Sistemas Operacionais I

FATEC - Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais I

Dionisio Gava Junior

Reynaldo G. de Oliveira – Reynaldg@brfree.com.br

Gerações dos computadores: Evolução e Eficiência

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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

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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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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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Características

• 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

Programação

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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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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.

Primeira geração

Características

E =

t CPU

t Total

TS = S1+S2+...Sn Numero de serviços executados por unidade _{de tempo}

Relação entre o tempo de processador e tempo total de processamento

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E =

t CPU

t Total

Eficiência do sistema

Relação do tempo de processador

e tempo total do processamento

Tempo de Execução do serviço

E/S E/S E/S E/S E/S E/S

CPU CPU CPU CPU CPU CPU

E = 0,07

Primeira geração

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Eficiência do sistema

TS = S1+S2+...Sn

Numero de serviços executados

_{por unidade de tempo}

A produtividade na primeira Geração era de 3 serviços / hora, ou

seja, cada serviço demorava cerca de 20 minutos.

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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.

E =

t CPU

t Total

TS = s1+s2+...sn

7%

3 serviços

por hora

Como melhorar a eficiencia?

• Baixa velocidade da E/S

• Intervenções manuais

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Segunda geração

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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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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

Segunda geração

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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:

1. A utilização dos periféricos da primeira geração ( mesmo E/S ) 2. Utilizando-se periféricos mais rápidos ( E/S bem mais rápida )

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E =

t CPU

t Total

Eficiência do sistema

TS = s1+s2+...sn

7%

3

serviços

por hora

45%

25

serviços

por hora

• Baixa produtividade

• Desequilíbrio entre CPU e E/S

Como melhorar a

eficiência?

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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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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

Memória

Terceira geração

Sistema Operacional

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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

Terceira geração

A

B

C

D

E

CPU

I/O I/O

Esperando pela CPU

Memória

Sistema Operacional

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Conceitos da Terceira Geração

• Processadores de E/S (Canais)

• Processamento em dois estados.

• Instruções Privilegiadas

• Relocabilidade

• Interrupção

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Canais - Processadores de E/S

tempo

• 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.

Terceira geração

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Canais - Processadores de E/S

tempo cpu A e/s de A cpu B e/s de B cpu C e/s de C cpu D Paralelismo de operações cpu A e/s de A cpu B e/s de B cpu C e/s de C cpu D Paralelismo de operações

Terceira geração

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

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Processamento em dois estados

XX

Mascara do sistema:

• Supervisor – É possivel a execução de instruções privilegiadas

• Programa – Não é permitido a execução de instruções privilegiadas

PSW

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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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Processamento em dois estados

Instruções Privilegiadas

. . .

. . .

Terceira geração

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Relocabilidade

A

B

C

A

B

C

A

Relocáveis

Terceira geração

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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

Terceira geração

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Interrupção

A

Ler

Sistema

Operacional

B

Interrupção

2. O estado da CPU é salvo 3. O controle da CPU vai para o

SO

4. Faz o tratamento da Interrupção

5. Atende o serviço solicitado

6. Passa o controle para o processo pronto e de maior prioridade

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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.

Terceira geração

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Tendências e perspectivas

dos Sistemas Operacionais

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Tendências e perspectivas do Sistema operacional

1) 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

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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,

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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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Exercícios de Multiprogramação

A

e/s de A

A

e/s de A

Terceira geração