Sistemi operativi e componenti software

Corso di Idoneità di Informatica

Contenuto

• Introduzione ai sistemi operativi • Gestione dei file e delle directory• Rappresentazione dei dati e multimedialità• Il software applicativo

Sistemi operativi e software di base

• La componente software di un sistema informatico è costituita da un insieme di programmi – specifici per un determinato problema (software

applicativo) – rivolti alla gestione dell’intero sistema

(software di base)• La parte principale del software di base è detta

sistema operativo

Principali sistemi operativi

• MS-DOS, il primo sistema operativo per PC• OS/2, un sistema operativo alternativo per PC• Windows 95/98/2000, attuali sistemi operativi per PC• Windows NT, il sistema operativo per PC utilizzati

come server di rete• System 8, il sistema operativo per Macintosh Apple• Unix, uno dei sistemi operativi più potenti e diffusi• Linux, versione di Unix per PC

Architettura di un sistema operativo

• Software applicativo

•Interprete comandi (shell)

•Gestione dei file

•Gestione delle periferiche

•Gestione della memoria

•Gestione dei processiHW

Gestione dei processi

• Il multitasking (esecuzione di più programmi contemporaneamente) è consentito da molti sistemi operativi

• Il quasi parallelismo è solitamente gestito tramite la tecnica del time-sharing

• Ogni processo viene eseguito al massimo per un “quanto” di tempo (ad esempio 100 ms)

• L’esecuzione poi passa al processo successivo, e poi al successivo, ecc., fino a tornare al primo e così via

Multitasking

Word processor

Browser

Calcolatrice

Foglio elettronico

Trasf. file

Posta elettonica

CPU

Memoria virtuale• Un servizio offerto dalla gestione della memoria è la

cosiddetta memoria virtuale• E’ possibile eseguire programmi più grandi della

memoria centrale caricando in memoria solo alcuni parti (pagine) del programma

• Quando serve una pagina del programma residente su disco avviene la sostituzione di una pagina in memoria con quella desiderata

Memoria virtuale

Gestione delle periferiche• Il sistema operativo consente all’utente di

effettuare operazioni di lettura e di scrittura con le periferiche con comandi indipendenti dalla struttura fisica. Ciò è realizzato tramite

• driver fisici: effettuano a livello fisico (hardware) il trasferimento dei dati

• driver logici: effettuano un’interfaccia (software) tra i programmi applicativi e le periferiche

Interprete comandi

• E’ l’unica parte del sistema operativo visibile all’utente

• L’interprete comandi interpreta i comandi inviati dall’utente (da tastiera o con il mouse) e li esegue attivando i programmi corrispondenti o effettuando le operazioni richieste

Sicurezza e protezione

• Un sistema operativo multiutente deve possedere un meccanismo per identificare gli utenti

• Il sistema più usato è quella di attribuire a ciascun utente una login ed una password

• Ad ogni utente può essere attribuito un costo per le risorse da lui usate

• Si può restringere a certi utenti l’accesso al file system e alle risorse

• L’utente può avere un proprio ambiente personalizzato

Il file system

• Tra i compiti più importanti del sistema operativo vi è la gestione dei file (file system) che si occupa di gestire le informazioni memorizzate nelle memorie di massa organizzandole logicamente e facilitando le operazione su di esse

File

• Un file è una contenitore di informazioni identificato da un nome mnemonico (filename) e memorizzato in una delle memorie di massa

• Il filename può avere un suffisso (estensione) che rappresenta il tipo di informazione che il file contiene ed è solitamente associato al programma con cui è stato creato il file

Esempio di filename

• Ad esempio una lettera può essere memorizzata nel file

domanda_concorso.doc

in cui il suffisso .doc indica che il file in questione è un documento creato con Microsoft Word

File system

• La maggior parte dei sistemi operativi esistenti adotta un file system gerarchico

• Tutti i file vengono suddivisi in directory o cartelle

• Le varie directory sono strutturate ad albero, la cui radice è detta directory principale (o ROOT)

Directory

• Una directory è un contenitore logico che può contenere file ed altre directory

• Una directory ha un nome che la contraddistingue dalle altre directory

• Lo scopo principale delle directory è di catalogare i file presenti nel dispositivo di memorizzazione

Esempio di file system gerarchico

ROOT

evasimarco

ordinilettere foto.jpg sting.mp3

concorso1.doc disdetta

lista.doclettera1.doc

Genn99.xls

directory

file

Pathname

• Ogni file si trova in una sola directory, la quale, a sua volta, si può trovare in un’altra directory (e così via)

• All’interno della stessa directory non possono esistere più file con lo stesso nome

• Il percorso per arrivare dalla ROOT al file in questione si chiama pathname

Pathname in MS-DOS e Windows

• la directory principale si chiama \• Nello specificare il percorso le directory sono

separate dal carattere \• Ad esempio il percorso

ROOT lettere marco lista.doc

viene indicato con

\lettere\marco\lista.doc

Unità• Il file system può gestire file memorizzati in più

memorie di massa (floppy disc, hard disc, CD-Rom, unità di rete, ecc.)

• Ad ogni dispositivo di memoria di massa in MS-DOS e Windows è associata una lettera identificativa (che viene aggiunta al pathname)

A: e B: sono i floppy disc

C: è l’hard disc

D: è il CD-Rom

Operazioni fondamentali sui file

• Creare un file• Rinominare un file• Cancellare un file• Copiare un file• Spostare un file• Aprire e/o modificare un file

Creazione di un file• Un file può essere creato solo utilizzando dei

particolari programmi applicativi• Ad esempio una file contenente una lettera può

essere creato usando Microsoft Word • Quando un file viene creato gli viene associato il

filename e viene memorizzato nella directory e nell’unità voluta dall’utente

• Solitamente il programma assegna automaticamente l’estensione al filename

Rinominazione

• Rinominare un file significa cambiare il suo filename

• Non si può dare un nome di un file già esistente nella stessa directory

• Cambiando l’estensione il file potrebbe non essere più letto con il programma con cui è stato creato

Cancellazione

• Cancellare un file significa eliminarlo dal file system• La cancellazione solitamente avviene a livello

logico: lo spazio occupato dal file cancellato non viene liberato immediatamente, ma viene marcato come libero

• In molti sistemi operativi un file cancellato è irrecuperabile

Copia

• Copiare un file significa creare un nuovo file identico al precedente

• Ha senso creare una copia di un file in un’altra directory o in un’altra unità (es. da hard disc a floppy disc)

• E’ possibile anche creare una copia di un file nella stessa directory attribuendogli un altro nome

Spostamento

• Spostare un file significa portarlo in un’altra directory o in un’altra unità

• Questa operazione corrisponde ad un’operazione di copia del file seguita dalla cancellazione del file originario

• E’ possibile spostare un file solo se nella directory di destinazione non esiste già un file con lo stesso filename

Apertura e modifica di un file

• Un file può essere aperto, cioè se ne può leggere il contenuto, e modificato solo attraverso il programma con cui è stato creato

• Ad esempio un file documento scritto con Word può essere riletto solo con Word o programmi che siano in grado di trattare lo stesso formato

Operazioni sulle directory

• Creare una directory• Cancellare una directory• Spostare una directory• Copiare una directory• Rinominare una directory

Creare una directory

• Per creare una directory si usa dei comandi particolari del sistema operativo

• Quando la directory viene creata le viene associato un nome e viene memorizzata nella directory e nell’unità voluta dall’utente

Cancellare una directory

• Cancellare una directory significa eliminarla dal file system

• In molti sistemi operativi ciò è possibile solo se la directory è vuota (cioè non contiene né file né altre directory)

Altre operazioni

• E’ possibile rinominare una directory in modo analogo ad un file

• E’ possibile inoltre copiare e spostare una directory in altre directory e/o unità: tutti i file e tutte le directory contenuti nella directory copiata o spostata vengono copiati o spostati a loro volta

Interazione con il sistema operativo

• Esistono sistemi operativi con cui è possibile interagire digitando dei comandi che eseguono le operazioni viste in precedenza (MS-DOS, Unix, ecc.)

• Windows permette la gestione dei file e l’interazione con il sistema attraverso un’interfaccia visuale e l’utilizzo del mouse

Interfaccia a caratteri

Interfaccia visuale

Altri programmi del software di base

• Programmi di utilità: formattazione, deframmentazione, scanning del disco

• Programmi per lo sviluppo di applicazioni: interpreti, compilatori, editor, debugger

Rappresentazione binaria

• Ogni tipo di dato è rappresentato da una successione di byte, che a loro volta sono sequenze di otto bit

• Un bit può assumere solo i valori 0 e 1

spento0

acceso1

Byte e numeri binari

• Un byte è un numero binario composto da 8 bit• Un byte può rappresentare i 28 =256 numeri interi

compresi tra 0 e 255

01000 0 1 1

128 32 16 8 4 2 164

16+4+2=22

Rappresentazione dell’informazione numerica

• I numeri interi sono rappresentati come successioni di byte (2, 4 e 8 byte)

• Molte macchine usano interi a 32 bit (4 byte): 1 bit per rappresentare se il numero è positivo o negativo (segno), gli altri 31 per le cifre binarie del numero

• con 32 bit si possono gestire numeri compresi tra -2.147.483.648 e 2.147.483.647

Rappresentazione dell’informazione testuale

• Un testo “puro” è memorizzato come sequenza di caratteri (spazi e ritorni a capo compresi)

• Ogni carattere è rappresentato con un codice numerico

• Il codice più diffuso è il codice ASCII, in cui ad ogni carattere è associato un numero compreso tra 0 e 255

• Un codice emergente è l’UNICODE che consente di rappresentare testi scritti in altri alfabeti (quello arabo) o in ideogrammi (ad esempio il cinese)

Codice ASCII

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0

1

2

3 ! " # $ % & '

4 ( ) * + , - . / 0 1

5 2 3 4 5 6 7 8 9 : ;

6 < = > ? @ A B C D E

7 F G H I J K L M N O

8 P Q R S T U V W X Y

9 Z [ \ ] ^ _ ` a b c

10 d e f g h i j k l m

11 n o p q r s t u v w

12 x y z { | } ~ €

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

13 ‚ ƒ „ … † ‡ ˆ ‰ Š ‹

14 Œ Ž ‘ ’ “ ” •

15 – — ˜ ™ š › œ ž Ÿ

16   ¡ ¢ £ ¤ ¥ ¦ § ¨ ©

17 ª « ¬ ® ¯ ° ± ² ³

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19 ¾ ¿ À Á Â Ã Ä Å Æ Ç

20 È É Ê Ë Ì Í Î Ï Ð Ñ

21 Ò Ó Ô Õ Ö × Ø Ù Ú Û

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24 ð ñ ò ó ô õ ö ÷ ø ù

25 ú û ü ý þ ÿ

Rappresentazione dell’informazione testuale

• Un testo formattato viene invece memorizzato in modo non standard, a seconda del programma con cui è stato scritto (ad esempio Word)

• Esistono dei formati standard di diffusione dei testi (i più usati sono PostScript e PDF) utilizzati per la pubblicazione di articoli su Internet

• Un testo in questo formato può essere generalmente letto e stampato, ma non può essere modificato

• Un altro formato per testi e ipertesti è HTML, usato per scrivere le pagine web

Rappresentazione delle immagini

• Un immagine è solitamente rappresentata come matrice di punti

• Ad ogni punto (detto pixel) è un associato un codice che ne rappresenta il colore

• La più diffusa rappresentazione dei colori (RGB) associa un codice numerico da 0 a 255 per ciascuna componente elementare (rosso-verde-blu)

• In totale sono possibili 16.581.375 colori diversi

I pixel e la risoluzione

Rappresentazione delle immagini

• Questa rappresentazione (formato bitmap) ha bisogno di 24 bit per ogni pixel (molto dispendioso)

• Ad esempio un’immagine 640x480 pixel con colori a 24 bit occupa 921.600 byte

• Con particolari accorgimenti si possono utilizzare un numero minore di colori e ridurre lo spazio occupato dall’immagine

Rappresentazione delle immagini

• Esistono formati compressi (tra i più diffusi vi sono i formati JPEG e GIF) che consentono attraverso particolari tecniche numeriche di memorizzare immagini fotografiche di ottima qualità in uno spazio molto minore

• Il formato JPEG in realtà non memorizza fedelmente l’immagine ma sfrutta l’ulteriore caratteristica che l’occhio umano non è in grado di vedere che una piccola parte dei circa 17 milioni di colori possibili

Rappresentazione di dati audio

• I dati audio sono memorizzati attraverso un campionamento dell’intensità del suono

• Ad esempio il suono stereo di qualità CD è campionato a 16 bit per ciascun canale con una frequenza di 44100 volte al secondo (formato WAV)

• Esistono formati compressi, come il MPEG layer 3, che consentono di ridurre molto lo spazio necessario alla memorizzazione senza apprezzabili perdite di qualità del suono

Rappresentazione di dati video• Un video può essere rappresentato come sequenza di

immagini• E’ un metodo molto dispendioso, ad esempio 30

fotogrammi (circa un secondo di filmato) occuperebbe 640x480x3x30= 27.648.000 byte

• Esistono formati compressi (tipo MPEG, QuickTime, MOV) che riducono notevolmente lo spazio necessario sfruttando la caratteristica che tra un fotogramma ed un altro ci potrebbero essere relativamente poche differenze

Compressione video

Compressione dei file

• Un file o più file insieme possono essere compressi o “zippati”

• La rappresentazione interna di questi file viene cambiata in modo da occupare meno spazio: si può immaginare che i dati vengano “abbreviati” (tipo sig. per signore)

• Con i file di tipo testo si può arrivare a risparmiare fino al 70-80% dello spazio originale

• Un file compresso non è leggibile né modificabile

Compressione dei file

• Quando serve un file compresso può essere decompresso (“dezippato”) in modo da tornare ad essere utilizzabile

• Comprimere dei file può servire per per fare spazio a file più utili o per trasferirli più velocemente (su dischetto, via rete, …)

• Un programma di compressione file molto usato per Windows è WinZip (i file compressi hanno estensione .zip)

Il software applicativo• Esistono diversi tipi di software applicativo• Software orizzontale: software ad ampia diffusione

e di utilizzo generale (ad es. un word processor)• Software verticale: software scritto per particolari

compiti diffuso in particolari settori (es. gestione di parcelle mediche)

• Applicazioni personalizzate: software scritto ad hoc per una determinata azienda o cliente (ad es. gestione dei treni per le Ferrovie dello Stato)

Il software applicativoTra gli svariati tipi di software applicativi “orizzontale” i più utilizzati comunemente in azienda vi sono• programmi di videoscrittura (word processor)• fogli elettronici• programmi di presentazione• programmi di grafica• programmi gestionali e di contabilità• sistemi per la gestione dei database

Programmi di grafica

• Consentono di creare disegni, presentazioni e per elaborare immagini preesistenti

• Utilizzano solitamente il mouse o strumenti simili (penna ottica, tavoletta grafica) per interagire con l’utente simulando il modo di disegnare su carta

• Esistono due tipi principali di programmi di grafica: i programmi “paint” e i programmi “draw”

Programmi di grafica

• I programmi di tipo “paint” permettono di lavorare a livello di singolo pixel; sono usati ad esempio per ritoccare fotografie o disegnare immagini a mano libera

• I programmi di tipo “draw” permettono di disegnare immagini come insiemi di linee, punti, cerchi, ellissi, poligoni (grafica vettoriale) e di effettuare rotazioni, ingrandimenti, cambiamenti di angolatura; sono usati come strumenti di progettazione (CAD)

Grafica in modo bitmap

Grafica vettoriale

Sistemi per la gestione dei database

• Consentono di gestire grosse quantità di dati strutturati (database) e di ricercare i dati in modo veloce e potente

• Facilitano l’organizzazione dei dati evitando ripetizioni e stabilendo relazioni tra i dati

• Regolano l’accesso dei vari utenti ai dati permettendo di nascondere parte dei dati a determinati utenti

• Permettono la definizione di vincoli sui dati che vengono controllati dal programma stesso

Sistemi per la gestione dei database

• Controllano l’accesso concorrente ai dati permettendo l’utilizzo simultaneo ai dati da parte di più utenti potenzialmente da qualunque macchina

• Trovano il loro utilizzo in molti parti della gestione di un’azienda, dalla contabilità alla gestione del personale, fino alla gestione del magazzino

• Tra i più diffusi sistemi di database (DBMS) per PC si trovano Microsoft Access, Paradox, Oracle, SQL Server, FoxPro