Sistemas Operacionais e Introdução à Programação. Módulo 1 Sistemas Operacionais

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1 Sistemas Operacionais e Introdução à Programação Módulo 1 Sistemas Operacionais 1

2 Sistema computacional Sistemas feitos para resolver problemas Problema: como obter determinado resultado, com base em dados fornecidos Sistema computacional composto por hardware e software Hardware: parte rígida ; circuitos e componentes físicos Ex: Processador, memória, mouse, teclado, monitor,... Software: dados e instruções sobre como resolver o problema Determinam o que o hardware deve fazer Ex: Sistema operacional, programas,... 2

3 Sistema computacional Usuário Hardware Software 3

4 Computadores atuais Unidade Central de Processamento Dispositivos de Entrada Registradores ULA Dispositivos de Saída Unidade de Controle Barramentos Dispositivos de Armazename nto 4

5 Visão geral de um computador Computador comum: máquina que executa programas Programas são receitas com instruções Início do programa: Leia linha do teclado; Compare texto lido com usuários cadastrados; Se encontrou um usuário então mostre seus dados na tela, senão mostre mensagem de Usuário desconhecido ; Fim do programa. 5

6 Visão geral de um computador Modelo de Computador Baseado no modelo definido por Alfred von Neumann em 1945 Conceito de programa armazenado em memória 6

7 Visão geral de um computador Elementos básicos de um computador atual: 7

8 Visão geral de um computador Elementos básicos de um computador: Processador: controla a operação do computador e processa os dados (executa as instruções) Memória principal: armazena dados e programas; tipicamente volátil E/S: transfere dados entre o computador e seu ambiente externo (ex: discos, monitor, teclado, mouse,...) Interconexão do sistema: estruturas e mecanismos para comunicação entre os componentes acima... ou barramentos do sistema 8

9 Visão geral de um computador Estrutura típica de um PC: 9

10 Visão geral de um computador Estrutura típica de um PC: placa-mãe 10

11 Visão geral de um computador Memória principal: Armazenamento de dados Fundamental para o processamento Volátil: perde dados ao ser desenergizada RAM Não-volátil: não perde os dados Flash, ROM, EPROM 11

12 Visão geral de um computador Memória principal: Como uma tabela onde estão guardadas palavras de tamanho fixo (em bits) Cada palavra possui seu endereço: linha da tabela onde está a palavra FF E Palavra : endereço 3 A6F0DE71 Palavra FF : endereço B A2355 Palavras são números (aqui em hexadecimal) 12

13 Visão geral de um computador Hierarquia de memória: Velocidade x Custo X Capacidade Mais veloz: Mais cara Menor capacidade Maior capacidade: Menor velocidade Mais barata 13

14 Visão geral de um computador Processador: cérebro do computador Executa instruções que estão armazenadas em memória principal Cada instrução é buscada ( fetch ) da memória sequencialmente Um registrador especial contém endereço da próxima instrução a ser buscada 14

15 Visão geral de um computador Processador: Circuito densamente integrado Velho Intel

16 Visão geral de um computador E/S: Dispositivos para entrada e saída de dados Discos, teclado, mouse, monitor, placa de rede, scanner,... 16

17 Visão geral de um computador E/S: Primeiro mouse 17

18 Visão geral de um computador E/S: Primeiro disco rígido (HD): 18

19 Visão geral de um computador Diversas técnicas de E/S: E/S programada: Comanda-se todas as ações de E/S de um dispositivo E/S orientada a interrupção Inicia-se uma operação de E/S no dispositivo, que avisa quando a concluir Acesso direto à memória (DMA) Inicia-se uma operação de E/S no dispositivo, que movimenta por conta própria os dados entre RAM e E/S 19

20 Visão geral de um computador Resumo do sistema computacional: 20

21 Sistema Operacional Conceituação básica: Um programa que controla a execução de programas aplicativos Uma interface entre o usuário e a máquina Esconde os detalhes do hardware Exemplos de sistemas operacionais atuais: Linux (PCs e diversos outros computadores) IBM AIX (computadores IBM) Sun Solaris (PCs e computadores Sun) Microsoft Windows (PCs) MacOS (Apple Macintosh) 21

22 Sistema Operacional Camadas de um sistema computacional 22

23 Sistema Operacional Objetivos de um sistema operacional Conveniência: tornar um computador mais fácil de usar Eficiência: aproveitar de forma eficiente os recursos do hardware Capacidade de evoluir: poder incorporar novas funcionalidades 23

24 Sistema Operacional Serviços providos por um SO: Criação e execução de programas Acesso a dispositivos de E/S Acesso controlado a arquivos Comunicação em rede Acesso ao próprio sistema Detecção e tratamento de erros (hardware e software) Contabilização para monitoramento de desempenho e de uso de recursos 24

25 Sistema Operacional SO é também um programa (software): Dirige o processador no uso dos recursos da máquina Dirige o processador para a execução de programas 25

26 Sistema Operacional Abstrações típicas de SO: Processos: programa em execução Arquivos e diretórios: repositórios de dados identificados por nomes Memória virtual: memória secundária (disco) usada como se fosse memória principal E/S: dispositivos vistos como se fossem arquivos especiais Rede: conexões de rede e facilidades para envios de mensagens 26

27 Sistema Operacional Estrutura de um sistema operacional Unix tradicional: 27

28 Sistema Operacional Estrutura de um sistema operacional Linux 28

29 Sistema Operacional Estrutura de um sistema operacional Windows: 29

30 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais 1a geração: a geração: CIs e multiprogramação (timesharing) 4a geração: Transistores e sistemas em lote (jobs) 3a geração: Válvulas e painéis de programação Computadores pessoais 5a geração: 1995 presente Computadores em rede e Internet 30

31 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Antigos sistemas em lote Insere cartões perfurados na leitora de fita Lê cartões para a fita Coloca fita na CPU para processamento Coloca fita na leitora de fita que imprime a saída 31

32 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Multiprogramação 3a geração Sistema com 3 jobs na memória Uso de interupções Surgimento de discos magnéticos 32

33 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Uniprogramação: apenas um processo executa por vez (e até o fim) Uso ineficiente dos recursos da máquina Processo em espera por E/S prende o processador 33

34 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Multiprogramação: vários processos executam por vez Uso eficiente dos recursos da máquina Processo em espera por E/S libera o processador para outro processo 34

35 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Características de SO para multiprogramação Deve saber escolher algum dos processos ativos para usar o processador Deve cuidar para que um processo não interfira no funcionamento de outros processos Deve alocar a memória da melhor forma entre os processos Deve coordenar o acesso dos processos aos dispositivos de E/S 35

36 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Computadores pessoais 4a geração Dispositivos de E/S: mouse, impressora, teclado, monitor Baseado em microprocessador Microprocessador Intel 8080 (CP/M): 1974 IBM PC-DOS (MS-DOS): 1980 Pode rodar diferentes tipos de SO: Windows, Linux, MSDOS 36

37 Sistema Operacional História dos sistemas operacionais Computadores em rede 5a geração Comunicação em rede incorporada ao computador e ao sistema operacional SO com funcionalidades de sistemas distribuídos Acesso a dispositivos remotos: discos de rede (compartilhamentos), impressoras Execução de processos remota: Terminal Service, X11 Aplicações cliente-servidor: web, FTP, ,... Aplicações P2P: BitTorrent, emule,... SOs: Linux, Windows, MacOS, Sun Solaris,... 37