I sistemi operativi

Cosa è un sistema operativo?

Un Sistema Operativo (SO) è un software di base che gestisce le risorse hardware e software di un computer, fornendo un'interfaccia tra l'utente e la macchina. Il SO consente l'esecuzione dei programmi applicativi e coordina le operazioni essenziali, come la gestione della memoria, dei file, dei processi e dei dispositivi di input/output.

Quali sono le funzioni principali di un SO?

• Gestione dei processi: controlla l'esecuzione dei programmi, assegnando risorse e sincronizzando le operazioni.
• Gestione della memoria: assegna e libera memoria per i processi in esecuzione.
• Gestione del file system: organizza i dati su dispositivi di archiviazione.
• Gestione delle periferiche: controlla dispositivi come tastiera, mouse, stampanti e dischi rigidi.
• Interfaccia utente: può essere testuale (CLI) o grafica (GUI).

Come sono strutturati i sistemi operativi?

I sistemi operativi sono organizzati in diversi livelli per garantire efficienza e modularità. Le principali componenti sono:

a) Kernel (Nucleo del SO)

Il kernel è il cuore del sistema operativo e gestisce CPU, memoria e dispositivi. Esistono:

• Monolitico: tutte le funzioni integrate (es. Linux, Windows)
• Microkernel: delega funzioni ai servizi utente (es. Minix, QNX)

b) Gestione della memoria

Include RAM e memoria virtuale per ottimizzare l’uso delle risorse.

c) Gestione del file system

Organizza i dati in cartelle e directory. Esempi: NTFS, FAT32, ext4.

d) Gestione degli input/output

Gestisce la comunicazione con le periferiche e garantisce il loro corretto funzionamento.

Quali sono i tipi di SO?

• Monoutente: usato da un solo utente alla volta.
• Multiutente: consente l'accesso contemporaneo di più utenti (es. Linux, Unix, Windows Server).
• Monoprogrammato: esegue un solo programma per volta (es. MS-DOS).
• Multiprogrammato: esegue più programmi simultaneamente per sfruttare al meglio la CPU.

Modello di Von Neumann

CPU e componenti principali

• CPU: esegue istruzioni e processa dati.
• ALU: esegue operazioni aritmetiche e logiche.
• CU: coordina il flusso delle istruzioni.
• Registri: piccole memorie temporanee (es. PC e IR).
• Clock: sincronizza le operazioni del sistema.

Memoria

• RAM: memoria veloce e volatile.
• ROM: contiene il firmware del computer.
• Cache: memoria veloce tra CPU e RAM (L1, L2, L3).

Archiviazione secondaria

• HDD: dischi magnetici tradizionali.
• SSD: memorie flash più veloci.
• USB e Memory Card: dispositivi portatili.

Dispositivi di input/output

• Input: tastiera, mouse, microfono.
• Output: monitor, stampante, casse audio.
• I/O: touchscreen, stampanti multifunzione.

Il bus

• Bus dati: trasporta i dati.
• Bus indirizzi: indica la posizione della memoria.
• Bus di controllo: gestisce i segnali di sincronizzazione.

Il bootstrap

Il bootstrap è il processo di avvio del computer:

1. POST: verifica l'hardware.
2. BIOS/UEFI: cerca un dispositivo di avvio.
3. Bootloader: carica il sistema operativo.
4. Avvio del SO: il kernel viene caricato in memoria.