Sistemas Operacionais I

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Sistemas Operacionais I
Gerações dos computadores Evolução e Eficiência
Sistemas Operacionais I Dionisio Gava
Junior Reynaldo G. de Oliveira
Reynaldg_at_brfree.com.br
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Tópicos

• Histórico e Eficiência.
• Primeira Geração.
• Segunda Geração.
• Terceira Geração.
• Conceitos
• Multiprogramação
• Canais
• Relocabilidade
• Estados do Processador
• Instruções Privilegiadas
• Interrupção
• Conceito
• Tipos de Interrupção
• Tendências do Sistema Operacional

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Primeira geração
Primeira geração de computadores (1940-1950)

• A tecnologia empregada nos computadores de
  Primeira Geração era basicamente a válvula.
• A velocidade podia ser medida em termos de
  milissegundo.
• Somente pessoas especializadas utilizavam o
  computador, através da linguagem de máquina e em
  seguida o Assembler.
• Os elementos de entrada e saída eram
  basicamente leitora de cartões, perfuradora de
  cartões e impressora, todos com baixa velocidade
  de operação e transferência de dados.
• Um dos aspectos principais nos computadores de
  Primeira Geração consistia em que a execução de
  um serviço era um processo demorado.

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Primeira geração
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Primeira geração
ENIAC

• Considerado o primeiro computador eletrônico
• 18.000 valvulas
• Posições de memória 4K 4096 bytes
• Pesava 30 toneladas
• Ocupava perto de 120 metros quadrados
• Construído para uso militar Calculo de
  Balística

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Primeira geração
Características
Programação

• Inicialmente a programação era feita
  externamente, através de painéis com chaves
  (jumpers)
• Posteriormente os programas passaram a ser
  carregados na memória.
• O processo consistia em pesquisar um armário
  onde estava guardado o programa, retirá-lo e
  colocá-lo na leitora de cartões.
• Da mesma forma que os dados, os programas eram
  codificados em cartões perfurados, e carregados
  na memória.
• A programação passou a ser feita em linguagem de
  maquina

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Primeira geração
Características
Operação

• Equipamentos de entrada e saída eram a leitora
  de cartões (entrada), a perfuradora de cartões
  (saída) e impressora.
• Grande quantidade de operações manuais nas
  tarefas preparacão e carga dos programas,
  preparação e carga dos dados, intervenções
  manuais e de retomadas do processamento.
• O programador normalmente era o operador do
  computador.
• Todo o sistema ficava dedicado por um certo
  tempo para a execução do serviço.
• Em caso de erro, o programador parava a máquina,
  fazia correções por meio de chaves no painel e
  continuava o processamento.

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Primeira geração
Características
Eficiência A execução de um serviço era um
processo demorado, não pela velocidade da
máquina, mas sim pela quantidade de processos
manuais envolvidos no processamento.
t CPU
Relação entre o tempo de processador e tempo
total de processamento
E
t Total
Numero de serviços executados por unidade de tempo
TS S1S2...Sn
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Primeira geração
Eficiência do sistema
t CPU
Relação do tempo de processador e tempo total do
processamento
E
t Total
CPU
CPU
CPU
CPU
CPU
CPU

E/S
E/S
E/S
E/S
E/S
E/S
Tempo de Execução do serviço
E 0,07
O processador permanecia ativo somente 7 do tempo
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Eficiência do sistema
Numero de serviços executados por unidade de tempo
TS S1S2...Sn
A produtividade na primeira Geração era de 3
serviços / hora, ou seja, cada serviço demorava
cerca de 20 minutos.
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Primeira geração
Eficiência da Primeira Geração - Resumo Como já
observado, na primeira Geracão, a UCP do
computador permanecia a maior parte do tempo
inativa, em decorrência das várias intervenções
manuais durante o processamento, bem como pela
lentidão em que operavam os periféricos. Nestes
sistemas a utilização de tempo de processador era
em torno de 7 e a produtividade variava em torno
de 3 serviços com tempo médio de execução de 2
minutos.
t CPU

• Baixa velocidade da E/S
• Intervenções manuais

E
7
t Total
Como melhorar a eficiencia?
3 serviços por hora
TS s1s2...sn
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Segunda geração
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Segunda geração
Segunda geração de computadores

• Tecnologia Transistores
• Processamento em Lote
• Periféricos Fita Magnética, Disco Magnético
• Velocidade poderia ser medida em termos de Micro
  Segundo

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Segunda geração
Programa Monitor

• A Segunda Geração é caracterizada pelo
  aparecimento dos programas monitores que faziam a
  transição automática entre serviços.
• Estes eram apresentados em forma de "lote"
  (batch) e executados sequencialmente sem
  interrupção.
• Ao terminar um serviço o Monitor preparava o
  sistema automaticamente para o próximo.

Monitor
Programa
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Primeira x Segunda geração de computadores

• Processador mais veloz ( valvulados x
  transistorizados )
• Compare a eficiência E para uma carga de
  programas que utilize um computador de segunda
  geração, considerando
• A utilização dos periféricos da primeira geração
  ( mesmo E/S )
• Utilizando-se periféricos mais rápidos ( E/S bem
  mais rápida )

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Primeira e Segunda gerações
Eficiência do sistema
Segunda Geração
Primeira Geração
t CPU
E
7
45
t Total
3 serviços por hora
25 serviços por hora
TS s1s2...sn
Como melhorar a eficiência?

• Baixa produtividade
• Desequilíbrio entre CPU e E/S
  

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Terceira geração
Terceira geração de computadores

• Tecnologia Circuitos integrados
• Velocidade expressa e medida em nanossegundos (
  ns )
• Evolução das linguagens
• Multiprogramação
• Surgimento dos Sistemas Operacionais

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Terceira geração
Multiprogramação

• Vários processos em execução concorrem pelos
  recursos
• Melhor aproveitamento dos recursos
• A arquitetura funcional das maquinas de terceira
  geração passa por uma ruptura.

A
B
C
D
E
Sistema Operacional
Memória
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Terceira geração
Multiprogramação

• Vários programas na memória executando, e
  compartilhando os recursos
• Enquanto um programa executa, um ou mais
  programas estarão realizando E/S, ou esperando
  pela CPU
• O paralelismo de operações entre CPU e E/S
  proporcionam aumento da eficiência do sistema

CPU
Esperando pela CPU
B
C
D
E
Sistema Operacional
A
Memória
I/O
I/O
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Terceira geração
Conceitos da Terceira Geração

• Processadores de E/S (Canais)
• Processamento em dois estados.
• Instruções Privilegiadas
• Relocabilidade
• Interrupção

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Terceira geração
Canais - Processadores de E/S

• São pequenos processadores que executam as
  operações de entrada e saída sem a intervenção do
  processador central.
• Desta forma, durante uma entrada e saída, o
  processador central fica livre para executar
  outro processo.
• Como os sistemas podem ter vários canais, poderá
  ocorrer várias operações de entrada e saída
  simultaneamente.
• A operação no canal é iniciada pelo processador
  central no momento em que uma instrução de
  solicitação de operação de e/s é feita por um
  processo.
• Ao final da operação o periférico/canal
  informarão a CPU o término da operação.

tempo
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Terceira geração
Canais - Processadores de E/S

• O processador central e o processador de e/s
  podem operar de forma independente.
• Havendo independência entre as operações
  existirá um ganho significativo de eficiência

tempo
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Terceira geração
Processamento em dois estados
PSW
XX

• Mascara do sistema
• Supervisor É possivel a execução de instruções
  privilegiadas
• Programa Não é permitido a execução de
  instruções privilegiadas

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Terceira geração
Instruções Privilegiadas

• São instruções especiais as quais só poderão ser
  executadas quando o processador estiver em estado
  de Supervisor.
• Normalmente somente o sistema operacional deve
  executar instruções privilegiadas, não colocando
  em risco a integridade do sistema.
• Como exemplo de instruções privilegiadas temos
• Iniciar E/S (SIO)
• Alterar a PSW (LPSW)
• Iniciar a abertura de arquivo (OPEN)
• O programa quando necessita funções especiais
  solicita ao sistema operacional através de
  pedidos.

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Terceira geração
Processamento em dois estados Instruções
Privilegiadas
Quando o controle é passado para um programa o
estado da maquina é alterado.
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Terceira geração
Relocabilidade
A
B
A
C
Move A to B
400
0
100
200
A
B
C
Relocáveis
400
0
200
300
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Terceira geração
Interrupção

• Conceito
• É um sinal assíncrono enviado a UCP
• Interrompe o fluxo de execução de instruções
• Faz com que o estado de máquina seja salvo
• O controle do sistema seja passado para o
  sistema operacional
• Cada interrupção exigi uma atividade específica
  do sistema operacional que consiste em tratar o
  evento, identificar e alterar estados dos
  processos em execução, de recursos, ou ainda,
  acionando rotinas de recuperação de erros.
• Após tratar a interrupção e atender ao serviço
  para qual foi solicitado, o sistema operacional
  deverá passar o controle para o processo que
  estiver pronto para executar

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Terceira geração
Interrupção

1. Faz o tratamento da Interrupção
2. Atende o serviço solicitado
3. Passa o controle para o processo pronto e de
   maior prioridade

Sistema Operacional
A
Interrupção
Ler
B

1. A execução de instruções na CPU é interrompida
2. O estado da CPU é salvo
3. O controle da CPU vai para o SO

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Terceira geração
Tipos de interrupção
Chamada do supervisor Quando o programa através
de uma instrução solicita um serviço especial do
sistema operacional. Fim I/O Quando termina uma
operação de I/O e o canal avisa o sistema
operacional, ou um comando inválido de
E/S. Relógio Quando um intervalo de tempo
regular expirado. Erro de Software Um erro de
programa. Exemplo divisão por zero, instrução
inválida, violação de proteção de memória. Erro
de Hardware Um erro em componentes do hardware.
Exemplo erro de memória.
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Tendências e perspectivas dos Sistemas
Operacionais
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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• Eficiência
• O sistema operacional é sobretudo um prestador de
  serviços, e deve minimizar o tempo gasto na
  execução dos serviços a ele solicitados
  (overhead).
• Deve buscar a máxima eficiência no gerenciamento
  dos recursos
• No uso dos recursos, deverá resolver eventuais
  conflitos existentes entre as aplicações.
• Deve balancear o uso dos recursos entre
  aplicações em execução.

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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• 2) Robustez
• Deve ser confiável e previsível em suas
  operações
• Tolerante à falhas do hardware, das aplicações e
  as suas próprias falhas.
• Em caso de falha, qualquer que seja a natureza
  desta falha, deverá isolá-la, registrá-la, e
  propiciar o menor impacto possível no sistema.

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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• 3) Escalabilidade
• Deverá ser capaz de utilizar recursos de acordo
  com a demanda.
• Quando a demanda por recursos aumentar, deverá
  tomar as providências necessárias para o pronto
  atendimento, e caso haja redução da demanda,
  deverá liberar os recursos não mais necessários.
• Deverá ter a capacidade de se adaptar aos
  incrementos de tamanho dos dispositivos de
  hardware, incluindo processadores, memória,
  dispositivos de e/s, dispositivos de comunicação,
  garantindo desta forma a escalabilidade.

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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• 4) Extensibilidade
• Deve adaptar-se as novas tecnologias emergentes,
  fornecendo as capacidades necessárias que forem
  surgindo e que não foram projetadas
  originalmente.
• Deve permitir a execução sem impacto das
  aplicações existentes, protegendo os
  investimentos e esforços anteriormente
  realizados.

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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• 5) Portabilidade
• Deve ser projetado para funcionar nas diversas
  configurações de hardware utilizada no mercado.
• Deve permitir portabilidade das aplicações entre
  as configurações existentes.
• Isto permitirá adequar os custos de projeto e de
  manutenção às diversas aplicações existentes.
• Esta premissa aplica-se aos ambientes de
  desenvolvimento normalmente feito em
  configurações menores é de baixo custo.
• .

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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• 6) Segurança
• Deve conter os mecanismos de proteção e
  segurança de acesso as informações, aos serviços
  ou aos dispositivos do hardware,
• Deve disponibilizar recursos para implementação
  das políticas de segurança das organizações.

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• Tendências e perspectivas do Sistema operacional
• 7) Usabilidade
• Deve permitir usabilidade aos usuários na
  execução de suas tarefas.
• Deve prover simplicidade nas interfaces,
  facilitando a sua utilização.

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Terceira geração
Exercícios de Multiprogramação
SO
SO
SO
CPU
A
A
Tempo
e/s de A
e/s de A
PES