Recapiti q Massimiliano Adamo del Consiglio Nazionale delle

Recapiti q Massimiliano Adamo del Consiglio Nazionale delle Ricerche presso l'Istituto per le Applicazioni del Calcolo M. Picone di Roma. e-mail: adamo@iac. cnr. it 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: q quelle più generali che riguardano l'informatica di base tese a sviluppare nello studente il senso critico per le problematiche informatiche, q quelle più tecniche 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 q Architettura dei Calcolatori q Sistemi Operativi q Linguaggi di Programmazione q Rappresentazione dei Dati ed Algoritimi q Gestione Distribuita dei Calcolatori q Il funzionamento di una rete locale e di Internet q Trattamento Ipertestuale dell'Informazione

Applicativi q Applicativi 1: Il web q Applicativi 2: il foglio elettronico q Applicativi 3: il wordprocessor q Applicativi 4: i database

Cos’è un Computer ? q Un calcolatore digitale è una macchina che può risolvere problemi eseguendo le istruzioni fornitegli. q Una sequenza di istruzioni che descrive come eseguire un certo compito è chiamata programma. q 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 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 Ø l‘elaborazione viene effettuata attraverso dei PROGRAMMI scritti in un qualche LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE Ø un linguaggio di programmazione è un linguaggio formale dotato di una sintassi e di una semantica ben definite Ø per dare un programma occorre un algoritmo, cioè una sequenza di istruzioni deterministiche comprensibili dall'esecutore

Linguaggi e livelli

Componenti di un elaboratore In un elaboratore possiamo distinguere quattro componenti elementari: q la La CPU (acronimo di Central Processing Unit, detta comunemente processore) q la memoria principale (o centrale) q la memoria secondaria q 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 k. Hz) = 103 Hz = 1. 000 Hz 1 megahertz (simbolo MHz) = 106 Hz = 1. 000 Hz 1 gigahertz (simbolo GHz) = 109 Hz = 1. 000 Hz 1 terahertz (simbolo THz) = 1012 Hz = 1. 000 Hz 1 petahertz (simbolo PHz) = 1015 Hz = 1. 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: n Istruzioni(per manipolare dati) n 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 x 86

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 X 86 (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: n La velocità della RAM e' misurata in MHz: una velocità oggi accettabile è di 300/400 MHz n 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. n 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 2 0 7 2 0 6 2 0 5 2 1 4 2 1 3 2 0 2 2 1 1 2 0 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 (Kilo. Byte: 2^10 bytes, pari a circa 1000 byte) • MB (Mega. Byte 2^20 bytes ovvero circa un milione di byte) • GB (Giga. Byte 2^30 bytes, circa un miliardo di byte) • TB (Tera. Byte 2^40 bytes, circa mille miliardi di byte) • PB (Peta. Byte 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 AMD 64, EM 64 T e Power. PC 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. 2. legge dalla memoria principale la prossima istruzione da eseguire, esegue l'istruzione.

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).

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 0 0 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 R 1 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 R 1 ADD R 1 R 2 STORE R 1 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 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 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. • 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 presentation session transport network 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. Ø 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 = Hyper. Text 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 Quick. Time, 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 (X 11, Macintosh, Windows, ecc. )

Il linguaggio HTML · HTML = Hyper. Text 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 Late. X), 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: 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=“#00 FFFF” BGCOLOR

Tag BODY · TEXT: TEXT Stessa funzione del BGCOLOR, solamente riferita al colore di default del testo. · LINK, LINK VLINK, VLINK ALINK: 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: 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 SIZE: (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="Times. Roman"> Questo e` un Font di dimensione 2, color fuchsia (magenta) con stile Times New Roman </FONT> <FONT SIZE=+1 COLOR=#FF 8000 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>, <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: Ipertestuale <a href="http: //www. prova. com"> Sito prova </a> • Immissione di una label per un blocco di testo: <A testo NAME="prova"> • Richiamo di una label: label <A HREF=”this. htm#prova">Vai alla prova</A>

FRAMESET: • Ordina al browser di impostare il frame. I parametri accettati sono: · ROW, COL: 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: ACTION Indica l'URL da attivare per inviare i dati. Generalmente, il file indirizzato e` uno script o un eseguibile. · METHOD: METHOD Specifica POST o GET. · ENCTYPE: 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: NAME anche qui come per TEXTAREA. · SIZE: SIZE dimensione del campo da visualizzare, dipendentemente dal tipo di campo. · SRC: SRC un URL per associare un'immagine ad un pulsante, se desiderato. · MAXLENGHT: MAXLENGHT numero massimo di caratteri introducibili in un campo testo. Se maggiore di SIZE, il testo scorrera` in accordo all'introduzione dei dati. · CHECKED: CHECKED In caso di un oggetto pulsante, lo crea gia` selezionato. · VALUE: VALUE Il valore iniziale del campo da visualizzare.

Input • TYPE: Specifica il tipo di interfaccia di dialogo da creare. I tipi sono: · CHECKBOX: CHECKBOX Genera una casella selezionabile. · HIDDEN: HIDDEN Non genera interfaccia di dialogo. Viene usato per inviare dati al server che dipendono dal client, tipo nome o indirizzo IP. · IMAGE: 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: PASSWORD Un campo testo, digitando nel quale, invece dei caratteri, vengono visualizzati dei '*'.

Input • TYPE (segue) · RADIO: RADIO Genera un radio button, cioe` un pulsante che, selezionato, deseleziona automaticamente gli altri del suo gruppo. E` obbligatorio il parametro VALUE. · RESET: RESET Genera un pulsante che azzera tutti i valori del FORM. · SUBMIT: SUBMIT Genera un pulsante che invia i dati al server. Il parametro VALUE imposta l'etichetta del pulsante. Se manca, viene visualizzato "SUBMIT". · TEXT: TEXT Una singola linea di testo. · TEXTAREA: TEXTAREA Vedi sopra

Textarea • Crea un'area di testo scrivibile su piu` linee. I parametri che accetta sono: · ROW, COL: ROW, COL Dimensioni, in caratteri, della finestra. · WRAP: WRAP Indica la modalita` di wrapping del testo. I valori ammessi sono: · OFF: OFF Default. Il testo non va a capo automaticamente. · VIRTUAL: VIRTUAL Il testo va a capo automaticamente, ma viene inviato come linea unica. · PHISICAL: PHISICAL Il testo va a capo automaticamente e viene inviato come visualizzato. · NAME: 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: OPTION si accompagna alla SELECT ed indica il contenuto della lista di scelte. I parametri ammessi sono: · SELECTED: SELECTED Indica il valore inizialmente selezionato nella lista. · VALUE: VALUE Indica il valore da inviare come dato al server. Quando non e` presente, viene preso il contenuto della OPTION