"TECNICO SUPERIORE DEI SISTEMI DI CONTROLLO NELLA FABBRICA DIGITALE" - ITS Maker

FONDAZIONE ISTITUTO TECNICO SUPERIORE
                     MECCANICA, MECCATRONICA, MOTORISTICA E PACKAGING
                                      Sede di BOLOGNA
“TECNICO SUPERIORE DEI SISTEMI DI CONTROLLO NELLA FABBRICA DIGITALE”

                                     Rif.PA. 2017-7220/RER
                                       Biennio 2017/2019
                                      Progetto 1 Edizione 1
                                 Modulo: Programmazione Informatica
                                            Riallineamento

                                 A cura di: Annamaria Vecchi

      In collaborazione con:

IT ESSENTIALS

OPERATING SYSTEM FUNDAMENTALS

RUOLI DI UN SISTEMA OPERATIVO

          Controllo dell’accesso all’hardware

                  Interfaccia utente

            Gestione di files e directories

              Gestione delle applicazioni

CONTROLLO DELL’ ACCESSO ALL’HARDWARE

           Applications

               API                  O.S. (GUI - CLI)

                     Operating System
                          Drivers

                           HW

CONTROLLO DELL’ ACCESSO ALL’HARDWARE
 Il sistema operativo gestisce l'interazione fra le
  applicazioni e l'hardware.
 Per comunicare nel modo appropriato con un
  componente hardware, il sistema operativo ha
  bisogno di un driver.
 Un driver è un piccolo software scritto e fornito
  dal produttore dell'hardware
 Quando il componente viene installato, per poter
  usare al 100% le caratteristiche del dispositivo, è
  necessario installare anche il driver.

PnP – PLUG AND PLAY
 L'assegnazione delle risorse di sistema e
  l'installazione dei driver, possono avvenire tramite
  Plug and Play (PnP).
 Il processo PnP è stato introdotto con Windows 95
  per semplificare l'installazione dei componenti HW.
 Tutti i sistemi operativi moderni sono compatibili
  con PnP.
 Con       PnP,   il    sistema      operativo      rileva
  automaticamente l'hardware compatibile PnP,
  installa il driver relativo a quel componente e
  assegna le opportune risorse di sistema.
 Infine configura il dispositivo e aggiorna il Registry.

RISORSE DI SISTEMA
            • Interrupt ReQuest Richieste di interruzione che arrivano alla CPU mentre questo sta
              lavorando. Le IRQ arrivano tipicamente dalle periferiche (pressione su un pulsante del
              mouse, digitazione sulla tastiera...) e chiedono alla CPU di interrompere il lavoro per
              rispondere alle necessità della periferica (es.: visualizzare una finestra d'avviso). A volte, la
  IRQ         CPU può respingere la richiesta. Se accetta, si farà carico della richiesta della periferica,
              quindi riprenderà l'esecuzione del lavoro lì dove era stato interrotto.

            • Direct Memory Access. Metodo di comunicazione tra disco e RAM, che invia i dati
              direttamente alla memoria, senza passare attraverso la CPU. Il DMA entra in azione
              quando una grossa quantità di dati deve transitare dal disco rigido alla memoria del
  DMA         computer, in modo tale da evitare il passaggio attraverso la CPU, che rallenterebbe
              l'operazione.

            • Gli indirizzi di Input/Output sono usati per comunicare fra le periferiche ed il
              sistema operativo. L'indirizzo I/O è usato per trasmettere e ricevere i dati da un
              componente. Come con IRQs, ogni componente avrà un indirizzo unico assegnato.
PORTE I/O     Ci sono 65.535 porte I/O in un computer e si indicati da un indirizzo esadecimale
              nell’intervallo da 0000h a FFFFh

INTERFACCIA UTENTE
L'interfaccia grafica o GUI
(Graphic User Interface)
consente      all'utente   di
interagire               con
il computer manipolando
degli oggetti

                                Con la CLI (Command Line
                                Interface) l'esecuzione del
                                programma viene guidata da
                                istruzioni impartite tramite
                                la tastiera al prompt dei
                                comandi.

CARATTERISTICHE DEL SISTEMA OPERATIVO

             Due o più utenti possono lavorare contemporaneamente con programmi
MULTI USER
             e condividere periferiche.

  MULTI
             Il computer è in grado di eseguire più applicazioni nello stesso istante
 TASKING

  MULTI
             Il computer può avere due o più CPU condivise dai programmi
PROCESSING

             Un programma può essere suddiviso in parti più piccole che possono
  MULTI
             essere caricate a seconda delle necessità dal sistema operativo. Il multi-
THREADING
             threading permette a singoli programmi di essere suddivisi in più attività

MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO
  La modalità di funzionamento si riferisce alla capacità di CPU e
                        sistema operativo.
Determina il modo in cui il sistema gestisce le applicazioni e la RAM
              e di conseguenza a come lavora la CPU.

   Modalità Reale
    Il lavoro in modalità reale permette di eseguire un solo programma alla
    volta. Il sistema può indirizzare soltanto 1 MB di RAM. Non tutti i
    sistemi hanno una modalità reale disponibile, visto che è usata soltanto
    dal DOS e dalle applicazioni DOS. In modalità reale, quando
    un'applicazione genera un errore, l'intero computer può esserne
    coinvolto perché il programma accede direttamente alla RAM. Questo
    può comportare il blocco del computer, il riavvio o l'arresto del sistema
    dovuto alla corruzione dello spazio di memoria.

MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO
   Modalità Protetta
    Una CPU che opera in modalità protetta ha accesso a tutta la
    memoria del computer. I sistemi operativi che usano questa
    modalità possono gestire più programmi contemporaneamente. Le
    applicazioni sono "protette" nel senso che ognuna ha un'area di
    memoria riservata e le altre applicazioni non possono accedere alla
    stessa area.
   Modalità Virtuale Reale
    Una CPU che opera in modalità virtuale reale permette ad
    un'applicazione per modalità reale di essere eseguita da un sistema
    operativo in modalità protetta. I sistemi più recenti non sono più in
    grado di utilizzarla: Windows XP la gestisce, Windows 7 no, ma la si
    può simulare utilizzando emulatori di terze parti, per esempio
    DOSBox.

32-BIT VS 64-BIT
  La principale differenza tra i sistemi operativi a 32-bit e 64-bit
           riguarda la gestione della memoria di lavoro

            Un sistema operativo a 32-bit è in grado di indirizzare al massimo
 32 bit

            Un sistema operativo a 64-bit è in grado di indirizzare al massimo
 64 bit

MEMORIA VIRTUALE

 La memoria virtuale è costituita da spazio
  sull'hard disk che è usato per ampliare la RAM
  fisica.
 Il file di memoria virtuale salvato sull'HD si
  chiama Swap File o File di Paging.
 In Windows lo Swap File si chiama pagefile.sys

 L'unità su cui salvare il file e la sua dimensione
  sono configurabili dalle Impostazioni Avanzate
  delle Proprietà di Sistema

FILE SYSTEM E HARD DISK
Partizionamento e Formattazione
Prima di installare un sistema operativo su un hard disk,
questo deve essere partizionato e poi la partizione scelta per
l'installazione deve essere formattata.
   PARTIZIONE       Suddivisione logica di un hard disk che viene
 vista sia dal firmware del PC che dal sistema operativo. L'OS la
 interpreta come unità indipendente e che può essere gestita e
 formattata separatamente

FORMATTAZIONE Scrittura della struttura del File System su una
partizione. L'organizzazione del File System permetterà al
sistema operativo di scrivere e ritrovare i file salvati.

PARTIZIONI
    PRIMARIA               ATTIVA              ESTESA

   Partizione che
 può contenere un
       sistema        È la partizione di   In MBR Style può
      operativo.      boot detta anche      esserci solo una
  Non può essere          avviabile.       partizione estesa
     spezzata in        Soltanto una         per disco che
     sezioni più          partizione        però può essere
       piccole.         primaria può       suddivisa in unità
  Il numero delle     essere impostata        logiche più
      partizioni         come attiva            piccole.
     dipende dal
 "Partition Style".

MASTER BOOT RECORD
          MBR è una tabella delle posizioni del disco, o indirizzi, di
           ciascuna delle partizioni presenti sul disco.
          MBR occupa una piccola parte del disco e viene letto
           durante la fase di avvio per determinare dove risiede il
           sistema operativo da avviare.
          Le informazioni contenute in MBR sono anche utilizzate
           dal sistema operativo come una mappa dei volumi
 MBR       presenti sul disco.
          Ultimamente la densità di dati per i dischi è diventata
           troppo grande per lo schema MBR che non riesce più a
           tenere conto di tutte le posizioni disponibili su disco.
          Il formato di MBR può gestire al massimo 4 partizioni
           primarie (più una estesa) grandi al massimo 2 TB.
          Per aggirare i limiti di MBR è stato creato un nuovo
           metodo di partizionamento chiamato GPT

GUID PARTITION TABLE

          La GPT è stata introdotta come parte dell'iniziativa
           Unified Extensible Firmware Interface (UEFI).
          GPT fornisce un meccanismo più flessibile per il
           partizionamento dei dischi rispetto a MBR.
          A partire da Windows Server 2003 SP1 e Windows XP
 GPT       x64 edition, la dimensione di una partizione può arrivare
           a 18 exabyte. Il File System di Windows è però limitato a
           256 terabyte per ogni partizione.
          Le specifiche GPT consentono un numero quasi illimitato
           di partizioni. Però, l'implementazione di Windows ha un
           limite di 128 partizioni.

PARTIZIONI

 In genere le partizioni si creano durante
  l'installazione del sistema operativo. Se non si
  interviene, il setup creerà un'unica partizione
  primaria che include tutto lo spazio su disco.
 Windows 7 e Windows 8 possiedono un'utility di
  Disk Management (diskmgmt.msc) da cui siamo
  in grado di stringere, allargare e eliminare le
  partizioni esistenti, senza far uso di software di
  terze parti.

FORMATTAZIONE

                Processo che imposta un FILE SYSTEM su una partizione dandole un
FORMATTAZIONE   formato adatto alla scrittura e lettura dei file da parte del Sistema
                Operativo.

                Unità di allocazione dei file. Rappresenta la più piccola unità di spazio
  CLUSTER
                utilizzata per memorizzare informazioni.

  TRACCIA       Anello contenente informazioni su una facciata del piatto del disco fisso.

FORMATTAZIONE
Intersezione
                         Cluster

  Settore

                         Track-Traccia
 NTFS crea per default
    cluster di 4 KB

FILE SYSTEM DI WINDOWS

          File Allocation Table, 32-bit non può supportare partizioni di
          dimensioni superiori a 2 TB (2048 GB). Il file system FAT32 è
FAT32
          supportato da Windows 9.x, Windows Me, Windows 2000 e
                                   Windows XP.

        New Technology File System - File system che può supportare, in
                teoria, partizioni di dimensioni fino a 16 Exabyte.
 NTFS
        NTFS, rispetto a FAT, incorpora più caratteristiche per la sicurezza
                     del file system e include attributi estesi.

FAT VS MFT

     FAT32                                              File Allocation Table

File Allocation Table è una tabella di valori in cui ogni cella che descrive l'utilizzo dei
cluster di una partizione, e soprattutto lo stato (occupato o libero) di ogni cluster nella
partizione in cui si trova.

     NTFS                                                Master File Table

MFT mantiene un record per ciascun file e directory della partizione in forma di oggetti
con attributi assegnati. Le informazioni relative a ciascun file sono memorizzate in una
struttura più simile ad un DB che ad una tabella. MFT è quindi una struttura di
memorizzazione dei dati nella partizione e non un semplice elenco di cluster.

NTFS – CARATTERISTICHE PRINCIPALI
 Possibilità di ripristino automatico da alcuni
  errori relativi al disco senza perdere l'integrità del
  File System.
 Supporto     ottimizzato per dischi rigidi di
  dimensioni più elevate: NTFS supporta volumi
  fino a 256 TB
 Protezione a livello di file grazie all'utilizzo di
  autorizzazioni e di crittografia per limitare
  l'accesso a file specifici consentendolo solo a
  utenti autorizzati.

NTFS – DIMENSIONI
 Limite teorico di 232 files per volume
 Limite teorico di 264 cluster per volume
 In tutte le implementazioni nei sistemi operativi
  Windows, il limite cala a 232 clusters e 244 B
 Usando cluster di 64 KB la dimensione massima di
  un volume NTFS in un sistema Windows è di 256 TB
 Si riduce a 16 TB utilizzando la dimensione standard
  dei cluster di 4 KB
 La dimensione massima di un singolo file è di 16 TB
  contro i 4 GB di FAT32.

WINDOWS NT            DOS + WIN 3.1

                                   1993
                                          WINDOWS 95

                                   1995
                                          WINDOWS 98

                                   1998
                   WINDOWS 2000           WINDOWS ME

                                   2000
                    WINDOWS XP            WINDOWS XP
                                   2001
                                                          HOME SYSTEMS

BUSINESS SYSTEMS
                   WINDOWS Vista          WINDOWS Vista
                                   2007
                                                                         MICROSOFT SYSTEMS TIMELINE

                     WINDOWS 7            WINDOWS 7
                                   2009

                     WINDOWS 8            WINDOWS 8
                                   2012

                    WINDOWS 10            WINDOWS 10
                                   2015

SEQUENZA DI BOOT - GLOSSARIO

          Boot Configuration Data: contiene i parametri di configurazione di avvio
  BCD     del sistema operativo. Da Windows Vista in poi sostiutisce il file BOOT.
          INI

          Piccolo software caricato dal boot manager che gestisce il caricamento
 LOADER
          del Kernel del sistema operativo .

          Componenete principale di un sistema operativo. Gestore della
 KERNEL   comunicazione tra HW e applicazioni: schedula l'attività della CPU,
          assegna la RAM, smista le richieste di I/O

BOOT DI WINDOWS 7
                                              Carica il BCD (Boot Configuration
                    II Bios legge l'MBR.      Database) che contiene la lista dei
Il Bios esegue     Dalla root del disco di
                                              Boot Loaders disponibili (uno per
                                              ogni sistema operativo installato).
     il Post      sistema viene caricato il
                       Boot Manager
                                               Nella macchine che usano EFI il
                                                BCD è salvato nella Efi System
                                                           Partition

                      Il loader                 BOOTMGR legge nel
WINLOAD passa      WINLOAD.EXE                  Bootloader su quale
                                               disco e in quale path si
 il controllo a         carica                    trova l’OS con cui
NTOSKRNL.EXE       NTOSKRNL.EXE,              continuare il processo di
                      HAL.DLL                            boot

BOOT DI WINDOWS 7

   WINLOAD passa           NTOSKRNL carica lo       NTOSKRNL
                            splash screen di
    il controllo a         windows e carica i         lancia
   NTOSKRNL.EXE            drivers di sistema.      SMSS.EXE

   SERVICES.EXE fa         WININIT fa partire il      SMSS crea la
                             controllore dei       sessione di lavoro e
    partire i servizi       servizi e carica i     passa il controllo a
      automatici             files di registry        WININIT.EXE

     WINLOGON.EXE
   mostra il form in cui      Windows carica i
                            programmi presenti
      viene chiesta           nella cartella di
   l’autenticazione di     esecuzione automatica
         accesso.

MODALITÀ DI ESECUZIONE
   Modalità Provvisoria - Avvia Windows ma carica solo i driver
    per i componenti di base, quali la tastiera e il video.
   Modalità Provvisoria con Rete - Avvia Windows in maniera
    identica alla modalità provvisoria, ma carica anche i driver per i
    componenti di rete.
   Modalità Provvisoria con Prompt dei comandi - Avvia
    Windows e carica il prompt dei comandi invece dell'interfaccia
    grafica utente (GUI).
   Ultima Configurazione Sicuramente Funzionante - Permette
    all'utente di caricare le impostazioni di configurazione di
    Windows usate l'ultima volta che Windows è stato eseguito
    con successo. Questo è possibile accedendo ad una copia del
    registro che è stata creata per questo scopo.

WINDOWS REGISTRY
   Il registry di Windows è un Database gerarchico che
    contiene tutte le impostazioni di configurazione del
    sistema operativo e delle applicazioni installate:
       Impostazioni dei driver
       Profili hardware
       Impostazioni degli applicativi
       Profili utente
       Associazioni dei tipi di file
       Definizioni di librerie, interfacce e classi COM
       Policies di sistema e utenti
   È stato introdotto con Windows 95 per eliminare l'uso dei
    files di configurazione .INI.

REGISTRY HIVES
                      informazioni sulle le applicazioni registrate: come le associazioni
 HKEY_CLASSES_ROOT
                      dei tipi di file e classi OLE

                      Dati relativi al profilo dell'utente attivo. HKCU è un collegamento
HKEY_CURRENT_USER
                      simbolico alla chiave relativa all'utente contenuta in HKEY_USERS

                      impostazioni comuni a tutti gli utenti del sistema. Nella sua
HKEY_LOCAL_MACHINE    sottochiave System è memorizzata la configurazione hardware del
                      computer

    HKEY_USERS        chiavi HKEY_CURRENT_USER di tutti gli utenti connessi al sistema.

                      Collegamento                                                     a
HKEY_CURRENT_CONFIG   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Hardware
                      Profiles\Current

REGISTRY EDITOR

REGEDIT è il Registry Editor e serve
  per modificare manualmente il
 contenuto del Registry di sistema

                                                Un file .reg è un eseguibile che
                                                 lanciato modifica le chiavi del
                                               registry specificate all'interno del
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