Architettura Elaboratori e SO A InfBA

INSEGNAMENTO
Architettura
degli Elaboratori e Sistemi Operativi
_________________________________________________________
ANNO ACCADEMICO
2014-2015
_________________________________________________________
Informatica (sede Bari)
CORSO DI LAUREA IN _________________________________________________________
DOCENTE
Prof. Sebastiano Impedovo
_________________________________________________________
ANNO DI CORSO
primo
primo
____________________
SEMESTRE _________________________
7
N° CREDITI LEZIONI FRONTALI: ______________
56
N° ORE LEZIONI FRONTALI: __________________
119
STUDIO INDIVIDUALE (________)
2
N° CREDITI ESERCITAZIONI/LABORATORIO: ______________
20
30 STUDIO INDIVIDUALE (_______)
N° ORE ESERCITAZIONI/LABORATORIO: ________
N° CREDITI PROGETTO/CASO DI STUDIO: ______________
0
N° ORE STUDIO INDIVIDUALE (_______)
9
TOTALE CREDITI: ________
PRE-REQUISITI
nessuno
OBIETTIVI FORMATIVI
Comprensione delle fondamentali problematiche dei Sistemi di Elaborazione e dei Sistemi
Operativi.
Conoscenza dei principi, delle tecniche e dei metodi di funzionamento e
d’utilizzazione delle Architetture di Calcolo e dei Sistemi di Operativi.
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OBIETTIVI PROFESSIONALIZZANTI
Capacità di utilizzare e gestire i sistemi di calcolo, applicando le conoscenze
acquisite nel corso.
TESTO/I ADOTTATO/I
Architettura dei Calcolatori: un approccio struttruale: A. S.Tanenbaum, Pearson 2013
Sistemi Operativi; William Stallings: Jackson Libri, 2005.
Sistemi Operativi Concetti ed esempi: Silberschatz Galvine Gagne. 2006
Dispense docente
TESTO/I CONSIGLIATO/I
PROPEDEUTICITÀ OBBLIGATORIE
nessuna
PROPEDEUTICITÀ CONSIGLIATE
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INCENTIVI ALLA FREQUENZA *
2014-2015
ESONERI O PROVE DI VALUTAZIONE INTERMEDIE CON MODALITÀ DI
ESECUZIONE *
nessuno
VALIDITÀ DEI VOTI E PREMIALITÀ ACQUISITE *
nessuna
MODALITÀ DI ESECUZIONE DEGLI ESAMI *
Prova scritta seguita da una prova orale
PROVA SCRITTA
________
SI
PROVA ORALE
________
SI
PROVA DI LABORATORIO
NO
________
PROVA DI PROGETTO O CASO DI STUDIO
NO
________
* Valido solo per gli studenti che sostengono l’esame nell’anno a cui si riferisce il modulo
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CONTENUTO
2014-2015
Capitolo 1 INTRODUZIONE
Approccio strutturale
Linguaggi: livelli e macchine virtuali. Attuali maccchine multilivello. Evoluzione delle macchne multilivello.
Pietre miliari nell'architettura dei computer: Generazione zero - Computer meccanici (1642-1945). Prima generazione - Valvole (1945-1955). Seconda generazione - Transistor (1955-1965). Terza generazione - Circuiti integrati (1965-1980). Quarta generazione Integrazione a grandissima scala (1980-?).Quinta Generazione - Computer a basso consumo e computer invisibili.
Tipologie di computer: Forze tecnologiche ed economiche. Tipologie di computer. Computer usa e getta. Microcontrollori. Dispositivi mobili e da gioco. Personal computer. Server. Mainframe.
Esempi di famiglie di computer: Introduzione all'architettura x86. Introduzione all'architettura ARM. Introduzione all'architettura AVR.
Unità metriche.
Capitolo 2 ORGANIZZAZIONE DEI SISTEMI DI CALCOLO
Processori: Organizzazionedella CPU. Esecuzione dell'istruzione. RISC contro CISC. Principi di progetttazionedei calcolatori moderni. Parallelismo a livello di istruzione. Parallelismo a livello di processore .
Memoria principale: Bit. Indirizzi di memoria. Ordinamento di byte. Codici correttori. Memorie cache. Assemblaggio e tipi di memoria.
Memoria secondaria: Gerarchie della memoria. Dischi magnetici. Dischi IDE. Dischi SCSI. Dischi RAID. Dischi a stato solido. CD-ROM. CD-registrabili. CD-riscrivibili. DVD. BLU-Ray
Input/Output: Bus. Terminali. Mouse. Controller per videogiochi. Stampanti. Apparecchiature per telecomunicazioni. Macchine fotografiche digitali. Codifica dei caratteri
Capitolo 3 LIVELO LOGICO DIGITALE
Teria dell'Algebra di Boole
Livello logico digitale
Circuiti logici digitali elementari
Memoria
Chip della CPU e bus
Esempi di chip della CPU
Esempi di bus
interfacce
Capitolo 4 LIVELLO DI MICROARCHITETTURA E DI ARCHITETTURA
Esempi di microarchitettura
Esempio di ISA: IJVM
Implementazionedi esempio
Progettazione del livello di microarchitettura
Miglioramento delle prestazioni
Esempi del livello di microarchitettura
Confronto tra Pentium, Ultra SPARC, e 8051 o Confronto tra i7, OMAP4430 e ATmega168.
Livello di architettura dell'insieme di istruzioni: Panoramica del livello ISA; Proprietà del livello ISA; Modelli di Memoria; Registri; Istruzioni; Panoramica del livello ISA del Core i7; Panoramica del livello ISA del OMAP 4430 ARM, Panoramica del livello ISA dell' ATmega
168 AVR; Tipi di dati; Tipi di dati numerici; Tipi di dati non numerici.
CAPITOLO 5 INTRODUZIONE AI SISTEMI OPERATIVI
Obiettivi e funzioni dei sistemi operativi:
Il sistema operativo come interfaccia utente/computer;
Il sistema operativo come gestore delle risorse;
Facilità di evoluzione di un sistema operativo.
Evoluzione dei sistemi operativi:
Elaborazione seriale;
Semplici sistemi batch;
Sistemi batch multiprogrammati;
Sistemi time-sharing.
Caratteristiche dei sistemi operativi moderni.
Panoramica su windows NT.
La storia :Multitasking a singolo utente;Architettura di Windows NT: NT executive; Sottosistemi di ambiente; Modello Client/Server; Thread ed SMP; Oggetti in Windows NT; Sistemi UNIX tradizional: Cenni;Solaris 2.x e 4.4 BSD.
6 DESCRIZIONE E CONTROLLO DEI PROCESSI
Stati dei processi.
Un modello a due stati.
Creazione e terminazione dei processi.
Un modello a cinque stati.
Processi sospesi.
Descrizione dei processi:
Strutture di controllo dei processi;
Attributi dei processi;
EFLAGS del Pentium;
Il ruolo del PCB.
Controllo dei processi:
Modi di esecuzione;
Creazione dei processi;
Cambio dei processi: cambiamento di modo, cambiamento dello stato di un processo;
Esecuzione del Sistema Operativo: Kernel non implementato con processi; Esecuzione
all’interno dei processi utente; Sistemi operativi basati sui processi.
Gestioni dei processi:
Stati dei processi;
Descrizione dei processi.
Controllo dei processi in UNIX e fork 0.
7 THREAD, SMP E MICROKERNEL
Processi e thread: Multithreading; Funzionalità dei thread; Thread a livello utente e di Kernel.
Multiprocessing simmetrico:Architettura SMP; Organizzazione SMP; Considerazioni per la progettazione di sistemi operativi multiprocessore:
Processi e thread concorrenti; Schedulazione;Sincronizzazione.
Microkernel:
Architetutra del Microkernel:Benefici di un’organizzazione a mikrokernel; Prestazioni del Microkernel;Progettazione del Microkernel.
Thread e SMP in Windows NT: Oggetti di tipo processo e di tipo thread; Multithreading;Stati dei thread; Supporto per i sottosistemi del sistema operativo; Supporto al multiprocessing.
Thread e gestione del SMP in Solaris: Architettura multithreading; Motivazioni; Struttura dei processi; Esecuzione dei thread; Interrupt come thread.
8 CONCORRENZA: Mutua esclusione e Sincronizzazione.
Proncipi della concorrenza:
Un semplice esempio;
Problemi di concorrenza nei sistemi operativi;
Interazione tra processi : competizione per le risorse; cooperazione tramite
condivisione; cooperazione tramite comunicazione.
Mutua esclusione: approcci software.
Algoritmo di Dekker: Insidie della programmazione concorrente. 1°, 2°, 3°, 4°
tentativo di soluzione e la soluzione corretta.
Algoritmo di Peterson.
Mutua esclusione supporto hardware:
Abilitazione e disabilitazione degli interrupt;
Istruzioni di macchina speciali: Test and set e Scambio.
Uso di Test-set e Scambio per la mutua esclusione
Semafori:
Definizione della primitiva Signal e wait;
Primitive Signal e wait per i semafori binari;
Mutua esclusione con semafori.
Il problema del produttore consumatore
Soluzione non corretta del problema produttore-consumatore con semafori binari nel
caso di buffer infinito;.
Soluzione generale corretta del problema del produttore-consumatore nel caso di
buffer infinito;
Soluzione del problema del produttore-consumatore nel caso di buffer finito.
Implementazione dei semafori
Il problema del barbiere ingiusto.
Il problema del barbiere equo.
Monitor
Monitor di Hoare.
Risoluzione del problema Produttore/Consumatore con Monitor Hoare.
Monitor di Lampson-Redell.
Scambio di messaggi
Sincronizzazione
Indirizzamento
Formato di messaggi
Organizzazione delle code
Mutua esclusione usando i messaggi
Soluzione del problema produttore/consumatore con buffer limitato usando i
messaggi .
9 GESTIONE DELLA MEMORIA
Introduzione:
allocazione contigua della memoria
monoallocazione
partizionamento statico
partizionamento dinamico
segmentazione
allocazione non contigua della memoria
paginazione
memoria virtuale
Principi di base della gestione della Memoria Centrale
Parametri di confronto degli schemi di gestione
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Monoallocazione
Principi
Meccanismi di protezione (mediante supporti hardware):
registro barriera
diritti di accesso mediante bit di protezione
sistema operativo in memoria a sola lettura
Meccanismi di condivisione
Prestazioni
Partizionamento Statico
Principi operativi
Tabella delle partizioni
Algoritmi di ricerca delle partizioni
Swapping, supporti per lo swapping
Frammentazione interna
Condivisione nel partizionamento statico
Meccanismi di protezione
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