Riassunto esame Informatica, prof. Dondi, libro consigliato Informatica e cultura dell'informazione, Buonanno Sciuto

Capitolo 2

Le periferiche sono dispositivi che svolgono operazioni di raccolta dati e presentazione dei risultati. Sono collegate

al pc attraverso un'interfaccia a sua volta collegata al bus. Le periferiche moderne hanno al loro interno processori

che vengono regolati dal processore del pc. La tecnologia di connessione punto a punto ha risolto il problema di

lentezza che causava l'uso di un unico bus per tutte le periferiche (collo di bottiglia). Le periferiche possono essere

per: archiviazione, ingresso (tastiera, mouse), uscita (video, audio) e rete (modem).

Le memorie di massa possono essere di tipo:

­magnetico: uno strato magnetico circolare concentrico è letto e scritto da una testina che ne altera lo stato di

magnetizzazione. Il disco è diviso in due assi x e y detti tracce e settori che identificano i record. I gap distanziano

i vari record per evitare errori. Prima dell'utilizzo il disco deve essere formattato (operazione ripetibile ma

distruttiva), consentendo di identificare la posizione dei record tramite dei dati di controllo. La testina si muove

sulle tracce con una velocità detta seek time, e nei settori con una velocità detta latenza di rotazione. I dischi sono

divisi in hard disk (cilindro formato da vari dischi) e floppy disk (singolo disco flessibile).

­flash: molto usate nei dispositivi portatili, combinano la riscrivibilità alla non volatilità, sono piccole e

consumano poco, ma sono lente (2mb/s fino a 60 mb/s) e hanno un limite di utilizzo in scrittura (1 milione di

volte).

­ottico: CD (800mb), DVD (17 gb dual layer), HD­DVD (30 gb) e Blu­ray (80gb); il supporto fisico è un disco di

12 cm di diametro e 1 mm di spessore. I dati vengono incisi su pit e land in un materiale plastico riflettente. La

lettura avviene mediante un raggio laser. I dati non sono organizzati in tracce e settori ma a spirale. La velocità di

trasferimento è qualce decina di mb/s. I tempi di decadenza sono stimabili in vari secoli (mentre i magnetici in

qualche decennio). La maggioranza sono CD e DVD ROM, per evitare errori di scrittura nella produzione a

stampo in serie, ma esistono anche registrabili (vergini) bruciando pit e lend con il laser di un masterizzatore, e

riscrivibili (rigenerabili con un processo di riscaldamento).

Le periferiche sono connesse al pc tramite porte a loro volta connesse tramite schede al bus. Nei pc sono sempre

presenti le interfacce di collegamento per monitor, tastiera, mouse e stampante. Le porte possono essere di tipo

Seriale (un bit alla volta, mouse, regolata dagli standard RS­232C) o Parallela (tutti i bit insieme, stampanti,

standard Centronics). Si sono diffuse porte con prestazioni superiori alle porte Parallele, come l'USB 2.0 (60 mb/s),

il Firewire (400 mb/s) e l'e­SATA (3 gb/s), oltre ai collegamenti wireless (IRDA, Wifi, Bluetooth: 16mb/s). I

monitor si dividono in CRT catodici e LCD a cristalli liquidi, entrambi costituiti da pixel. Si è diffusa la

risoluzione 1920x1080 (16:9) compatibili con lo standard HDTV a discapito di quella 4:3. Al video è assegnata

una RAM gestita come mappa dei pixel dello schermo, che possono assumere 16 milioni di tonalità differenti.

Esistono schede grafiche acceleratrici (coprocessori grafici) che contengono RAM aggiuntiva per sollevare la CPU

da tale compito. L'introduzione di interfacce grafiche ha favorito la diffusione dei dispositivi di puntamento a

discapito delle tastiere, utilizzate ora per operazioni di scrittura. I mouse sono meccanici (pallina in gomma) o

ottici (laser), ma esistono alternative come i track ball (mouse rovesciati), i touchpad, i pointig stick e i joystick. Le

stampanti, invece, possono essere ink jet (ad inchiostro rilasciato da ugelli), oppure laser a toner, impresso con il

calore su carta; il foglio è considerato una matrice sulla quale vengono impressi i singoli puntini. Ogni stampante

ha una dpi, cioè la sua risoluzione che dipende dal numero di punti che può stampare per ogni pollice (ink>laser), e

una sua ppm o pagine per minuto (laser>ink). Si sono diffuse moltissime nuove periferiche come le macchine

fotografiche digitali, che acquisiscono le immagini tramite sensori CCD o CMOS e salvano l'immagine su memorie

flash; la fotografia digitale ha raggiunto la qualità di quella analogica e richiede costi nettamente inferiori. La

risoluzione arriva fino a 16 megapixel (16 milioni di pixel). Anche le videocamere ormai sono basate su sistemi

digitali e la diffusione di film e musica sta seguendo questo filone per diversi motivi: ampia diffusione dei pc per

gestire tali periferiche, connessioni a banda larga per condividere, basso costo delle memorie flash e ottiche,

introduzione di nuovi formati (mp3, wma, aac). I lettori mp3 possono avere una memoria elettronica (4 gb) oppure

magnetica (120 gb).il pc è diventato quindi un vero media center, gestore dei nuovi dispositivi come i PDA

(palmari) e gli smartphone.

Capitolo 3

I programmi, per essere eseguiti, devono essere adattati in funzione dell'hardware, e per fare ciò sono necessari i

sistemi operativi (OS), forniti insieme all'hardware. L'OS virtualizza le caratteristiche del pc rendendolo accessibile

come macchina astratta tramite vari servizi: esecuzione di applicazioni, accesso alle periferiche, archiviazione di

dati, controllo di accesso (risoluzione conflitti d'uso), monitoraggio delle risorse e la gestione dei malfunzionamenti.

Il sistema operativo è composto in differenti sottosistemi di gestione del processore (traduzione dei programmi in

linguaggio macchina), della memoria (allocazione), delle periferiche, dei file (file system), degli utenti (interfaccia

utente) e della rete. La divisione in settori rallenta l'utilizzo delle applicazioni ma permette di non variare

l'efficienza dei settori non coinvolti in un dato processo (rilevazione nuova periferica...). Lo schema riassuntivo è:

utente­software­os­hardware. Inizialmente i pc non avevano un OS e l'utente interagiva direttamente con

l'hardware, con un sistema manuale di prenotazione dei vari job (programmi); successivamente fu introdotto il

sistema batch, basato su un software detto monitor, che automatizzava l'esecuzione dei programmi eliminando i

tempi morti, rendendo però la CPU indisponibile ad altri usi durante l'elaborazione del job. Ai primi OS

uniprogrammati (come DOS) sono succeduti quelli multiprogrammati, in cui la memoria può gestire più di una

applicazione, che consentono un'efficiente elaborazione batch, che rimane però poco interattiva. Solo i sistemi

time­sharing, basati sui quanti, sono riusciti a sfruttare la CPU in modo da eseguire molti programmi insieme in

modo efficiente. I sistemi attuali, come Windows e Linux, sono basati sui processi (esecuzione dinamica), non più

sul programma, che comprendono tutti i dati necessari al programma, quindi i valori presenti nei registri e nella

RAM. I processi di servizio sono gestiti dal Nucleo, l'unica parte del sistema operativo non trasferibile su altri

calcolatori, ma dipendente dall'hardware; esso fa credere ai singoli processi di avere tutto il processore libero per

essere sfruttato tramite file, alternando l'accesso alla CPU dei vari processi (scheduling). I meccanismi delle

operazioni sono separati dalla politica di gestione delle risorse. Ogni processo ha quindi un suo Spazio di

indirizzamento virtuale, che non può sconfinare in quello di altri processi, organizzato dal gestore della memoria

che assegna gli indirizzamenti virtuali, maschera la collocazione fisica dei dati e permette la condivisione di parti

di memoria (dati) tra programmi (senza doverne mantenere più copie). Il gestore delle periferiche invece gestisce i

programmi tramite periferiche astratte e driver, mentre le memorie di massa sono gestite dal file system, che

organizza i dati in contenitori logici detti file e da i permessi per l'accesso. L'interprete dei comandi è un modulo

accessibile dall'utente che attiva i programmi corrispondenti in base agli input (tastiera ecc) e svolge varie

operazioni tramite i gestori (file system, gestore memoria ecc). I programmi di utilità, come i test, i debugger, i

programmi per backup, dipendono dal sistema operativo e ne estendono l'uso. L'architettura di Von Neumann è

basata sull'esecuzione sequenziale di operazioni elementari, ma i calcolatori più moderni devono affrontare

elaborazioni parallele su dati, istruzioni o programmi. È necessaria quindi un'architettura di elaborazione

parallela, che deve avere efficienza (impiego ottimale della CPU), interattività (tempi di risposta brevi) e

sincronizzazione (organizzazione di vari agenti sulla CPU). I processi rivelano chiaramente il parallelismo; essi

contengono un programma eseguibile, i file utilizzati e i valori dei registri. A un programma possono corrispondere

più processi secondari (figli). Il componente che esegue i processi è il processore, che nel caso di una CPU singola

simula il parallelismo. Il processore può essere in modalità utente (possono essere eseguite solo alcune istruzioni), in

modalità supervisore (accesso a tutta la memoria, tutte le istruzioni eseguibili), pronto (in coda per essere eseguito)

o in attesa (di un input, per esempio). Le istruzioni Privilegiate sono eseguibili solo in modalità supervisore. I

programmi in modalità utente divengono gestiti in modalità supervisore quando, attraverso il SVC (super visor

call), devono interpellare le periferiche (per un interrupt comandato dall'utente per esempio), passando quindi in

stato di attesa attendendo l'operazione I/O. Quando un processo viene interrotto si effettua un salvataggio del

contesto, in modo da poterlo ripristinare. Al termine della modalità supervisore, il processo passa nella fase di

pronto e la CPU decide quale processo nella fase di pronto viene svolto successivamente. I processi, inoltre, possono

essere in interazione diretta con l'utente (foreground) o nascosti (back ground). I processi dei programmi pesanti e

dei nuovi OS richiedono molta RAM e per questo il gestore della memoria usa alcuni metodi: si può caricare il

programma da un indirizzo qualsiasi di memoria; si tiene in memoria solo una porzione dei programmi e dei dati; si

condividono le istruzioni tra diversi processi; si effettua lo swapping occupando la memoria di massa con i processi

in pronto o in attesa (per evitare il caricamento dei programmi dalla memoria di massa). La compilazione è un

processo che crea l'eseguibile a partire da un programma sorgente. Per migliorare ulteriormente la velocità, i

programmi sono divisi in livelli dette pagine logiche e la memoria fisica in pagine fisiche. Ciò permette di tenere in

memoria solo la pagina utile. La memorizzazione delle pagine logiche in fisiche permette di caricarle nella RAM

anche se la memoria non è contigua (ma globalmente sufficiente), ma ciò richiede la presenza del MMU (Memory

Management Unit). I programmi che richi