Recapiti
 Massimiliano Adamo
del Consiglio Nazionale delle Ricerche
presso l'Istituto per le Applicazioni del Calcolo M.
Picone di Roma.
e-mail: [email protected]
Home page: http://www.iac.cnr.it/~adamo
Tel.IAC: 06/88470235
Obiettivi del Corso
Il corso ha come obiettivo di fornire
allo studente una conoscenza
generale del calcolatore ed il suo
utilizzo
Obiettivi del Corso
Questi obiettivi vengono raggiunti proponendo due tipi di
nozioni:
 quelle più generali che riguardano l'informatica di base
tese a sviluppare nello studente il senso critico per le
problematiche informatiche,
 quelle più tecniche che abbiano una ricaduta pratica: in
particolare l’uso di internet
Il corso si articola in lezioni teoriche ed in lezioni
pratiche, l'accertamento della preparazione consisterà
in un esame scritto ed orale.
Programma del Corso
 Architettura dei Calcolatori
 Sistemi Operativi
 Linguaggi di Programmazione
 Rappresentazione dei Dati ed Algoritimi
 Gestione Distribuita dei Calcolatori
 Il funzionamento di una rete locale e di Internet
 Trattamento Ipertestuale dell'Informazione
Applicativi
 Applicativi 1: Il web
 Applicativi 2: il foglio elettronico
 Applicativi 3: il wordprocessor
 Applicativi 4: i database
Cos’è un Computer ?
 Un calcolatore digitale è una macchina che può
risolvere problemi eseguendo le istruzioni fornitegli.
 Una sequenza di istruzioni che descrive come
eseguire un certo compito è chiamata programma.
 I circuiti di un calcolatore elettronico possono
riconoscere ed eseguire un numero limitato di
istruzioni semplici in cui tutti i programmi devono
essere convertiti prima di poter essere eseguiti.
Informatica, Linguaggi e Programmi
L'etimologia italiana di informatica proviene dai termini
informazione e automatica, e sicuramente Philippe
Dreyfus, che per primo utilizza nel 1962 il termine
informatique (informatica) voleva significare la
gestione automatica dell'informazione mediante
calcolatore. Sebbene successivamente ne siano state
date diverse definizioni, forse si avvicina di più alla
realtà quella secondo cui l'informatica è la scienza che
si occupa della conservazione, dell'elaborazione e della
rappresentazione dell'informazione.
Informatica, Linguaggi e Programmi
 l‘elaborazione viene effettuata attraverso dei
PROGRAMMI scritti in un qualche LINGUAGGIO
DI PROGRAMMAZIONE
 un linguaggio di programmazione è un
linguaggio formale dotato di una sintassi e di una
semantica ben definite
 per dare un programma occorre un algoritmo,
cioè una sequenza di istruzioni deterministiche
comprensibili dall'esecutore
Linguaggi e livelli
High Level
High Level Languages
Assembly
Firmware
Functional units
Logic Gates
Low Level
Transistors and Wires
Increasing
Complexity
Componenti di un elaboratore
In un elaboratore possiamo distinguere quattro
componenti elementari:
 la La CPU (acronimo di Central Processing
Unit, detta comunemente processore)
 la memoria principale (o centrale)
 la memoria secondaria
 i dispositivi di input/output
CPU - Central Processing Unit
Qualunque CPU contiene:
•
una ALU (Unità Aritmetico-Logica) che si occupa di eseguire le
operazioni logiche e aritmetiche;
•
una Unità di Controllo che legge dalla memoria le istruzioni, se
occorre legge anche i dati per l'istruzione letta, esegue
l'istruzione e memorizza il risultato se c'è, scrivendolo in
memoria o in un registro della CPU.
•
dei registri, speciali locazioni di memoria interne alla CPU, molto
veloci, a cui è possibile accedere molto più rapidamente che alla
memoria: il valore complessivo di tutti i registri della CPU
costituisce lo stato in cui essa si trova attualmente.
CPU - Central Processing Unit
La CPU e' situata in una posizione centrale sulla
piastra madre. Ad essa e' affidato gran parte
del lavoro del computer, infatti essa riceve
continuamente delle istruzioni da eseguire.
Hertz
• L'hertz (simbolo Hz) è l'unità di misura del Sistema Internazionale
della frequenza.
• Un hertz significa semplicemente uno al secondo
• L'unità può essere applicata a qualsiasi evento periodico
• Per esempio, si può dire di un orologio che ticchetta a 1 Hz.
Hertz
•
•
•
•
•
1 chilohertz (simbolo kHz) = 103 Hz = 1.000 Hz
1 megahertz (simbolo MHz) = 106 Hz = 1.000.000 Hz
1 gigahertz (simbolo GHz) = 109 Hz = 1.000.000.000 Hz
1 terahertz (simbolo THz) = 1012 Hz = 1.000.000.000.000 Hz
1 petahertz (simbolo PHz) = 1015 Hz = 1.000.000.000.000.000 Hz
CPU - Central Processing Unit
•
•
•
•
Una misura della velocità e data dal
numero di cicli al secondo (hertz) che
e in grado di compiere
Una performance oggi ragionevole e
intorno ai 3.0 Gigahertz
Gli ultimi pentium 4 lavorano oggi a
circa 3,8 GHz
Nei primi pc IBM si aggira tra i 4,77 e i
10 MHz
CPU - Central Processing Unit
• Ogni istruzione rappresenta un ordine di elaborazione dei dati; il
lavoro svolto e' composto soprattutto da calcoli e trasporto dei
dati, che seguono un percorso verso la CPU. Questo percorso si
chiama bus di sistema.
• Alla CPU viene fornito un lungo flusso di dati attraverso il bus di
sistema; questi dati possono essere di due tipi:
 Istruzioni(per manipolare dati)
 Dati (da gestire secondo le istruzioni)
CPU - Central Processing Unit
CPU - Central Processing Unit
•
•
•
Il compito piu' importante per la CPU consiste nel decodificare le istruzioni
e nel localizzare i dati.
La decodifica consiste nell'interpretare le istruzioni che il programmautente invia alla CPU.
Tutte le CPU compatibili “Intel” dei PC sono anche "compatibili 8086“:
l'Intel 8086 è un microprocessore a 16 bit progettato dalla Intel nel 1978,
che diede origine appunto all'architettura x86
CPU - Central Processing Unit
•
•
•
Dal 1978 l'8086 e le successive CPU hanno sempre ricevuto dei set di
istruzioni compatibili che hanno permesso di affrontare senza traumi il
passaggio da una generazione all'altra di microprocessori.
Le prime CPU avevano il cosiddetto CISC (Complex Instruction Set
Computer, Set d'istruzioni complesse).
Il set d'istruzioni X86 (la X sta per 2, 3 e 4, 5 ecc…), e' stato sviluppato in
origine per l'8086, con i suoi miseri 29000 transistor!
CPU - Central Processing Unit
•
•
Il RISC (Reduced Instruction Set Computer, computer con un set d'istruzioni ridotto), contiene
un numero molto inferiore d'istruzioni rispetto al CISC.
Questi processori hanno una unità di controllo molto semplice e riservano invece molto spazio
per i registri interni:
–
–
–
una CPU RISC ha di solito da un minimo di un centinaio ad alcune migliaia di registri interni generici,
organizzati in un file di registri.
Il tipico set di istruzioni RISC è molto piccolo, circa 60/70 istruzioni molto elementari (logiche, aritmetiche e
istruzioni di trasferimento memoria-registro e registro-registro);
Le istruzioni hanno tutte lo “stesso formato” e la stessa lunghezza, e tutte o quasi vengono eseguite in un
solo ciclo di clock.
Scheda Madre
Le Memorie
•
La memoria e' quella parte del
computer dove sono contenute
tutte le informazioni da elaborare
ed i risultati derivanti da queste o
le istruzioni utili affinche' vengano
elaborate.
Le Memorie (Principali)
• RAM (Random Access Memory)
• EPROM, acronimo di Erasable Programmable
Read Only Memory
Sono memorie centrali direttamente collegate,
senza intermediazioni, al cuore pulsante del
computer, la CPU.
Il termine ROM viene ancor oggi utilizzato per
indicare (impropriamente) quelle memorie non
volatili che mantengono i dati in memoria anche
in mancanza di alimentazione.
Le Memorie
•
•
Abbiamo anche una memoria detta secondaria che si contrappone alla primaria:
qualunque mezzo usiamo per una memorizzazione non volatile (hard disk, floppy
disk, cd-rom. dvd) nella quale vengono depositate informazioni gia' elaborate
dalla CPU o che non lo saranno nell'immediato.
Tutta la memoria esterna indirizzabile da quella centrale, alla quale si può
giungere per mezzo di canali di I/O (Input/Output): viene anche chiamata
memoria esterna (external storage), secondary storage (memoria secondaria),
auxiliary storage (memoria ausiliare).
La RAM: com’e’ fatta?
•
La RAM e' piccola, sia fisicamente
(e' conservata in un microchip) sia
nella quantita' di dati che puo'
contenere.
La RAM: com’e’
fatta?
•
E' molto piu' piccola dell'hard disk sia
fisicamente sia come capacita' di
contenimento dati: un computer, oggi, e'
dotato di 256/512 MB di RAM mentre gli Hard
disk hanno una capacità di 80/120 GB
Tre "cose" da ricordare:
 La velocità della RAM e' misurata in MHz: una velocità
oggi accettabile è di 300/400 MHz
 SDRAM (synchronous DRAM) nome generico per
dynamic random access memory (DRAM) che sono
sincronizzate ed ottimizzate con il clock del
Microprocessore. Queste caratteristiche permettono di
massimizzare il numero di istruzioni elaborate in una unità
di tempo.
 DIMM (dual in-line memory module )
Rappresentazione dei dati in memoria
•
La memoria puo essere vista come una lunga sequenza di
componenti elementari (celle) ognuna delle quali e in grado di
conservare un bit.
Rappresentazione dei dati in memoria
• Es. per rappresentare il numero 27 con 8 bit posso scrivere
27=2*13+1=2(6*2+1)+1=22(2*3)+2+1=
23(2+1)+2+1=24+23+21+20
7
6
5
4
3
2
1
0
2
2
2
2
2
2
2
2
0
0
0
1
1
0
1
1
27 in base 2 si rappresenta quindi con 00011011
Rappresentazione dei dati in memoria
• Ogni cella di memoria e caratterizzata da un indirizzo espresso
mediante un numero intero.
• Tale indirizzo è a sua volta rappresentato internamente mediante
la sua codifica binaria:
–
il numero di bit utilizzati per scrivere tale codifica prende il nome di spazio di
indirizzamento.
Unità di misura della memoria
• Bit (unita' di codifica elementare: 0/1, v/f)
• Byte (2^3 bits)
• KB (KiloByte: 2^10 bytes, pari a circa 1000 byte)
• MB (MegaByte 2^20 bytes ovvero circa un milione
di byte)
• GB (GigaByte 2^30 bytes, circa un miliardo di
byte)
• TB (TeraByte 2^40 bytes, circa mille miliardi di
byte) di byte)
• PB (PetaByte 2^50 bytes)
Capacità di alcuni dispositivi di memoria
• Hard DISK : decine di GB fino a qualche TB
• Floppy: 1.4 MB
• CD-ROM: > 650 MB, < 800 MB
• DVD: >4.7 GB; < 9 GB (Dual Layer)
• Penne USB: fino a 2 GB
• Memory Stick e simili: fino a 2 GB
Caratteristiche delle schede di
memoria
• parole di memoria (word): permettono di trasferire
sequenze di bit di una determinata lunghezza (ad
es. 32 bits),
• tempo di accesso: e una misura della rapidita con
cui l'informazione viene recuperata dalla memoria,
si misura in nano-secondi,
• costo: e un parametro importante perche se ci si
può permettere una grande quantità di memoria
molto veloce le performances del sistema migliorano)
• volatilità: la memoria principale ha bisogno di un
continuo refresh dunque tutte le informazioni
contenute in essa sono perse al momento dello
spegnimento del sistema.
Architetture a 32 ed a 64 bit
• I termini 32 e 64 bit sono utilizzati in informatica per indicare che, in
una determinata architettura, gli interi sono indicati con al massimo
64 bit di larghezza o per descrivere l'architettura di una determinata
CPU, che usa i registri interni, il bus degli indirizzi o bus dei dati di
quella dimensione.
Architetture a 32 ed a 64 bit
• Ad oggi (2006) le CPU a 64 bit sono comuni nei
server, e si stanno diffondendo sempre più
anche nell'ambito dei personal computer
(precedentemente a 32 bit), con le architetture
AMD64, EM64T e PowerPC 970
• Il processore diventa in grado di gestire interi a
64 bit in modo nativo. I processori a 32 bit
possono gestire in modo nativo solo numeri
interi fino a circa 4 miliardi, dopodiché devono
combinare più numeri in modo piuttosto
complicato. Un processore a 64 bit sposta
questo limite a 16 miliardi di miliardi.
Collegamento tra le unità
Il collegamento tra le varie
unità è realizzato mediante
canali di comunicazione
detti bus ed è organizzato
secondo una struttura di
tipo master/slave
Collegamento tra le unita
Pregi e difetti di un collegamento a bus sono:
Semplicità
Lentezza
Estendibilità
Limitata capacità
Standardizzabilità
Sovraccarico della CPU
Da un punto di vista funzionale il bus puo essere
suddiviso in 3 componenti: il bus dati, il bus degli
indirizzi, il bus di controllo..
La memoria principale
1.
2.
•
La memoria centrale fornisce all'elaboratore la capacità di ricordare le
informazioni.
In particolare la memoria dovrà contenere sia il programma, cioè la
lista di istruzioni che l'unità di controllo deve leggere ed eseguire, che i
relativi dati.
N.B. la memoria rappresenta queste diverse informazioni allo stesso
modo mediante cifre binarie (detti bit dall'inglese binary digit).
Architettura di Von Neumann
•
•
•
Con l'espressione architettura di von Neumann o macchina di von Neumann ci si
riferisce a uno schema di progettazione di calcolatori elettronici che prende nome dal
matematico John von Neumann.
Lo schema si basa su quattro componenti fondamentali:
CPU o unità di lavoro che si divide a sua volta in
– Unità di calcolo o ALU
– Unità di controllo
•
•
•
•
Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale (RAM,
Random Access Memory)
Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere
elaborati
Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti
all'operatore
Uno speciale registro dentro la ALU detto accumulatore, che faceva da buffer tra
input e output grazie a una speciale istruzione che caricava una parola dalla
memoria all'accumulatore e viceversa.
Architettura di Von Neumann
•
Bisogna comunque precisare che questa è una schematizzazione molto sintetica,
sebbene molto potente: basti pensare che il computer con il quale state leggendo
questo articolo è progettato secondo l'architettura von Neumann (purché non si tratti
di qualche mainframe aziendale). Inoltre, quando si parla di unità di memoria si
intende la memoria principale, mentre le memorie di massa sono considerate
dispositivi di I/O. Il motivo di ciò è innanzitutto storico, in quanto negli anni Quaranta,
epoca a cui risale questa architettura, la tecnologia non lasciava neanche
presupporre dispositivi come hard disk, CD-ROM o anche solo nastri magnetici, ma
anche tecnico, se si considera che in effetti i dati da elaborare devono comunque
essere caricati in RAM, siano essi provenienti da tastiera o da hard-disk.
Architettura di Von Neumann
Rappresentazioni dei dati in memoria :
gli interi
•
•
•
Un unico byte è una quantità troppo piccola per rappresentare un numero intero.
La rappresentazione dei numeri interi, sia positivi che negativi, avviene
nell'elaboratore considerando più byte consecutivi; usualmente si utilizzano 2 o 4
byte e, in certe situazioni, anche più. Un unico bit (di regola il primo a sinistra)
rappresenta il segno: il bit 0 indica il "+" e il bit 1 il "-".
Per certe applicazioni, due byte sono sufficienti e in due byte si possono
memorizzare tutti i numeri interi relativi da -32768 a +32767, esattamente un
numero negativo in più rispetto ai positivi, poiché 0 è considerato un numero
positivo.
Rappresentazioni dei dati in memoria:
con virgola
• Si consideri ad esempio il numero 12,345. Il numero viene prima di tutto
"normalizzato", cioè scritto in una forma standard, del tipo 0,... seguito
da una parte decimale la cui prima cifra sia diversa da zero. Per
esempio il numero 12,345 diviene: 0,12345*10^2.
• Nella terminologia tecnica, 0,12345 si dice la "mantissa" del numero
12,345, mentre l'esponente del 10 (in questo caso il 2) si dice
l'"esponente" del numero considerato.
Rappresentazioni dei dati in memoria:
con virgola
• Mantissa ed esponente individuano univocamente il numero e
quindi possono servire a rappresentarlo nella memoria
dell'elaboratore.
• Un numero con la virgola del tipo descritto si dice un "numero reale"
nel gergo dell'informatica, e viene memorizzato in un certo numero
di byte consecutivi, da 4 fino a 64 e anche più, a seconda
dell'elaboratore e della particolare applicazione.
• Cioe’: SEGNO X MANTISSA X BASE ^ ESPONENTE
Rappresentazioni dei dati in memoria:
le lettere
• Un testo letterale è una sequenza di "caratteri" presi da un "alfabeto"
finito e ben caratterizzato. La codifica dei caratteri è stata a suo tempo
standardizzata e fu detta "codifica ASCII", dove la sigla sta per
"American Standard Code for Information Interchange". Tale codifica è
oggi accettata quasi universalmente e comprende:
• le lettere maiuscole e minuscole dell'alfabeto inglese (codici da 65 a 90
e da 97 a 122)
• le cifre decimali (codici da 48 a 57)
Rappresentazioni dei dati in memoria:
le lettere
• i caratteri di interpunzione, cioè lo spazio, la virgola, il punto
fermo, i due punti, il punto esclamativo, ecc.; i segni aritmetici,
come il più, il meno, l'asterisco, le parentesi tonde, quadre e
graffe; alcuni simboli speciali, come il dollaro, la barra verticale,
la chiocciola (codici da 32 a 47, da 58 a 64, da 91 a 96 e da 123
a 127)
Rappresentazioni dei dati in memoria:
le lettere
•
•
•
•
•
La codifica estesa (codici da 128 a 255) ha permesso di introdurre una serie di
caratteri speciali, molto utili in varie applicazioni:
i caratteri nazionali, cioè accentati o con altri segni particolari
alcuni caratteri particolari, come !, ? e le virgolette
i caratteri semigrafici che permettono di disegnare, sullo schermo o sulla
stampante, semplici disegni, schemi o diagrammi
i caratteri matematici, come alcune lettere greche, alcuni simboli e alcuni
caratteri speciali
Programmi
•
•
L'elaborazione delle informazioni da parte del processore avviene
secondo sequenze di istruzioni che ne regolano il comportamento,
dette programmi.
Secondo il modello di Von Neumann la memoria principale deve
ospitare contemporaneamente almeno due tipi di informazioni:
1.
2.
la sequenza delle istruzioni
l'insieme dei dati su cui operare
I compiti del processore
•
Ad ogni ciclo il processore:
1.
legge dalla memoria principale la prossima istruzione da
eseguire,
esegue l'istruzione.
2.
I registri
• Sono piccole unità di memoria interne al processore ed estremamente
veloci.
• Servono per mantenere le informazioni di necessità immediata per il
processore.
• Possono essere speciali (per scopi particolari ad es. registro Program
Counter, registro istruzioni, registro di stato, registri di comunicazione)
• o generali detti anche aritmetici per contenere risultati parziali.
(Il numero e le dimensioni di questi registri variano da processore a
processore).
Il registro Program Counter
• Contiene l'indirizzo della cella di memoria in cui si trova la prossima
istruzione da eseguire.
• Dimensioni del registro:
PC = dimensioni degli indirizzi
I compiti del processore (2)
Dettagliando il comportamento del processore, abbiamo che ad ogni
ciclo il processore:
1.
legge dalla memoria principale l'istruzione che si trova all'indirizzo
indicato dal registro PC,
2.
modifica il valore del PC aumentandolo di 1
3.
esegue l'istruzione letta dalla memoria.
Il registro delle istruzioni
• Ad ogni ciclo l'istruzione letta dalla memoria principale viene scritta
nel Registro Istruzioni (RI).
• L'istruzione verrà a poi decodificata dalla unita di controllo
I compiti del processore
Dettagliando ulteriormente il comportamento del processore, abbiamo che ad
ogni ciclo:
1. Legge dalla memoria principale l' istruzione che si trova all'indirizzo
indicato dal registro PC
2. Scrive l'istruzione all'interno del registro RI
3. Modifica il valore del PC aumentandolo di 1
4. La UC decodifica l'istruzione e individua la sequenza di azioni che
devono essere svolte
5. Esegue le azioni specificate dall'istruzione
Registro di stato
Contiene delle informazioni sullo stato di esecuzione del
processore e segnala eventuali errori.
L'unita Logica-Aritmetico (ALU)
E costituita da un insieme di circuiti in grado di effettuare operazioni di tipo
aritmetico e logico.
La ALU legge i dati contenuti nei registri generali, esegue le operazioni e
memorizza il risultato in uno dei registri generali.
In alcuni casi oltre alla ALU può essere presente un coprocessore
matematico.
Le principali porte logiche
Differenti livelli di tensione vengono utilizzati per
rappresentare i singoli bit.
I semi-conduttori permettono di realizzare i vari tipi di porte
necessarie per il funzionamento dei calcolatori.
Inoltre le tecniche VLSI (very large system integration) permettono
di integrare una gran quantità di questi circuiti in uno spazio
molto ridotto.
Le principali porte logiche
Una lista (non esaustiva) dei principali tipi di porte:
NOT: negate the input
AND: high only both inputs are high
OR: high if one or both inputs are high
NAND: negate AND
NOR: negate OR
XOR: high only if the two inputs are different
Tabelle di verità delle porte logiche
Il comportamento di una porta logica e’ descritto mediante una tabella che lega i
segnali di ingresso con quelli di uscita:
NOT
AND
0
1
OR
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
XOR
0
1
0
0
1
1
1
0
La logica dell'elaboratore
• La capacità decisionale è alla base dell'operatività degli elaboratori.
I principi logici di questa capacità sono gli stessi della "logica delle
proposizioni", scienza inventata da George Boole.
• L'idea originaria di Boole fu quella di affrontare il problema della
formalizzazione della logica arrivando ad un formalismo di tipo
matematico che permetta un "calcolo" della logica stessa.
La logica dell'elaboratore
• Si dice "proposizione" ogni frase che sia vera o falsa.
Convenzionalmente, "vero" e "falso" si dicono "valori di verità", e si
indicano simbolicamente rispettivamente con 1 e 0.
• Boole osservò che ci sono tre modi fondamentali di connettere due
(o più) proposizioni, in modo tale che ogni altra possibile
connessione sia esprimibile per mezzo delle tre di base:
La logica dell'elaboratore
• la congiunzione, espressa con il connettivo "e"; essa indica la verità
simultanea delle due proposizioni che compongono la frase. Boole
chiamò questa operazione "prodotto logico" o AND
• la disgiunzione, espressa dal connettivo "oppure"; essa indica la verità
disgiunta di due proposizioni. Boole chiamò questa operazione "somma
logica" o OR
• la negazione, espressa dall'avverbio "non"; essa indica il valore
complementare della proposizione originaria (NOT)
La logica dell'elaboratore
• Seguendo le indicazioni date nella definizione, è possibile associare
un preciso valore di verità alle proposizioni composte, quando si
conosce il valore di verità di due proposizioni p e q.
• Questa associazione ha la forma di una tabella di operazione, e si
dice "tabella di verità" del connettivo. Essa mostra come i
connettivi costituiscano delle vere e proprie operazioni sulle
proposizioni.
La logica dell'elaboratore
AND
OR
NOT
Esecuzione delle istruzioni in
linguaggio macchina
* Ogni istruzione e caratterizzata da un nome e da un certo numero di
argomenti.
* Gli argomenti possono contenere nomi (numeri) di registri o indirizzi
di memoria principale (metodi di indirizzamento).
Esempio di istruzione macchina
Codice operazione
argomento 1
Argomento 2
LOAD
R1
1235
Esempi di istruzioni
Tipici esempi di istruzioni sono:
• Istruzioni di lettura dalla memoria (due argomenti)
• Istruzioni di scrittura in memoria (due argomenti)
• Istruzioni aritmetiche (due o tre argomenti)
• Istruzioni logiche
• Istruzioni di spostamento (due argomenti)
• Istruzioni di salto (istruzioni goto)
Lettura e scrittura in memoria
• Le operazioni di lettura e scrittura in memoria sono
fondamentali per il funzionamento di un processore.
• Per effettuarle e necessario specificare l'indirizzo della cella su
cui si vuole operare.
• Inoltre è necessario che il processore e la memoria principale
possano comunicare.
• Tale comunicazione avviene attraverso i cosiddetti registri di
comunicazione del processore.
Registri di Comunicazione
• Il Registro Indirizzi Memoria (DOVE) RIM
• Il Registro Dati Memoria (COSA) RDM
• Il Registro di Controllo (OPERAZIONI ed ERRORI) RC
Istruzioni di salto
•
•
•
•
Finora abbiamo detto che le istruzioni di un programma devono essere eseguite
in sequenza.
Ma la semplice sequenzializzazione delle istruzioni non permette di scrivere
programmi che risolvano qualunque tipo di problema.
Esistono quindi istruzioni particolari (istruzioni di salto) che permettono di
specificare la successiva istruzione da eseguire. L'argomento di tali istruzioni e
l'indirizzo della prossima istruzione da eseguire.
E possibile così modifica re il flusso di esecuzione di un programma.
Esempio di esecuzione di un semplice
programma
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
LOAD 3568 R1
ADD R1 R2
STORE R1 3568
JUMP 6
……………..
……………..
..….. ………..
Il software e il computer
• Dopo aver esplorato la struttura interna del calcolatore ci chiediamo:
• cosa vediamo noi del “cuore" di un computer quando lo usiamo?
• Chi fa da mediatore tra noi e le varie parti dell'architettura che abbiamo
studiato?
• RISPOSTA: il software!
MACCHINE VIRTUALI
• Perché tra l'utente e la CPU la comunicazione diretta fallisce?
perchè è un compito difficile scrivere sequenze di istruzioni in
linguaggio macchina, per questo ci vuole una catena di intermediari
!
Schema della macchina virtuale
• Il software di base che ci fa dialogare con l'hardware sottostante è la
macchina virtuale.
• l'hardware comprende solo il linguaggio macchina
• la macchina virtuale comprende comandi “più naturali“ e sà tradurli
verso l'hardware
Gerarchie di macchine virtuali
(il modello a cipolla")
• UTENTE
• macchina virtuale esterna
• macchina virtuale intermedia 1
• macchina virtuale intermedia 2
• ………………………………..
• macchina virtuale intermedia n
• hardware
Esempio
• MEDICO:decide terapie e lo dice all'infermiera
• INFERMIERA:ascolta medico e pratica terapia a paziente
• PAZIENTE:riceve cure dall'infermiera
Schema generale del sistema operativo
• HW
• kernel
• gestione interna
• gestione periferiche
• Interazione UTENTE
Esamineremo via via gli strati della “cipolla", dall'interno verso
l'esterno
Classicazione dei sistemi operativi
Mono-utente
Multi-utente
Mono-programmato
Multi-programmato
o Multi-tasking
Non distribuito
Distribuito
I livelli della “cipolla" che esploreremo
•
•
•
•
•
•
bootstrap
gestore dei processi
gestore della memoria principale
gestore della memoria secondaria
gestore delle periferiche
gestore della interazione con l'utente (shell e GUI)
Bootstrap
• Il bootstrap e il primo “programma" che viene eseguito dal
kernel
• Esso e responsabile dell'attivazione di tutti le altre componenti
del kernel, che a loro volta faranno partire i programmi della
gestione interna e l'interprete con l'esterno.
• (Tutta questa “catena" si avvia all'accensione automaticamente,
attenzione: questa e la parte piu’ sensibile ai virus !!!)
I processi
• Ogni “programma” che viene eseguito e un processo (detto
anche JOB).
• Anche un sistema non multi-tasking deve eseguire piu’
programmi “contemporaneamente”.
• Tipicamente la gestione interna del computer e adatta ad una
gran numero di programmi che l'utente non vede e non
conosce ma che sono tutti indispensabili al funzionamento del
computer.
Un processo
Un processo è un programma in esecuzione, esso può essere identicato
con la struttura di dati utilizzata dal sistema per gestirlo.
Per descrivere questa struttura occorrono:
• la sequenza di istruzioni che costituiscono il programma stesso
• l'indirizzo della prossima istruzione che deve essere eseguita
• lo stato di tutte le informazioni gestite dal programma (i dati)
Queste tre componenti formano l'immagine del processo.
Un processo
Stati di un processo in esecuzione:
• pronto,
• in attesa,
• in fase di creazione,
• in terminazione
• in scambio di esecuzione
• richiesta di I/O o di risorsa
• I/O terminato o risorsa disponibile
Schema Riassuntivo
E il processore?
• Può essere:
ATTIVO
o
IDLE
• Può alternarsi tra piu’ processi, “cambiando contesto" cioe’
salvando o leggendo l'immagine del processo dalla memoria.
• Deve restare IDLE il meno possibile: il tempo è una risorsa, non
va sciupata !
Il gestore dei processi
Compito (ideale) di un gestore di processi:
• Operare in maniera che ogni processo proceda come se
ci fosse una CPU completamente dedicata a lui.
Tale CPU sarà meno veloce di quella reale ma così il
processo non deve occuparsi degli altri processi che
vengono eseguiti in quel momento.
Principio di funzionamento del gestore
Un principio essenziale e’ che (anche per un sistema di modeste
dimensioni) il processo da eseguire non deve avere bisogno di
conoscere lo stato di tutti gli altri processi per poter eseguire il
suo programma.
Nasce quindi la necessità di un processo “super partes“ di
coordinamento (lo scheduling ).
Dove stanno i processi pronti non attivi?
Obiettivi di una politica di scheduling (per processi
eventualmente conflittuali tra loro):
• Minimo tempo di esecuzione di ciascun processo,
• Massimo utilizzo processore,
• Massimo numero di processi elaborati nell'unita di tempo
(throughput),
• Minimo tempo di attesa per processo.
Tipo di esecuzione richiesta dai vari
processi
• Processi batch: vengono lanciati dall'utente e debbono dare una
risposta dopo qualche tempo.
Per giungere alla risposta non richiedono ulteriore intervento
dell'utente.
• Processi time-sharing: richiedono una interazione con l'utente e
nei tempi di attesa lasciano libero il processore di fare altre
cose.
• Processi real-time: non possono tollerare alcun ritardo
nell'elaborazione. Il processore deve dedicarsi completamente a
tali processi. Richiedono sistemi dedicati.
Politiche a lungo termine e politiche a
breve termine
• Quanti processi si possono “tenere" in elaborazione su un
processore nel caso di un sistema multi-tasking ? ...
ovviamente un numero non eccessivo.
• Il sistema operativo utilizza allora diverse strategie di gestione
per decidere quale processo deve avere la priorità.
• Come distribuire tra i vari processi “in esecuzione" il tempo
del processore?
Politiche di gestione dei processi
•
•
politiche a breve termine: short term scheduling
politiche a lungo termine: long term scheduling
Politiche a breve termine
Tra le politiche a breve termine si distinguono:
• politiche non pre-emptive: il processo in esecuzione può essere
sostituito solo se l'utente lo arresta volontariamente o se il
programma stesso termina (e adatta ai programmi batch).
• politiche pre-emptive: il sistema ha la facoltà di fermare e
sostituire i processi in qualsiasi momento, nei modi che esso
stesso valuta essere i più appropriati alla situazione (adatta al
time sharing e al real time).
Esempio
Una politica non pre-emptive derivata dalla gestione delle code:
• First Come - First Served detta anche First In - First Out: i
processi vengono eseguiti nell'ordine in cui si presentano, viene
completata l'esecuzione del primo arrivato mentre gli altri
processi stanno ad aspettare il proprio turno.
Pro e Contro
Altre politiche per le code
• Shortest Remaining-Time First (politica preemptive). Controlla
quale sia il minore tra il tempo residuo di ogni processo in
esecuzione e il tempo dei processi in attesa.
• Selezione di priorità: Ogni processo ha una priorità. Vengono
eseguiti i processi a priorità maggiore. Esistono varianti preemptive e non pre-emptive.
• Round Robin (politica pre-emptive). Il tempo e diviso in
“quanti". A turno ogni processo viene eseguito per un quanto di
tempo.
Gestione della memoria principale
• Ogni processo usa memoria. Inoltre quando si “mette un
processo in attesa" occorre salvare da qualche parte la sua
immagine.
Come viene regolato l'uso della memoria?
• Di questo si occupa un'altra porzione del sistema operativo
(gestore della memoria) che assegna ad ogni processo porzioni
della memoria disponibile.
Gestione della memoria principale
• ...ancora una volta il compito ideale un gestore della memoria è
di “simulare" per ogni processo una memoria dedicata
completamente a lui.
Sistema monoprogrammato
• Due sono i task in esecuzione: il programma del sistema operativo e
il processo avviato dall'utente. Sistema Operativo
Processo Utente
La gestione e semplicissima: basta porre una barriera invalicabile tra la
zona di memoria dedicata al sistema operativo e quella dedicata al
processo utente.
• Operazione non consentita: superare lo steccato (causa la
terminazione forzata del processo utente).
Nel sistema che ha piu’ processi
• Cosa fare con l'immagine?
• PRIMA OPZIONE: tutta l'immagine di un processo è
rappresentata in una area contigua della memoria.
• SECONDA OPZIONE: l'immagine viene “segmentata" e scritta
in pezzi non contigui della memoria.
Cosa fare con la memoria?
• PRIMA OPZIONE: dividerla in porzioni di dimensioni fisse.
• SECONDA OPZIONE: dividerla in porzioni di dimesione adattabile.
Obiettivi
Ridurre per quanto possibile:
• Frammentazione interna (mancato utilizzo di una parte dell'area
assegnata ad un processo da parte di quel processo)
• Frammentazione esterna (mancato utilizzo di porzioni della memoria
che non vengono assegnata a nessun processo)
RAM
I problemi sono alleviati
• se se c'e tanta RAM! (non ci basta mai! E costa molto!)
• se parte della memoria e organizzata in “pagine fisse“ che non
risiedono tutte sulla memoria principale ma che vengono copiate
e lette da e sulla memoria secondaria (hard disk).
Questa attività di copiare sul disco le “pagine" di
memoria non utilizzate al momento (perche' i processi relativi sono
in attesa o pronti ma non in esecuzione) si chiama
“paginazione" o “swapping di pagine".
MEMORIA VIRTUALE
• L'espediente di ricorrere all'hard disk con la paginazione crea quella
che si chiama MEMORIA VIRTUALE
• Essa e più lenta ma più economica di quella principale.
L'informazione che più spesso utilizzata
dov’è?
Viene posta in una memoria ultra-rapida detta memoria cache:
• In questa memoria per esempio vivono i dati importanti relativi
alla gestione del sistema operativo.
• 128 – 256 - 512 Kbyte e la misura standard della cache nei PC
più diffusi.
Gestione della memoria secondaria
Gestione della memoria secondaria
tracce e settori formano sulla superficie del disco un
“sistema di riferimento” in modo che il sistema operativo
abbia la possibilità di indirizzare singoli blocchi (o records)
di memoria.
I compiti fondamentali del file system
• Mantenere un INDICE (o un sistema di indici) che leghi la
struttura fisica con la struttura logica.
• Consentire di creare, distruggere, alterare un file.
• Mantenere informazioni sulla data di creazione, sul creatore,
sulla grandezza, sui livelli di protezione di ogni file.
Sulle tecniche di indicizzazione
• Un file è spezzato in tanti record.
• I record possono essere contigui o non contigui all'interno della
memoria secondaria.
• L'indicizzazione può essere “indexata" oppure “linkata".
L'organizzazione logica e gerarchica
• Una serie di scatole annidate l'una dentro l'altra.
• Le scatole che contengono altre scatole si chiamano DIRECTORY
• Le scatole che contengono solo le informazioni nali sono i veri e
propri FILE
• Una directory fisicamente non e altro che un file che mantiene
l'indice di un gruppo di file. Intuitivamente (e graficamente) essa ci
appare come un contenitore.
Gestione delle periferiche
• Ogni periferica deve scambiare messaggi con la CPU: tali
messaggi vengono chiamati INTERRUPT
• Essi sospendono le azioni della CPU per fornire servizio e
attenzione alle periferiche stesse.
• I dati sono condivisi da periferica o CPU: o accedendo ad una
memoria “dedicata" a ciascuna periferica (esempio le schede
video, il buffer della tastiera) o condividendo direttamente parte
della RAM (alcune stampanti, i dischi di memoria secondaria).
I programmi di controllo di ciascuna
periferica
• Sono detti driver: essi sono specifici di ogni periferica;
• Sono specifici di ogni CPU.
• Debbono essere sempre forniti dal produttore della periferica!
Altrimenti questa e inutilizzabile
Interprete comandi
La buccia esterna della cipolla!
Si distinguono due modalità (che possono anche convivere sul
medesimo sistema):
• A “shell", ossia mediante scambio di comandi alfanumerici digitati da
tastiera.
• Ad oggetti grafici (Windows, Icone, Mouse, Puntatore), detta
Graphic User Interface (GUI).
Linguaggi di Programmazione
Linguaggi di programmazione ad alto livello
Nascono e si sviluppano principalmente per due ragioni :
1) E' difficile scrivere i programmi direttamente in
linguaggio macchina per:
• Istruzioni a basso livello
• Dati codicati mediante sequenze di bit
2) I programmi in linguaggio macchina non sono portabili da un
elaboratore all'altro.
Obiettivi
• Quindi l'obiettivo di base dei linguaggi di programmazione ad
alto livello e quello di consentire al programmatore di astrarre
dalle caratteristiche fisiche della macchina e scrivere il
programma utilizzando un insieme di istruzioni fornite dal
linguaggio stesso.
• Il linguaggio di programmazione fornisce anche i costrutti
necessari a combinare le varie istruzioni.
Programmi ad alto livello
• I programmi scritti nei linguaggi ad alto livello non sono eseguibili
direttamente.
• Si deve avere un meccanismo intermedio che traduca le istruzioni di
tali programmi in istruzioni macchina.
• In questa traduzione deve essere preservato il signicato di ogni
istruzione.
• Perciò è necessario che i linguaggi ad alto livello siano denfiiti in
modo preciso e non ambiguo.
Come si denisce un linguaggio
Definire un linguaggio vuol dire definire le frasi del linguaggio e il loro
signicato.
Per definire un linguaggio e quindi necessario introdurre:
• Un alfabeto (denisce l'insieme dei simboli)
• Un lessico (denisce l'insieme delle parole)
• Una sintassi (denisce l'insieme delle frasi ben formate)
• Una semantica (definisce il signicato delle frasi ben formate)
• Le frasi ben formate di un linguaggio di programmazione costituiscono i
programmi.
La Sintassi
La sintassi di un linguaggio si specifica mediante una grammatica cioè
un insieme di regole che stabiliscono:
• come combinare le diverse parole del lessico per costruire le frasi
corrette (frasi ben formate) del linguaggi.
Le grammatiche possono essere definite in modi
differenti: nell'informatica si usano delle definizioni di tipo generativo.
La semantica
• Il compito di associare un significato alle frasi e legato all'analisi
semantica.
• Punto di partenza della analisi semantica è l’ipotesi che sia noto il
signicato di ogni parola.
La semantica
•
Consideriamo le due frasi seguenti entrambe esatte dal punto di
vista sintattico:
1.
La ragazza mangia un pollo
2.
Un pollo mangia la ragazza
Chiaramente soltanto la prima e esatta dal punto di vista semantico.
Notare che la interpretazione semantica viene data rispetto ad un
determinato contesto
La definizione di un linguaggio di
programmazione
Per la definizione di un linguaggio di programmazione bisogna fare in
modo che:
• La sintassi sia semplice e non ambigua
• La semantica sia chiara
Il parser
• Data la grammatica di un linguaggio di programmazione è
possibile costruire un parser (cioè un analizzatore sintattico) in
grado di riconoscere le frasi ben formate del linguaggio (i
programmi).
• Il parser inoltre quando esamina frasi non corrette,segnala il
punto in cui è stato riscontrato un errore e suggerisce eventuali
correzioni.
Problema
• Definito un linguaggio di programmazione ad alto livello e scritto un
programma in tale linguaggio, come è possibile eseguire il
programma su una macchina in grado di eseguire soltanto istruzioni
in linguaggio macchina ?
• Abbiamo bisogno di un “traduttore" che traduca le istruzioni del
linguaggio ad alto livello in istruzioni equivalenti del linguaggio
macchina.
Modalità di traduzione
Esistono due diverse tecniche per farlo:
• la compilazione
• l' interpretazione
• Osservazione: i linguaggi ad alto livello sono portabili su macchine
differenti.
Compilazione
• La compilazione può essere descritta nel modo seguente:
per eseguire su una macchina M un programma P scritto in un
linguaggio ad alto livello L, bisogna:
1. Tradurre P in un programma P' scritto in linguaggio macchina.
2. Eseguire il programma P' sulla macchina M.
Compilazione
In questo caso la traduzione viene eseguita da un
programma che prende il nome di compilatore per il linguaggio L sulla
macchina M.
• In realtà il compilatore prima di effettuare la traduzione esegue
l'analisi sintattica segnalando gli eventuali errori sintattici.
• Il programma P prende il nome di programma sorgente mentre il
programma P' prende il nome di programma oggetto.
Riassumendo
• Dal programma P tramite compilatore per il linguaggio L si ottiene il
programma P' nel linguaggio macchina di M e quindi si può passare
all'esecuzione di P' su M.
• Il programma oggetto (P') potrà poi essere eseguito tutte le volte che
si desidera senza dover rifare ogni volta la traduzione.
Attenzione !
E’ necessario un compilatore diverso per ogni diversa macchina.
• Lo stesso programma sorgente viene tradotto in programmi
oggetto differenti per le diverse architetture hardware.
• Linguaggi compilati sono il Pascal, il C, il Fortran
Interpretazione
L'idea alla base dell'interpretazione e quella di tradurre il programma durante la sua
esecuzione:
• quando il programma P in un linguaggio L viene mandato in esecuzione, le
istruzioni di P vengono in sequenza tradotte e poi eseguite
• il programma che esegue la traduzione viene chiamato interprete per il
linguaggio L sulla macchina M.
• contemporaneamente alla traduzione viene vericata la correttezza sintattica di
ogni istruzione e vengono segnalati eventuali errori. Esempi di linguaggi
interpretati sono il Basic, il Prolog, il Lisp, Perl, PHP, Javascript, ASP!
Interpreti contro compilatori
• La compilazione è più efficiente della interpretazione.
• L'interpretazione è più flessibile della compilazione.
• L'interpretazione è più utile durante la fase di sviluppo del
programma.ma.
• La compilazione è più comoda una volta che il programma è già
stato messo a punto.
Interpreti contro compilatori
Esistono linguaggi che mettono a disposizione entrambe la modalità di
esecuzione (Lisp, Prolog e Basic).
Esistono linguaggi che usano uno schema misto.
Java
Ad esempio, un programma scritto nel linguaggio Java,al momento
della compilazione viene compilato in un programma in un
codice intermedio (Java byte-code) che può essere eseguito da
un interprete (JVM - java virtual machine).
Il codice intermedio prodotto dalla compilazione ha il vantaggio di
essere indipendente dall'architettura, mentre ad una data
architettura corrisponderà un dato interprete in grado di eseguire
un qualsiasi java-byte-code.
Ingegneria del software
• Un programma ben scritto dovrebbe essere semplice,
efficiente, facilmente leggibile , facilmente modificabile e di
facile manutenzione.
• La semplicità e l'efficienza di un programma sono legate
all'algoritmo utilizzato per risolvere il problema.
L’Ingegneria del Software
• L'ingegneria del software formalizza i diversi passi dello
sviluppo di un programma.
• In particolare, nello sviluppo di un programma si possono
distinguere le seguenti fasi:
1. Analisi,2. Progettazione, 3. Codifica,
4. Verifica, 5. Correzione, 6. Documentazione,
7. Manutenzione, 8. Aggiornamento, 9. Dismissione.
1. Analisi del problema
• Questa prima fase deve produrre una specifica chiara del
problema che si vuole risolvere.
• In questa fase si devono individuare:
• Il tipo di macchina da utilizzare
• La disponibilità di linguaggio di programmazione su tale
macchina
• I requisiti di tempo di sviluppo
• I requisiti di efficienza
2. Progettazione dello schema di base
• Individuazione delle strutture dati fondamentali
• Stesura dell'algoritmo per la soluzione del problema. In questa fase
spesso si usa un approccio di tipo modulare (ad esempio per gli
algoritmi un approccio di tipo top-down, si denfiiscono le funzionalità
più esterne fino ad arrivare ai dettagli più interni).
3. Codica dell'algoritmo
• Si passa dallo schema a blocchi al vero e proprio codice scritto nel
linguaggio scelto.
4. Verica di correttezza
• In alcuni casi la verifica puo' essere fatta formalmente, in altri ci si
deve limitare ad eseguire dei test.
5. Correzione (debugging)
• Gli errori di natura sintattica possono essere individuati ed eliminati
facilmente (in fase di compilazione).
• Più difficile affrontare gli errori di natura semantica: di solito
succede che il programma funzioni correttamente nella maggior
parte dei casi e si comporti male in alcuni casi particolari.
• Programmi di debugging. Vi sono programmi che aiutano a seguire
esattamente tutte le fasi dell'esecuzione del programma per
individuarne i malfunzionamenti (bugs, o bachi).
6. Documentazione
• Stesura della documentazione e manuali per l'uso del programma.
7. Manutenzione e revisione del
programma
• Il programma può essere revisionato per correggere alcuni
malfunzionamenti e fare delle modifiche minori.
8. Aggiornamento del programma in
risposta a nuove esigenze
• In seguito all'utilizzo del programma possono emergere nuove
esigenze per le quali servirà una nuova fase di sviluppo.
• Si noti che durante lo sviluppo di un programma possono
essere coinvolte diverse figure professionali: il progettista,
l'analista, il programmatore.
L’informazione sulla “rete”
Modello a strati
•Il modello a strati (layering model) o a pila consiste nel suddividere i problemi
relativi alla comunicazione in diversi livelli gerarchici, ognuno dei quali è regolato
da un protocollo
Standardizzato dall’ISO (International Organization for Standardization)
Modello di riferimento a sette livelli
HTTP
TCP/IP
Application
LAYER 7
Presentation
LAYER 6
Session
LAYER 5
Transport
LAYER 4
Network
LAYER 3
Data Link
LAYER 2
Physical
LAYER 1
I sette livelli ISO
liv.1: fisico
liv.2: data link
liv.3: rete
liv.4: trasporto
liv.5: sessione
liv.6:
presentazione
Stabilisce i dettagli e gli standard dei
dispositivi fisici
Stabilisce come organizzare i dati in frame e
come trasmetterli lungo la rete (es. formato,
stuffing, controllo degli errori)
Si occupa dell’indirizzamento e inoltro dei
pacchetti
Stabilisce le direttive per assicurare il
trasporto affidabile dei dati
Specifica come stabilire una sessione di
comunicazione a distanza con un altro
sistema
Converte le diverse rappresentazioni di dati
(diverse marche di calcolatori utilizzano
Protocolli a pila
•
•
•
Una famiglia di protocolli progettata secondo un modello stratificato assomiglia ad una pila
Ogni modulo comunica esclusivamente con i due moduli adiacenti alla pila
I dati in uscita attraversano la pila dall’alto verso il basso, quelli ricevuti seguono un percorso inverso
application
application
presentation
presentation
session
session
transport
transport
network
network
data link
data link
Physical (network hardware)
Rete Locale
Esempio di rete
I Router “Istradatori della rete”
router
Roma
router
internet
Milano
I pezzi della rete
SWITCH
DNS OR ROUTER TREE
Router
Scheda ethernet
I protocolli di rete
L’ARCHITETTURA TCP/IP
• Negli anni ‘70 la Defense Advanced Research Project Agency
(DARPA) finanziò la ricerca di una rete per l’interconnessione di
calcolatori eterogenei
• Nasce Internet Protocol Suite di cui fanno parte i due protocolli più
noti: Internet Protocol (IP) e il Transmission Control Protocol (TCP)
• E’ il protocollo adottato da centinaia di milioni di sistemi nel mondo e
su cui si basa Internet.
Il protocollo TCP/IP
 È il protocollo fondamentale per il funzionamento di Internet
(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)
 Si basa la comunicazione fra i nodi della rete Internet attraverso una
“pacchettizzazione” dell’informazione
 Ad ogni nodo della Rete è assegnato un indirizzo IP composto da
quattro numeri compresi tra 0 e 255 (es.: 150.146.2.25, servono
pertanto 4 byte per la rappresentazione binaria!!!)
INDIRIZZAMENTO IP
• Gli indirizzi IP devono essere UNICI su tutta la rete.
• Formati da 32 bit, in 4 byte separati da un punto: Es:
193.205.203.38
• Agli indirizzi IP sono associati, per comodità, uno o più nomi, detti
hosts, assegnati e garantiti a livello mondiale. I nomi sono risolti
da sistemi detti Domain Name Server (DNS)
• Non sono i NODI a possedere indirizzo IP, ma le interfacce (vi
possono essere schede di rete multiple su un unico sistema)
Il Pacchetto IP
•
IP si occupa di instradare, frammentare, riassemblare i messaggi sulla rete e di rilevare
(senza correggere) gli errori.
Bit 0
1
8
4
16
Versione HLEN Tipo di servizio
Identificazione
Tempo di vita
Parole da 32 bit
19
Protocollo
24
31
Lunghezza Totale
Flags
Fragment Offset
Controllo testata
Indirizzo IP sorgente
Indirizzo IP destinazione
6
Opzioni
Padding
Testata del pacchetto IP
Pacchetto IP
In particolare:
• TEMPO DI VITA: contatore temporale. Quando arriva a zero il
pacchetto viene scartato. Evita i loop di pacchetti difettosi
• PROTOCOLLO: specifica il protocollo del pacchetto di livello
superiore
• INDIRIZZO DI SORGENTE/DESTINAZIONE: indirizzi IP di mittente
e destinatario
Il protocollo TCP/IP
Mediante opportuni meccanismi (DNS= Domain Name Server ) è
possibile convertire gli IP address numerici in indirizzi mnemonici e
viceversa.
(es.: 150.146.2.201 = www.iac.rm.cnr.it).
Indirizzi Pubblici
Per comunicare su Internet, è necessario quindi utilizzare indirizzi IP, tali indirizzi
vengono assegnati da una autorità internazionale: IANA (Internet Assigned
Numbers Authority).
In genere, per le società di piccole dimensioni o gli uffici privati, gli indirizzi
pubblici vengono assegnati dal provider di servizi Internet, che a loro volta
hanno ricevuto un intervallo di indirizzi pubblici dall'autorità IANA.
 Pertanto, per consentire a più computer di un piccolo ufficio o di un'abitazione
di comunicare su Internet, è necessario che questi dispongano di un indirizzo.
Questo requisito implicherebbe, nel caso di soli indirizzi pubblici, un utilizzo
intensivo degli stessi. E’ per questo che sempre lo IANA ha stabilito una serie di
range di indirizzi denominati “privati”
Indirizzi Privati Internet
Gli indirizzi privati sono definiti nell’ambito dei seguenti intervalli:
• 10.*.*.*
• 172.16.*.*
• 192.168.*.*
Questi indirizzi possono essere utilizzati per realizzare reti locali (LAN), ma non possono essere
utilizzati per navigare su Internet.
Nel caso in cui si voglia permettere ad un computer con indirizzo privato di navigare su internet e’
necessaria una operazione di trasformazione dell’indirizzo detta NAT (Network Address
Traslation)
Il protocollo HTTP
• HTTP = HyperText Transfer Protocol
• HTTP è il protocollo internet attraverso cui avvengono le
trasmissioni di dati per i Browser.
Il protocollo HTTP
• Si “appoggia” sul protocollo IP (Internet Protocol)
• Consente l'accesso a documenti ipertestuali in cui vengono
realizzati dei link tra file di vario genere (non solo testuali)
fisicamente residenti anche su host differenti.
Il protocollo HTTP
•
È gestito da un software (server HTTPD) residente sugli host che
intendono essere fornitori di informazioni. Chi vuole accedere alle
informazioni fornite dal server HTTP deve utilizzare un software
client (browser) in grado di interpretare le informazioni inviate dal
server.
•
HTTP è un protocollo "stateless": ad ogni richiesta si effettua una
connessione al server che viene chiusa al termine del
trasferimento dell'oggetto richiesto (pagina HTML, immagine,
ecc.).
Il protocollo HTTP
•
HTTP identifica le risorse in rete mediante URL
(Uniform Resource Locator):
Il server HTTP
•
È un programma che "gira" su un computer di rete in attesa di una
richiesta di connessione su una delle sue tante “porte di accesso”
(la porta assegnatagli è la 80)
•
Il server HTTP svolge un ruolo di interfaccia tra il client remoto che
effettua delle richieste sulla “porta”
Il server HTTP
•
Svolge tre compiti fondamentali:
– invia al client le risorse disponibili localmente, richieste mediante
l'indicazione di una URL;
– richiama eventuali procedure esterne con cui comunica mediante
l'interfaccia CGI (Common Gateway Interface) per lo scambio di parametri e
per ottenere in risposta informazioni in formato HTML;
– effettua, ove esplicitamente richiesto dalla sua configurazione,
l'autenticazione degli utenti mediante username e password.
Il server HTTP: struttura
• In ogni sito Web deve esistere una home directory.
• La home directory rappresenta il punto di partenza per i visitatori che
esplorano il sito ed è la directory di livello superiore nella struttura di
directory di pubblicazione.
• Essa contiene un file indice o una home page introduttiva in cui viene
dato il benvenuto ai visitatori e sono inclusi i collegamenti ad altre
pagine del proprio sito Web. La home directory è mappata nel nome di
dominio del proprio sito.
Il server HTTP: struttura
•
Tutti i file contenuti nella home directory e nelle relative sottodirectory
sono automaticamente disponibili ai visitatori che si connettono al
sito
•
Per pubblicare un documento contenuto in una directory qualsiasi
non compresa nella home directory, è necessario creare una
directory virtuale. Per directory virtuale si intende una directory che
non è realmente contenuta nella home directory, ma che compare
come tale ai browser dei client.
Il server HTTP: struttura
•
Le directory virtuali sono contraddistinte da un alias, ovvero un nome che i browser
dei client utilizzano per accedervi. Per gli utenti gli alias sono più comodi da digitare
poiché solitamente sono più brevi rispetto al nome di percorso della directory.
•
Grazie agli alias, lo spostamento delle directory all'interno del sito diventa più facile.
Anziché modificare l'URL per la pagina, è sufficiente modificare la mappatura tra
l'alias e la posizione reale della pagina.
Il browser
• Il browser è l'applicazione client di questo sistema ad
architettura "client/server".
• Gira sulla macchina dell'utente remoto, legge ed interpreta
l'output in formato HTML
• Visualizza o gestisce le informazioni codificate in formati a lui
noti (es.: immagini GIF o JPEG, filmati QuickTime, scene
VRML) e rimanda ad altri programmi esterni presenti sulla
macchina client per la gestione di formati non conosciuti (es.:
documenti Word, documenti Postscript, ecc.).
Il browser
•
Le procedure CGI non vengono eseguite sulla macchina client
•
I programmi in linguaggio Java vengono invece scaricati sul client,
compilati in tempo reale ed eseguiti su di esso
•
Il browser consente di impaginare l'output indipendentemente dalla
piattaforma che lo ospita (X11, Macintosh, Windows, ecc.)
Il linguaggio HTML

HTML = HyperText Markup Language è
il linguaggio dei browsers http

Il concetto di ipertesto e` quello di un documento che contenga, oltre al testo,
anche parti di diversa natura, come immagini, suoni, applicazioni, aree
interattive, rimandi ad altri documenti (hyperlinks). È un semplice "linguaggio" di
marcatura del testo (come il LateX), ereditato da SGML (Standard Generalized
Markup Language).

Consiste in un insieme di tag che consentono di caratterizzare porzioni di testo;
è compito del client (browser) l'interpretazione dei tag.
Markup = Marcatura
Il concetto di markup e` da intendersi come un linguaggio impostato con dei
"marcatori" (tags) di inizio e fine. Per esempio, il grassetto (bold) si ottiene
cosi`:
<b>Questa parte e` in grassetto</b>
Questa parte e` in grassetto
Vale a dire che il tag <b> identifica la marcatura di inizio del testo in grassetto,
mentre il tag </b> ne identifica la fine.
Struttura della pagina HTML
La pagina html e` strutturata in due parti principali:
• l'intestazione (head) ed il
• corpo del documento (body).
• Per convenzione, l'intero documento va racchiuso tra i tag <HTML>
e </HTML>.
Tag HEAD
L'intestazione e` identificata dal tag <HEAD>. Alcuni dei parametri che accetta sono:
TITLE: Indica il titolo del documento. Il contenuto appare nella barra superiore della
finestra del browser. Parametro opzionale.
<TITLE>Titolo del Documento</TITLE>
Tag BODY
•
Piu` importante e ricco e` il tag di corpo del documento, cioe` il
BODY.
Alcuni dei parametri che accetta sono:

BGCOLOR: Imposta il colore dello sfondo. Il colore viene passato
o come stringa (tipo blue, black, aqua, ecc.) o come componenti
RGB secondo la notazione #RRGGBB, dove RR, GG e BB sono
le componenti rossa, verde e blu in esadecimale (00 - FF). Per
impostare uno sfondo color giallo, ad esempio, l'impostazione
sara`:
BGCOLOR=“#00FFFF”
•
Tag BODY

TEXT: Stessa funzione del BGCOLOR, solamente riferita al colore
di default del testo.

LINK, VLINK, ALINK: Stessa sintassi di BGCOLOR e TEXT per il
testo associato ad hyperlink ancora da visitare (LINK), gia` visitati
(VLINK) o selezionati in quel momento (ALINK).

BACKGROUND: Uno dei parametri piu` "succulenti" del BODY.
Permette di impostare come sfondo un file grafico, in formato
JPEG o GIF, che verra` visualizzato in piu`copie affiancate sul
documento.
Un semplice esempio
<HTML>
<HEAD>
<TITLE="Prova della Lezione">
</HEAD>
<BODY BACKGROUND=”prova.gif" TEXT=”Arial">
<!-- Il testo comparira` con il file prova.gif come sfondo -->
Questo e` il mio primo documento HTML!!!
</BODY>
</HTML>
Intestazioni <Hn>…</Hn>
n=1, 2, ….., 6
•
Esistono due modi fondamentali per variare le dimensioni del carattere nelle pagine html:
l'uso delle intestazioni e degli stili. Le intestazioni sono semplicemente sei stili predefiniti
• Intestazione di livello 1
Intestazione di livello 2
Intestazione di livello 3
Intestazione di livello 4
Intestazione di livello 5
Intestazione di livello 6
Il Tag FONT

Il tag <FONT>...</FONT> è uno tra i piu` usati. Permette di variare colore e
dimensione del testo. I parametri che accetta sono:
 SIZE:Dimensione del font, da 1 a 7. Puo` essere data in modo assoluto
(appunto da 1 a 7) o relativo rispetto alla dimensione attuale (+2, -1, ecc.)
 COLOR: Imposta il colore del carattere, utilizza le stesse modalita` di
BGCOLOR
Es. TAG Font
<FONT SIZE=2 COLOR="fuchsia" FACE="TimesRoman">
Questo e` un Font di dimensione 2, color fuchsia (magenta) con stile
Times New Roman
</FONT>
<FONT SIZE=+1 COLOR=#FF8000 FACE="Arial">
Questo e` un Font un punto piu` grande dello standard (=3) , color arancio
(255 rosso, 128 verde, 0 blu) con stile Arial
</FONT>
Risultato!:
Questo e` un Font di dimensione 2, color fuchsia (magenta) con stile
Times New Roman
Questo e` un Font un punto piu` grande dello standard (=3) , color arancio
(255 rosso, 128 verde, 0 blu) con stile Arial
Separatori
<BR> <P> e <HR>
•
Il tag <BR> introduce l'equivalente di un return, introducendo un
a capo SENZA spazi di interlinea
• <P>, invece, oltre al return si introduce anche un salto di linea, in
modo da separare due paragrafi
• <HR> introduce una linea di separazione
Formattatori di blocco
• <CENTER>...</CENTER>: Uno dei piu` usati. Centra il
testo, oltre alle immagini, contenuto nel blocco, rispetto
alla larghezza di pagina
Liste
• HTML propone dei metodi semplici per costruire liste. I tags
che svolgono questa funzione sono cinque:
 <UL>: Lista non ordinata
 <OL>: Lista ordinata
 <MENU>: Simile a <OL>
 <DL>: Lista di definizioni
 <DIR>: Rientri consecutivi
Anchors (<A>)
I vari modi di utilizzo del Tag <A>
• Riferimento Ipertestuale: <a
href="http://www.prova.com"> Sito prova </a>
• Immissione di una label per un blocco di testo:<A
NAME="prova">
• Richiamo di una label: <A HREF=”this.htm#prova">Vai
alla prova</A>
FRAMESET:
• Ordina al browser di impostare il frame. I parametri accettati
sono:
 ROW, COL: Righe o colonne interne al frame. Il parametro e`
passato come lista, vale a dire che, per esempio, se vogliamo
tre colonne larghe 100 pixel, 300 pixel ed il resto per la terza,
scriveremo COL="100,300,*". I valori in percentuale sono
ammessi.
FRAME:
• Indica il contenuto del frame generato. I parametri ammessi sono:

SRC: indica il documento da visualizzare nel frame.

NAME: Indica il nome della frame. Esistono anche alcuni nomi predefiniti, quali:

_BLANK: Apre una nuova finestra vuota, _SELF: Carica il link correlato sopra il frame stesso,
_PARENT: Carica il link correlato sopra il frame "padre" (se e` il primo frame, equivale a _SELF).

MARGINWIDTH, MARGINHEIGHT: Controllano le dimensioni dei bordi delle frames, come
valori destro/sinistro (MARGINWIDTH) o alto/basso (MARGINHEIGHT). Valori in pixel.

NORESIZE: E` un flag che, quando inserito, vieta il ridimensionamento del frame.
Esempio
Forms
• Per impostare il documento HTML in modo da poter inviare dati al
server viene usato il tag FORM. Questo tag accetta tre parametri,
che sono:
 ACTION: Indica l'URL da attivare per inviare i dati. Generalmente, il file
indirizzato e` uno script o un eseguibile.
 METHOD: Specifica POST o GET.
 ENCTYPE: Indica la natura dei dati inviati, in formato MIME. Quando l'URL
utilizza il protocollo HTTP (nella maggior parte dei casi), ENCTYPE e`
impostato di default a "application/x-www-form-urlencoded".
"multipart/form-data" | "application/x-www-form-urlencoded" |"text/plain"
Input
•
Questo tag genera tutti gli altri tipi di interfaccia di dialogo quali pulsanti,
check box, text box, ecc.
 NAME: anche qui come per TEXTAREA.
 SIZE: dimensione del campo da visualizzare, dipendentemente dal tipo di
campo.
 SRC: un URL per associare un'immagine ad un pulsante, se desiderato.
 MAXLENGHT: numero massimo di caratteri introducibili in un campo testo.
Se maggiore di SIZE, il testo scorrera` in accordo all'introduzione dei dati.
 CHECKED: In caso di un oggetto pulsante, lo crea gia` selezionato.
 VALUE: Il valore iniziale del campo da visualizzare.
Input
• TYPE: Specifica il tipo di interfaccia di dialogo da creare. I
tipi sono:
 CHECKBOX: Genera una casella selezionabile.
 HIDDEN: Non genera interfaccia di dialogo. Viene usato per inviare
dati al server che dipendono dal client, tipo nome o indirizzo IP.
 IMAGE: Un campo immagine, cliccando sul quale i dati vengono
inviati al server. Al campo verranno inoltre associate le coordinate
sulle quali era puntato il mouse al momento del click.
 PASSWORD: Un campo testo, digitando nel quale, invece dei
caratteri, vengono visualizzati dei '*'.
Input
• TYPE (segue)
 RADIO: Genera un radio button, cioe` un pulsante che, selezionato,
deseleziona automaticamente gli altri del suo gruppo. E` obbligatorio
il parametro VALUE.
 RESET: Genera un pulsante che azzera tutti i valori del FORM.
 SUBMIT: Genera un pulsante che invia i dati al server. Il parametro
VALUE imposta l'etichetta del pulsante. Se manca, viene
visualizzato "SUBMIT".
 TEXT: Una singola linea di testo.
 TEXTAREA: Vedi sopra
Textarea
• Crea un'area di testo scrivibile su piu` linee. I parametri che
accetta sono:

ROW,COL: Dimensioni, in caratteri, della finestra.

WRAP: Indica la modalita` di wrapping del testo. I valori ammessi sono:


OFF: Default. Il testo non va a capo automaticamente.

VIRTUAL: Il testo va a capo automaticamente, ma viene inviato come linea unica.

PHISICAL: Il testo va a capo automaticamente e viene inviato come visualizzato.
NAME: Imposta il nome del campo, che verra` poi usato dall'applicativo per rintracciare il
contenuto del campo stesso
Select
• Crea una lista di scelte possibili. Accetta tre parametri, che
sono:
 NAME: Equivalente al NAME di TEXTAREA
 SIZE: Indica l'altezza massima, in righe, della lista. Se la lunghezza
supera questo valore, verra` visualizzata una barra di scorrimento
verticale.
 MULTIPLE: Se presente, consente di fare scelte multiple nella lista
Select
• OPTION: si accompagna alla SELECT ed indica il contenuto
della lista di scelte. I parametri ammessi sono:
 SELECTED: Indica il valore inizialmente selezionato nella lista.
 VALUE: Indica il valore da inviare come dato al server. Quando non e`
presente, viene preso il contenuto della OPTION