Προγραμματισμός Η/Υ. Λογισμικό. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Transcript

1 Προγραμματισμός Η/Υ Λογισμικό ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

2 Αλληλεπίδραση Συστημάτων Χρήστες Λογισμικό Εφαρμογών Λειτουργικό Σύστημα Επιπλέον Λογισμικό του Συστήματος Υλικό

3 Λογισμικό Συστήματος Περιλαμβάνει εκείνα τα προγράμματα που εξυπηρετούν τις ανάγκες των προγραμμάτων χρηστών. Χαρακτηριστικά είδη λογισμικού συστήματος: Το λειτουργικό σύστημα. Οι διαδικασίες ελέγχου (προγράμματα μόνιμα αποθηκευμένα σε κυκλώματα που ελέγχουν τα βασικά υποσυστήματα του υπολογιστή). Οδηγοί συσκευών εισόδου/εξόδου. Μεταφραστές (μετατροπή προγραμμάτων σε γλώσσα μηχανής). Προγράμματα (οδηγοί) επικοινωνίας (π.χ. επικοινωνία μέσω δικτύων).

4 Λειτουργικό Σύστημα Ειδικό σύνολο προγραμμάτων που συντονίζει και διαχειρίζεται τους πόρους ενός υπολογιστικού συστήματος. Πόροι = υλικό + λογισμικό Κύριες λειτουργίες λειτουργικού συστήματος: Διαχείριση εκτελούμενων έργων (job management). Διαχείριση διαθέσιμων πόρων (resource management). Διαχείριση δεδομένων (data management). Υποστήριξη περιβάλλοντος χρηστών.

5 Λειτουργικό Σύστημα Το ΛΣ είναι το πρώτο λογισμικό που φορτώνεται στη μνήμη του υπολογιστή μετά την εκτέλεση του BIOS. Οποιοδήποτε λογισμικό φορτωθεί στη συνέχεια βασίζεται στο ΛΣ για την παροχή όλων των υπηρεσιών οι οποίες απαιτούν πρόσβαση στο υλικό. Σχεδόν όλοι οι υπολογιστές (παλάμης, επιτραπέζιοι, υπερυπολογιστές, φορητοί, ακόμη και παιχνιδομηχανές) χρησιμοποιούν έναν τύπο λειτουργικού συστήματος.

6 Λειτουργικό Σύστημα Έχει ως βασική λειτουργία την αναγνώριση των εντολών χρήστη: φορτώνει και εκτελεί το πρόγραμμα του χρήστη, και εποπτεύει την αλληλοδιαδοχή των προγραμμάτων ενός ή περισσότερων χρηστών.

7 Λειτουργικό Σύστημα Εκτελεί τις εντολές εισόδου-εξόδου τις οποίες έχει ζητήσει ένα πρόγραμμα κατά την εκτέλεση του, χειρίζεται και αξιοποιεί την Κεντρική Μνήμη και την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας με τον καλύτερο δυνατό τρόπο, διαχειρίζεται τις περιφερειακές μονάδες, παραχωρώντας τις στα διάφορα προγράμματα, ενώ αρχειοθετεί τις πληροφορίες στο δίσκο, διασφαλίζοντας τα αρχεία από λανθασμένη ή κακή λειτουργία προγραμμάτων ή μηχανής, προστατεύει τα προγράμματά του, καθώς και αυτά των χρηστών από επέμβαση άλλων προγραμμάτων, τηρεί ημερολόγιο της λειτουργίας του υπολογιστή με τα γεγονότα της ημέρας, ποιος χρησιμοποιεί το σύστημα, πότε, πόσο χρόνο σε επεξεργασία, σε είσοδο/έξοδο κλπ.

8 Κατηγορίες Λειτουργικών Συστημάτων Διακρίνονται με βάση τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Τον αριθμό των χρηστών που μπορούν να εξυπηρετηθούν ταυτόχρονα από τον ίδιο Η/Υ: Single-user ή Multi-user Τον αριθμό των προγραμμάτων - διαδικασιών (tasks) που μπορούν να τρέχουν ταυτόχρονα: Single-tasking ή Multi-tasking Τον τρόπο εκτέλεσης ή χρονοδρομολόγησης (scheduling) των προγραμμάτων: Εκτέλεση διαδικασιών σε σειρά (Batch) Εκτέλεση διαδικασιών παράλληλα σε πραγματικό χρόνο (Time sharing)

9 Επίπεδα Λειτουργικού Συστήματος Πυρήνας (kernel): είναι το τμήμα του ΛΣ που επικοινωνεί με το υλικό (ΚΜΕ, Κυρία Μνήμη, Περιφερειακές Συσκευές): Τμήματα του πυρήνα (π.χ. πρόγραμμα εκκίνησης του συστήματος) είναι τοποθετημένα στη ROM. Τα υπόλοιπα φορτώνονται από το σκληρό δίσκο στη RAM. Ενδιάμεσο Επίπεδο (Υποσυστήματα Υποστήριξης): είναι ένα σύνολο προγραμμάτων που επιτρέπουν την επικοινωνία ανάμεσα στον πυρήνα και το εξωτερικό επίπεδο. Υψηλότερο Επίπεδο: είναι μια ομάδα προγραμμάτων που επικοινωνούν με το χρηστή: Διερμηνευτές Εντολών (command interpreters). Γραφικά Περιβάλλοντα Εργασίας (Graphical Users Interfaces, GUIs).

10 Ενδεικτικά Λειτουργικά Συστήματα Unix Disk Operating System (DOS) Microsoft Windows MacOS Linux

11 Disk Operating System (DOS) Δημιουργός η Microsoft Το βασικό λειτουργικό σύστημα της δεκαετίας του 1980 Πλήθος εφαρμογών Τελευταία έκδοση η 6.0 Βασικά μειονεκτήματα: Αποθήκευση ολόκληρου του προς εκτέλεση προγράμματος στη μνήμη Μη υποστήριξη πολυπρογραμματισμού Μια διεργασία κάθε φορά Μη εύχρηστο περιβάλλον διεπαφής Απλό command prompt

12 Microsoft Windows Κατασκευαστής η Microsoft Χωρισμός της επιφάνειας εργασίες σε «παράθυρα» Σύγχρονο εργαλείο πολυπρογραμματισμού Μεγάλο μερίδιο της αγοράς Βασικές εκδόσεις 1.0, 3.0, 3.1, 3.11 (WorkGroups), 95, NT, 98, 2000, 2003, XP, Vista, 2008, 7, 8 Οι πρώτες εκδόσεις δούλευαν σαν κέλυφος του DOS

13 Το Linux Ραγδαία ανάπτυξη Ανοιχτού κώδικα λειτουργικό σύστημα Πολύ χαμηλό κόστος Λειτουργικού συστήματος Εύχρηστο περιβάλλον εργασίας Πολλές εκδόσεις Εργαλείων (π.χ. Μεταγλωττιστών) Ανάπτυξη παραθυρικών περιβαλλόντων εργασίας Fedora, Suse, RedHat, Ubuntu κ.λ.π.

14 Λογισμικό Εφαρμογών Χρήστες Λογισμικό Εφαρμογών Λειτουργικό Σύστημα Επιπλέον Λογισμικό του Συστήματος Υλικό

15 Λογισμικό Εφαρμογών Τα προγράμματα εφαρμογών: Προσφέρουν υπηρεσίες στο χρήστη με τρόπο φιλικό: Προσομοιώνουν τον ανθρώπινο τρόπο σκέψης και επίλυσης προβλημάτων. Μπορούν να κατασκευαστούν (προγραμματιστούν) από κάποιο χρήστη/προγραμματιστή με την προϋπόθεση ότι γνωρίζει μια τουλάχιστον γλώσσα προγραμματισμού. Χρησιμοποιούνται έτοιμα από οποιονδήποτε χρήστη του ικανοποιούν τις ανάγκες.

16 Λογισμικό Εφαρμογών Κατηγοριοποίηση με βάση το πεδίο εφαρμογής: Λογισμικό γενικού σκοπού: Συνήθως έτοιμο λογισμικό (off-the-shelf). Παράδειγμα: οι επεξεργαστές κειμένου Πακέτα εφαρμογών ειδικού σκοπού: Εφαρμογές εμπορικές, επιστημονικές, οικονομικές διοικητικές κ.λ.π.

17 Παραδείγματα Λογισμικού Εφαρμογών Προγράμματα αυτοματισμού γραφείου: Επεξεργαστές κειμένου, διαχείριση φύλλων εργασίας, σχεδιασμός/έλεγχος έργων κ.λ.π. Προγράμματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Προγράμματα πολυμέσων: Προγράμματα: Κείμενο, εικόνα (ακίνητη), ήχος, video. Εκπαίδευσης. Διασκέδασης. Προσομοίωσης καταστάσεων. Κατάρτισης/επιμόρφωσης.

18 Ανάπτυξη Λογισμικού

19 Ανάπτυξη Λογισμικού Η διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού μπορεί να παρομοιαστεί με τη διαδικασία επίλυσης ενός προβλήματος. Η επίλυση του προβλήματος απαιτεί: Το σαφή ορισμό του. Την ακριβή αναλυτική λύση του προβλήματος: Συγκεκριμένη ακολουθία βημάτων => Αλγόριθμος. Την περιγραφή της επίλυσης: Προγραμματισμός Η διαδικασία κατά την οποία περιγράφονται τα διαδοχικά στάδια της επίλυσης ενός προβλήματος με χρήση κατάλληλων εντολών και λέξεων.

20 Ορισμός του Προβλήματος Κατανόηση του προβλήματος: Σωστή ερμηνεία και επαναδιατύπωση. Αποτύπωση της δομής του προβλήματος: Ανάλυση του προβλήματος στα συστατικά του μέρη. Περιγραφή σχέσεων επικοινωνίας μεταξύ των επιμέρους τμημάτων. Απλοποίηση υλοποίησης λόγω επίλυσης μικρότερων και απλούστερων τμημάτων. Καθορισμός απαιτήσεων: Προσδιορισμός των δεδομένων. Προσδιορισμός της επιθυμητής εξόδου.

21 Επίλυση Προβλημάτων Ορισμός αλγόριθμου: Η πεπερασμένη σειρά ενεργειών/βημάτων που πρέπει να ακολουθηθούν για την ακριβή περιγραφή της επίλυσης ενός προβλήματος. Σαφής υπολογιστική διαδικασία που εκτελείται σε πεπερασμένο χρόνο.

22 Υλοποίηση Αλγόριθμων Οι εντολές περιγράφονται υπό μορφή γλώσσας μηχανής: Εξάρτηση από το υπολογιστικό σύστημα. Ένας προγραμματιστής πρέπει να ξέρει τις ιδιαιτερότητες του συστήματος. Η γλώσσα μηχανής είναι ιδιαίτερα δυσνόητη. => Γλώσσες προγραμματισμού.

23 Γλώσσες Προγραμματισμού Εντολές περισσότερο κατανοητές από τον άνθρωπο. Ταξινόμηση σε δύο κατηγορίες: Γλώσσες χαμηλού επιπέδου (π.χ. Assembly): Μοιάζουν αρκετά με τη γλώσσα μηχανής. Ο κώδικας για την περιγραφή μιας απλής εντολής είναι σύνθετος. Γλώσσες υψηλού επιπέδου: Πολύ κοντά στον ψευδοκώδικα. Καμία εξάρτηση από τη μηχανή. Απαιτείται μετάφραση του προγράμματος.

24 Μεταφραστές Μετατροπή πηγαίου προγράμματος σε γλώσσα μηχανής Κατηγορίες μεταφραστών: Μεταγλωττιστές (compilers): Όταν εμφανίζεται συντακτικό σφάλμα, η μεταγλώττιση πρέπει να ξεκινήσει από την αρχή. Διερμηνευτές (interpreters): Χαμηλές ταχύτητες εκτέλεσης. Συμβολομεταφραστές (assemblers). Εκτελεστές προγραμμάτων (run-time executors): Ο μεταγλωττιστής παράγει ενδιάμεσο κώδικα. Απαραίτητη η χρήση εκτελεστών προγραμμάτων για την μετάφραση του ενδιάμεσου κώδικα.

25 Γλώσσες Υψηλού Επιπέδου Πλεονεκτήματα γλωσσών υψηλού επιπέδου: Απλά και εύκολα στην εκμάθηση σύνολα εντολών και συντακτικών. Εκτέλεση πολύπλοκων διαδικασιών με μία μόνο εντολή. Προγράμματα μικρού μεγέθους. Αποδέσμευση από τις λειτουργίες χαμηλού επιπέδου: Εστίαση στην επίλυση του προβλήματος κι όχι στις λεπτομέρειες υλοποίησης. Απλός και εύκολος έλεγχος συντακτικού. Υποστήριξη δομημένου τρόπου επίλυσης προβλημάτων: Μέσω διαδικασιών (procedures).

26 Συστατικά γλωσσών προγραμματισμού Το αλφάβητο της γλώσσας: Χαρακτήρες, αριθμοί και σύμβολα. Το λεξιλόγιό της: Το σύνολο των (δεσμευμένων) λέξεων. Μερική αντιστοιχία με τη φυσική γλώσσα. Το συντακτικό (η γραμματική): Σωστή σύνταξη και ακολουθία εντολών. Οι κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται στις εκφράσεις της γλώσσας. Μια φυσική γλώσσα επεκτείνεται με νέες λέξεις-έννοιες, ενώ μια γλώσσα προγραμματισμού όχι: => Παραλλαγές γλωσσών προγραμματισμού.

27 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

28 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

29 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

30 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.