Componenti Hardware e Software: Ottimizzazione e Gestione della Memoria

Componenti Hardware Principali di un Sistema Informatico

• CPU (Central Processing Unit): È responsabile del controllo, del coordinamento e dell'esecuzione di tutte le operazioni di un sistema informatico. Possiede due elementi principali: l'unità di controllo e l'unità aritmetico-logica.
• Memoria Principale: Memorizza programmi e dati che verranno poi utilizzati dalla CPU.
• Modulo di Ingresso/Uscita: Responsabile del collegamento delle periferiche con la CPU e la memoria principale.
• Periferiche: Sono dispositivi che permettono di inserire o estrarre informazioni dal computer. Le periferiche possono essere solo di input (tastiera, scanner), solo di output (stampante, monitor), oppure di input/output (dispositivi di archiviazione su disco).

Tipi di Sistemi Operativi e Forme di Elaborazione

Per comprendere i vari tipi di sistemi operativi, è necessario conoscere le due possibili forme di elaborazione:

• Elaborazione in Batch: Sistema utilizzato nella seconda generazione di computer. Questo tipo di elaborazione è ormai obsoleto, poiché le informazioni passano attraverso diverse fasi in sistemi differenti, e ogni fase richiede tempo per il completamento.
• Elaborazione in Tempo Reale: Simile alla precedente, ma è l'utente che inserisce i dati, avviando il programma per elaborare i dati in ingresso. Tutto viene eseguito in un unico sistema informatico e in un tempo relativamente breve.

Classificazione dei Sistemi Operativi in Base al Numero di Utenti

A seconda del numero di utenti che possono utilizzare le risorse del sistema, il sistema operativo può essere:

• Monoutente (Single-user): Sistemi che possono servire un solo utente alla volta, a causa dei vincoli imposti dall'hardware, dal software o dal tipo di applicazione in esecuzione.
• Multitutente (Multi-user): Sistemi che soddisfano contemporaneamente le esigenze di due o più utenti, i quali condividono le stesse risorse. Questi sistemi sono utilizzati in particolare nelle reti.

Struttura a Livelli dei Sistemi Operativi Moderni

Attualmente i sistemi operativi sono organizzati in strati. I cinque livelli fondamentali di una struttura di sistema operativo sono:

• Livello 1: Gestione del Processore: Responsabile della gestione della CPU e dell'assegnazione delle priorità ai processi in esecuzione.
• Livello 2: Gestione della Memoria: Responsabile dell'assegnazione della memoria ai processi, oltre a proteggere le aree di memoria occupate da altri processi.
• Livello 3: Gestione dei Processi: Avvia, arresta e termina i processi in base agli ordini degli altri livelli o dell'utente stesso.
• Livello 4: Gestione dell'Archiviazione e delle Periferiche I/O: Responsabile dell'interazione con i dispositivi di archiviazione esterni e le periferiche di input/output.
• Livello 5: Gestione delle Informazioni: Gestisce i nomi logici dei file, le directory e gli attributi dei file. Crea, elimina e modifica i file.

Tecniche di Gestione della Memoria: Paginazione e Segmentazione

Paginazione

Questa tecnica consiste nel dividere la RAM in parti uguali, dette frame, e i programmi in parti della stessa dimensione, chiamate pagine. Per allocare un programma in memoria, il sistema operativo cerca i frame di memoria fisica liberi.

Utilizzando la tabella delle pagine, vengono assegnati gli indirizzi fisici dei frame alle pagine in cui è stato diviso il programma. L'assegnazione dei frame non deve essere necessariamente contigua.

Segmentazione

La segmentazione è una tecnica simile alla paginazione, che consente di definire blocchi di memoria di dimensioni variabili. Ogni segmento può variare da 0 a un massimo. La lunghezza massima di un segmento può variare a seconda delle esigenze applicative. Lo svantaggio di questo tipo di gestione è la frammentazione esterna: poiché la dimensione dei blocchi è variabile, possono rimanere parti di memoria inutilizzate.