eseguite direttamente dall’utente finale, che vengono chiamate

comandi. Possibili comandi sono l’esecuzione di una applicazione o l’apertura di un documento

(eseguendo l’applicazione responsabile della manipolazione di quel tipo di documento. L’interprete

comandi può essere basato su un’interfaccia a caratteri, come nei sistemi operativi Unix o nel

“prompt dei comandi” di Windows, oppure, basato su una interfaccia grafica, come nei sistemi

operativi Windows e nell’ambiente X Window di Unix.

In un computer possono essere presenti più sistemi operativi, utilizzabili singolarmente

poiché un uso contemporaneo creerebbe un conflitto nella gestione delle risorse della macchina. Per




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poter installare più sistemi operativi è necessario suddividere l'hard disk in sezioni separate

(partizioni) e assegnare a ognuna un sistema operativo che avrà il compito di gestire il computer

ogni volta che si lavora servendosi di essa.

Un sistema operativo in uso sin dal 1981, in seguito all'introduzione del personal computer

IBM, è l'MS-DOS (Microsoft-Disk Operating System) che, nel corso degli anni ha subito notevoli

modifiche che gli permettono di funzionare sui computer più avanzati.

L'interfaccia testuale dell'MS-DOS si presenta piuttosto scarna, con lo schermo nero e i soli

caratteri del prompt (esempio: C:\> dir;) per dare al computer le opportune istruzioni, l'utente deve

digitare da tastiera una serie di comandi di testo piuttosto complessi.

Introducendo i sistemi operativi Windows-based all'inizio degli anni novanta, la Microsoft

ha diffuso il sistema operativo che è oggi maggiormente utilizzato e ha semplificato notevolmente

la comunicazione tra utente e computer.

La distinzione più importante rispetto tra Windows e MS-DOS è l'interfaccia. Windows

utilizza un'interfaccia grafica, chiamata GUI (Graphic User Interface), tramite la quale l'utente

comunica con il computer attraverso il mouse, servendosi di una serie di icone, di finestre e di menu

a discesa che semplificano notevolmente la scelta dei comandi.

I vantaggi offerti dall'uso di sistemi operativi a interfaccia grafica si possono riassumere

come segue:

- I programmi hanno aspetto e linguaggio comuni, che consentono il rimando da un

programma all'altro in modo immediato.

- La scelta delle opportunità offerte dai comandi e l'accesso alle varie funzioni

avvengono con facilità.

- Il passaggio da un programma a un altro è un'operazione semplificata e lineare.

Alcuni tipi di sistemi operativi Windows sono Windows 95, 98 2000, Millennium edition,

NT, XP, Vista. Inoltre, Microsoft ha promosso la tecnologia Plug & Play pubblicizzandola come

caratteristica saliente del sistema operativo Windows 95. La tecnologia Plug & Play facilita

l'installazione delle periferiche, rendendo automatici il caricamento dei driver e l'allocazione delle

risorse, semplificando quindi l'interazione con l'hardware da parte dell'utente. In pratica quando

viene collegata una nuova periferica al computer non è necessaria una specifica procedura di

installazione.

http://it.wikipedia.org/wiki/Driver




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5 I programmi applicativi

I programmi che permettono all'utente di eseguire specifici compiti si chiamano software

applicativi. Tra i software applicativi più diffusi troviamo:

- Gli elaboratori di testo;

- I fogli di calcolo;

- I database;

- I programmi di grafica;

- I programmi di presentazione;

- I videogiochi.

Gli elaboratori di testo, detti anche programmi di videoscrittura o word processor, sono

uno strumento usato comunemente per la gestione di documenti, lettere, manuali, curriculum vitae

ecc., realizzabili in breve tempo e con buona qualità.

I fogli elettronici, o di calcolo, sono programmi che consentono l'esecuzione veloce di

calcoli ripetitivi o anche di complesse funzioni matematiche; sono abitualmente utilizzati dalle

aziende per il calcolo dei preventivi, per la gestione della contabilità di ufficio e per altre

elaborazioni quantitative.

I database, o schedari elettronici, sono strumenti che permettono l'archiviazione di grandi

quantità di informazioni, disposte in modo organizzato, così da facilitarne il successivo reperimento

o le varie forme di elaborazione.

I programmi di grafica consentono la creazione di grafici, la manipolazione di immagini, il

ritocco fotografico ecc.. Essi sono utili per la creazione di documenti di qualità più elevata o per la

realizzazione di semplici volantini pubblicitari, simpatici inviti o biglietti da visita personalizzati.

Esistono anche programmi più professionali, come quelli per la grafica tridimensionale e

l'animazione, che solitamente richiedono l’utilizzo di computer più potenti e costosi.




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I programmi di presentazione sono un valido aiuto per docenti e formatori e ancor più per

coloro che devono esporre in pubblico in maniera convincente e immediata i propri progetti di

lavoro. Con questi programmi è semplice realizzare in poco tempo presentazioni di livello

professionale. Le presentazioni si compongono di “diapositive” (slide) che possono essere stampate

su carta, su lucidi o su diapositive vere e proprie, oppure proiettate direttamente mediante il

computer.

I videogiochi sono i programmi che più di tutti mettono alla frusta l'hardware della

macchina, a causa della potenza di calcolo e della quantità di memoria richieste per la gestione di

suoni e immagini in movimento.




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6 Struttura e gestione di un file

Un file è un contenitore logico di informazione, caratterizzato da un contenuto (una

sequenza di bit che rappresentano caratteri, numeri, immagini, video, audio o operazioni da

eseguire) e un nome che ne consente l’identificazione. Il nome è composto dal nome del file e da un

percorso (path) - ad esempio C:\Home\Java \Dispense \01_calcolatore. ppt - in cui 01_calcolatore.

ppt è il nome e C:\Home\Java \Dispense \ è il percorso. In particolare il nome di un file è composto

da due parti (separate da un punto): il nome, nell’esempio 01_calcolatore, che viene scelto

dall’utente e l’estensione, nell’esempio .ppt, che ha la funzione di identificare il formato del file o

l’applicazione da cui è stato creato, e quindi di consentire la corretta interpretazione. In DOS il

nome di un file è costituito da una stringa continua di al massimo 8 caratteri, con un’estensione

facoltativa, di al massimo 3 caratteri, attaccata alla prima parte del nome mediante un punto.

L’estensione (“.doc” per i documenti Word, “.exe” o “.bat” per i file eseguibili, “.jpg” o

“gif” per le immagini, ecc…) serve al sistema operativo per sapere quale applicativo utilizzare per

aprire i file in questione.

Figura 13: Alcuni esempi di estensioni di un file

La memoria secondaria viene gestita da una precisa componente del sistema operativo: il

gestore dei file (file system). Il file system presenta all’utente e ai programmi una visione

semplificata ed omogenea dei dispositivi per la memoria secondaria:

- attraverso un’organizzazione logica (directory, volumi);

- mediante operazioni sui dati memorizzati, quali:

- il recupero;

- la cancellazione;

- la modifica;

- la copia.




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Pertanto oltre ai dati ed ai programmi degli utenti, la memoria secondaria deve memorizzare

delle informazioni che riguardano il file system stesso:

- aree libere o allocate;

- directory.

L’insieme dei file di un calcolatore non viene gestito in un unico contenitore piatto, ma

vengono organizzati in volumi e cartelle:

- un volume è un contenitore logico di file, corrispondente solitamente a una

unità a disco (ad esempio, il volume a: indica il floppy disk e c: il disco fisso primario)

- una cartella (o directory ) è un contenitore logico di file e di altre cartelle:

- le cartelle sono organizzate gerarchicamente ad albero;

- la radice (root) è la cartella di livello gerarchico più

elevato, corrispondente a un intero volume;

- le cartelle contenute in un’altra cartella vengo chiamate

sottodirectory.




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Bibliografia

Curtin Dennis P., Foley Kim, Sen Kunal, Morin Cathleen, Informatica di

base, McGraw Hill, 1999

Silberschatz Abraham, Galvin P. Baer, Gagne Greg, Sistemi operativi,

Pearson Education Italia, 2006

Tanenbaum Andrew S., I moderni Sistemi Operativi, Jackson Libri, 2002

Maurizio Gabbrielli, Simone Martini, Linguaggi di programmazione: principi

e paradigmi. McGraw-Hill Italia, 2006.

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