Rast operativnih sustava

Transcription

1 Digitalni računalni sustav Digitalni računalni sustav HARDWARE Centralna jedinica 1. Uređaji ( Hardware ) Periferne jedinice SOFTWARE Programska podrška Podrška sustavu Podrška korisniku Operacijski sustav Aplikacije (problemu orijentirani) Procesor Memorija Spore Brze Uslužni programi Utilities Jezgra ( Kernel ) Programski paketi ( Projekti ) Pojedinačni programi Glavni Pomoćni RAM ROM Ulazne Izlazne Magnetske Optičke (CD) Translacijske, (Sekvencijelne) Rotacijske Prevoditelji i linkeri Programi za datoteke FDD HD Rast operativnih sustava Štojeračunalo? - stroj koji, u skladu sa uputama definiranim u programu, izvodi 4 osnovne operacije: unos podataka, obradu, prikaz rezultata i pohranjivanje podataka. 1

2 Podaci i Informacije Podaci su gole činjenice koje same po sebi nemaju značenje. npr Informacija je značenje pridruženo podacima (često nastaju i obradom podataka). npr kn 8 h Plaća je kn Često ova dva pojma koriste kao sinonimi. Obrada podataka Računala obrađuju podatke manipulirajući simbolima koji predstavljaju podatke. To su binarni simboli (znamenke 0 i 1). Brojčani podaci se mogu prikazati i kao binarni. Na primjer 10 = Međutim, i nebrojčani podaci se prikazuju kao binarni. Na primjer: A je B je a je Tipka Enter je Računalo je samo kalkulator Štojeračunalni program? Bez obzira na sve, računalo je u stvari samo vrlo snažan kalkulator i kao takav, mora biti pod nadzorom čovjeka. To postižemo zadajući računalu upute što da napravi (koristeći program ili software). Računala su, iako elektronički sofisticirani uređaji ipak neinteligentna. Moramo im dati precizne upute kako da izvrše određeni zadatak. Upute im moraju biti predočene u jeziku koji razumiju. Program je skup instrukcija složenih određenim redoslijedom u skladu sa kojima račulalo izvodi navedene operacije sa ciljem izvođenja određenog zadatka. Razvojne generacije programskih jezika Prva generacija strojni jezik (prikazan s 0 i 1) Druga generacija - assembler (prikazan skraćenim simbolima) Treća generacija pisan uglavnom engleskim riječima (rečenicama). Primjeri su FORTRAN, C, Pascal, BASIC, COBOL i cijeli niz drugih. Četvrta generacija jezici za programiranje baza podataka. Primjeri su Access, Paradox, Clarion, dbase i drugi. Peta generacija umjetna inteligencija i ekspertni sustavi. Proceduralno programiranje Ovaj oblik programiranja je najduže u uporabi i koristi se i danas. U osnovi, ovaj pristup se usredotočuje na radnje koje se moraju izvršiti kako bi se riješio određeni problem tj. koji se koraci moraju poduzeti i u kojim redoslijedu. Većina prethodno spomenutih programskih jezika (uključujući i C) su primjeri proceduralnih programskih jezika. 2

3 Objektno-Orijentirano programiranje Objektno-Orijentirano Programiranje je moderan, popularan način programiranja neovisan o generaciji, koji predstavlja pristup i metodologiju koji postaje sve više standard. C++ je objektno-orijentirano proširenje programskog jezika C. Uočite da C++ podrazumijeva i C, što znači da je moguće koristiti OO jezik za programiranje na proceduralni način. Proceduralno / Objektno- Orijentirano U proceduralnom programiranju, glavni je naglasak na radnjama neophodnim za rješenje problema podaci na kojima se radnje izvršavaju su u drugom planu. Kodobjektno-orijentiranogorijentiranog programiranja je obrnuto: naglasak na podacima dok su radnje u drugom planu. Primjena OO pristupa je neophodna kako softverski projekti postaju sve složeniji. OO pristup zrcali stvarni svijet! OO Operativni sustavi Uzima u obzir stvari (objekte) i radnje (procedure) u stvarnom životu. Prvo sagledavamo objekt a tek tada koje su radnje prikladne za taj objekt Na primjer, odabiremo objekt (jabuka) a nakon toga radnje (jesti, guliti, prodati, premjestiti, itd.) NE razmišljamo prvo o radnji (oguliti) pa onda tražimo objekt za tu radnju. DOS koristi proceduralni pristup npr. delete pismo.doc Windows su objektno orijentirani npr. Izaberi objekt pismo.doc i tada ga obriši (delete) Apple Mac je oduvijek koristio objektno-orijentirani pristup. Zašto ovo proučavamo? Softver igra značajnu ulogu u cjelokupnoj informacijskoj tehnologiji. Poznat je period ( 60) softverske krize uzrokovan loše proizvedenim softverom. Zatoćemo se usredotočiti na izradu visoko kvalitetnog softvera, lakog za održavanje pomoću software engineering (programski( inženjering enjering) principa. Software Engineering I Strukturne tehnike uvode disciplinu i standardizaciju u projektiranje i izradu softvera Osnovni principi: Princip apstrakcije - pojednostavljenje Princip formalnosti metodički pristup Podijeli pa vladaj koncept - modularnost Hijerarhijski koncept međuovisnost modula 3

4 Software Engineering II Životni ciklus softvera Software Engineering III Osnovni principi Analiza Programske specifikacije Dizajn Dizajn programa Kodiranje Strukturirani program Testiranje Faza razvoja Testirani program Faza korištenja Održavanje Princip skrivanja modul vidi samo bitno Princip lokalizacije logičko grupiranje Princip konceptualnog integriteta dosljedna primjena metodologije projektiranja Princip potpunosti zadovoljeni svi zahtjevi Princip logičke neovisnosti logika ne smije zavisiti od konkretne fizičke realizacije Information Engineering IV Okruženja s bazama podataka Drugačiji pristup u odnosu na ostale programske sustave. Vrijede slijedeći dodatni principi: Princip rigorozne analize podataka Princip neovisnosti podataka Princip strateškog planiranja podataka Princip korisničkog pristupa Princip modeliranja na nivou poduzeća Software Engineering V Pojam inženjering nam označava kako izrada softvera nije proces pokušaja i pogreški nego skup metodologija kojih se moramo pridržavati pri izradi softvera. Kako proizvodnja softvera postaje sve složenija nužno je da i softverske kuće primjene ovakav pristup. Software Engineering Institute (SEI) izradio je Capability Maturity Model (CMM) koji organizacije rangira prema njihovim metodologijama projektiranja softvera. Npr. SIEMENS koristi svoju vlastitu metodu razvoja softvera nazvanu StdSEM. Razvoj strukturiranih programa 1 Svaki napisani program mora se održavati (80% je često korišten podatak). Mnogi rani programi nisu bili strukturirani (spaghetti-like) i stoga ih je bilo teško razumjeti i održavati. Pojavila se spoznaja da programi moraju biti strukturirani (engineered) tj. proizvedeni po priznatim strogim standardima. Iako moderni programski jezici sadrže alate za strukturirano programiranje, neophodno je da programer bude u potpunosti tome odan. Razvoj strukturiranih programa 2 Bohm i Jacopini su prvi definirali dopuštene logičke strukture (sekvencija, selekcija, iteracija). Dijkstra je objavio zabranu korištenja GOTO naredbe. To je bilo neophodno iz više razloga Izrada programa visoke kvalitete s predvidljivim ponašanjem Izrada programa koji se lako mijenjaju i održavaju Pojednostavljenje programa i razvojnog procesa Postizanje predvidivosti i bolji nadzor nad razvojnim procesom Brži razvoj i smanjenje troškova razvoja 4

5 Ciljevi strukturiranog programiranja povećati pouzdanost programa povećati čitljivost programa smanjiti kompleksnost programa pojednostaviti održavanje programa povećati produktivnost programera osigurati disciplinirano provođenje razvojne metodologije Definicija strukturiranog programiranja Strukturno programiranje je metodologija koja uvodi strukturu i disciplinu u razvoj, kodiranje i testiranje programa. U užem smislu (oblik programa): zabranjeno koristiti GOTO tri osnovne strukture: sekvencija, selekcija i iteracija forma strukturnog programa primjena konvencija strukturnog programiranja u konkretnom programskom jeziku Definicija strukturiranog programiranja... U širem smislu (metode): modularno programiranje razrada u koracima nivoi apstrakcije Top-down i bottom-up programiranje Imati na umu... Neophodno je utrošiti dovoljno vremena za planiranje rješenja (programa) kako bi bili sigurni da je u potpunosti strukturiran. Ako je rješenje ispravno planirano i predočeno, vrijeme i trud potrebni za kodiranje biti će minimalni. Priprema rješenja Obavlja se kroz pripremu algoritma. Cjelokupni rad računala zasniva se na slijedećem: procesor prima podatke, obradi ih i rezultat pošalje na izlaz. Instrukcije su kodirane BROJEM. Izvršavanje programa je kopiranje brojeva u radnu memoriju i njihovo očitavanje i izvršavanje od strane procesora. Niz brojeva međusobno poslaganih u jednu svrsishodnu cjelinu čini PROGRAM, a postupak izrade pomoću jednog od jezičkih procesora naziva se PROGRAMIRANJE. Slijed instrukcija jezičkog procesora, napisan u jednom od editor-a, koje će se potom procesoru prevesti da ih može izvršiti, mora biti logičan i usklađen s MODELOM odvijanja zadaće koji se naziva ALGORITAM. 5

6 Računalo: Čovjek: riječi, simboli Što je algoritam? Komunikacijski jaz Programski jezici Algoritam je konačni ni niz logičnih koraka potrebnih da bi se riješio io neki problem. Načelo ekvifinaliteta - za rješavanje nekog problema ne mora postojati jedinstven algoritam. Algoritam mora udovoljiti nekolicini kriterija: Općenitost. Konkretnost. Svrhovitost. Konačnost. Efikasnost. Ponovljivost. Razumljivost. Formaliziranost. Instruktivnost. Općenitost. Algoritam mora biti pogodan za rješavanje određenog tipa problema, a ne samo jednog konkretnog problema. Konkretnost. Algoritam mora prihvatiti konačan broj ulaznih veličina koje potpuno određuju konkretni problem koji treba riješiti. Svrhovitost. Algoritam mora dati barem jednu izlaznu veličinu, odnosno rezultat rješenja problema. Konačnost. Algoritam mora dati rješenje postavljenog problema u konačnom broju koraka odnosno postupaka. Pojam algoritma danas se gotovo isključivo veže uz softver. Efikasnost. Postupak mora završiti u prihvatljivom vremenu i prihvatljivom utrošku drugih resursa. Ponovljivost. Ponovljeni postupak uz iste ulazne veličine mora dati isti rezultat, odnosno izlazne veličine. Razumljivost. Postupci određeni algoritmom moraju biti poznati izvršitelju. Formaliziranost. Svaki postupak mora biti jednoznačno i nedvosmisleno definiran. Instruktivnost. Postupci trebaju biti iskazani u formi naredbi izvršitelju. Algoritam koji opisuje postupak stvaranja algoritma - metaalgoritam. Apstraktnost Mataalgoritam rač unalnog programa Mentalni model Pomoć ni model Rač unalni m odel Formaliziranost Detaljnost 6

7 Mentalni model - visoki stupanj apstrakcije, mala detaljnost i formaliziranost. Osnovne ideje kako riješiti problem, koje postupke koristiti i koji je približni redoslijed njihova izvođenja. Pomoćni model - posebnim tehnikama iskazan algoritam na dovoljnom stupnju formaliziranosti i detaljnosti kako bi se mogla provjeriti njegova logička ispravnost i olakšala izrada računalnog modela. Računalni model -računalni program, niz logički povezanih instrukcija koje će omogućiti da se njihovim izvođenjem na računalu riješi konkretan problem. Nepreciznosti pri korištenju pojmova algoritam i program u praksi. Za izradu pomoćnog modela algoritma koriste se različite metode i tehnike. Dvije najpopularnije: Blok dijagram, grafički način predstavljanja algoritama. Pseudokod, koji koristeći govorni jezik i izraze oponaša naredbe i sintaksu programskih jezika. Prednosti predstavljanja algoritma blok dijagramom ili pseudokodom: Neovisnost o računalu i programskom jeziku. Olakšano razumijevanje i logička kontrola rješavanja problema. Složene algoritme moguće je rastaviti na više jednostavnijih. Blok dijagram -grafički način predstavljanja algoritma skupom simbola koji označuju pojedine operacije, a njihov raspored i povezanost određuju slijed postupaka. Skup grafičkih simbola koji se koriste pri izradi blok dijagrama malen: Početak i kraj Obrada Ulaz Izlaz Odluka Vanjski modul Priključna točka Poveznica 7

8 Logičke strukture (Bohm i Jacopini) SEKVENCIJA koraci slijede jedan drugog u logičkom slijedu SELEKCIJA ovisno o određenom uvjetu postoje alternativni koraci ITERACIJA neki se koraci ponavljaju dok je ispunjen određeni uvjet Sekvencija selekcija iteracija Slijedna Uvjetovana Ponavljajuća Početak Ulaz Obrada Izlaz Kraj? Kraj Da Ne A A A=8 B=2 D=4 C=0 B=A+B D > C C=C+1 Algoritam Algoritam je stara riječ koja potječe iz arapskog jezika, a znači postupak, pravilo, uputa. Izvedeno iz imena perzijskog matematičara Isprva je značio matematičke postupke Algoritam Danas se upotrebljava za bilo koji postupak, naputak ili uputu Algoritam svodi cjelokupan zadatak na niz jednostavnijih zadataka (koraka) Različite algoritme susrećemo u svakodnevnom životu. Algoritmi u programiranju Algoritam je uputa računalu kako može riješiti postavljeni zadatak Program je algoritam preveden u programski jezik Što je algoritam? Abu Ja'far Mohammed ibn Musa al Khowarizmi أبو جعفر محمد بن موسى الخوارزمي (Muhamed, otac Jafarov, sin Muse iz Khwarizma) rođen u mjestu Khwarizm, danas Khiva, Uzbekistan, oko 780. g. umro u Bagdadu, oko 850 godine. jedan od 10 najcjenjenijih matematičara svih vremena 8

9 vjerovao da se bilo koji matematički problem može raščlaniti na korake, tj. niz pravila u latinskom prijevodu knjige (12. stoljeće) ispred svakog pravila piše Dixit Algorizmi - rekao je Al Kowarzimi algoritam glasi u početku algoritmom se nazivaju samo pravila računanja s brojevima, kasnije i pravila obavljanja ostalih zadataka u matematici u XX stoljeću, pojavom računala, pojam se proširuje na računarstvo,a zatim i na druga područja pravila za postizanje željenog rezultata program - opis algoritma koji u nekom programskom jeziku jednoznačno određuje što računalo treba napraviti programiranje - naučiti sintaksu nekog proceduralnog jezika i steći osnovna intuitivna znanja glede algoritmizacije problema opisanog riječima algoritmi + strukture podataka = programi (Wirth) kako osmisliti algoritme? kako strukturirati podatke? kako formulirati algoritme? kako verificirati korektnost algoritama? kako analizirati algoritme? kako provjeriti (testirati) program? Postupci izrade algoritama nisu jednoznačni te zahtijevaju i kreativnost. Inače bi već postojali generatori algoritama. Za sažeti opis složenijih algoritama može se koristiti pseudokod. Algoritam Instrukcije moraju biti izvedive i jednoznačne Primjeri za nedopuštene instrukcije: izračunaj 5/0 uvećaj x za 6 ili 7 Učinkovitost: U konačnom vremenu može se dobiti rezultat koristeći olovku i papir. Primjeri: Zbrajanje cijelih brojeva je učinkovito Dijeljenje realnih brojeva nije jer se može pojaviti broj s beskonačno mnogo znamenki, npr. 10/3 = Algoritam postaje učinkovit tek ako se broj znamenki unaprijed ograniči Algoritmi u programiranju Juliffova definicija glasi: Kako bi bio upotrebljiva osnova za izradu programa algoritam mora: dovesti do ispravnog rješenja enja u konačnom nom vremenu; biti pregledan, precizan i nedvojben; i biti u obliku koji nas elegantno vodi do implementacije u nekom programskom jeziku. Osobine valjanog algoritma Diskretnost Determiniranost Efektivnost (konačnost) Rezultativnost Masovnost (Optimalnost) Procedura Postupak koji ima sva svojstva kao i algoritam, ali ne mora završiti u konačnom broju koraka jest računalna procedura. Primjeri za proceduru: Operacijski sustav računala Uređivač teksta Procedura Algoritam Vrijeme izvođenja mora biti "razumno" 9

10 Algoritam Primjer: Algoritam koji bi birao potez igrača šaha tako da ispita sve moguće posljedice poteza, zahtijevao bi milijarde godina na najbržem zamislivom računalu unalu. Zašto? 20 mogućih prvih poteza bijelog 20 mogućih prvih poteza crnog > 20 mogućih drugih poteza bijelog > 20 mogućih drugih poteza crnog itd... Za 10 poteza svakog igrača, a, barem kombinacija ~ Kad bi se 1 kombinacija analizirala 1 µs, to je godina! Algoritmi u svakodnevnom životu Algoritme koristimo svakodnevno a da toga često nismo niti svjesni. Na primjer korisničke upute. kuharski recept. put u školu Proces razvoja programske podrške - kroz analizu sustava amortizera na automobilu: Dinamika mehaničkog sklopa opisuje se formulom zasnovanom na d'alambert-ovom principu, čime se i definira matematički model. Radi rješavanja dobivene diferencijalne jednadžbe odabire se metoda Laplace-ove transformacije, gdje se nakon primjene pravila o transformaciji derivacije dobiva kvadratna jednadžba sljedeće opće forme: Dijagram toka za rješavanje kvadratne jednadžbe a rješenja mogu biti: a) realna i jednaka, ili b) realna i različita ili c) konjugirano kompleksna. 10