INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS OPERACIONAIS SEMANA 03

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1 INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS OPERACIONAIS SEMANA 03 fevereiro/2011 Surgimento, desenvolvimento e evolução dos sistemas operacionais até os sistemas modernos. 1 - Introdução A evolução dos sistemas operacionais segue numa via paralela a da evolução dos computadores, em suas diversas gerações desde o início do anos Não que o computador tenha iniciado nessa época, pois sabemos que é muito anterior, mas o que chamamos de computador moderno tem início com a arquitetura de Von Neumann. A visão histórica do surgimento e evolução do sistema operacional precisa então partir dos conhecimentos das gerações de computadores, desde a primeira geração até os dias de hoje. O surgimento e evolução do sistema operacional teve por propósito aproveitar melhor os recursos da máquina, e para cada geração de hardware foi desenvolvida uma geração de sistema operacional. Essa evolução continua em curso. 2 - Gerações de computadores A Primeira Geração ( ) Os computadores usavam válvulas, painéis e relés. Comparadas com as tecnologias atuais, as válvulas eram muito grandes, custavam caro, eram muito pesadas, muito lentas, consumiam muita energia, esquentavam muito e queimavam muito facilmente. A programação era manual, feita ligando circuitos em painéis. Não havia sistema operacional nem o conceito de linguagem de programação. No início dos anos 1950 passaram a usar cartão perfurado para codificar instruções para o computador, que dispensou o uso de ligar circuitos em painéis. Isso agilizou a tarefa de programar a máquina, pois as instruções nos cartões perfurados eram submetidas como jobs para o computador A Segunda Geração ( ) A segunda geração é marcada pelo uso do transistor ao invés da válvula, e foi uma grande evolução: os transistores aumentaram em muito a velocidade de processamento, não queimavam frequentemente e possibilitaram reduzir as dimensões e consumo de energia do computador. Introdução aos Sistemas Operacionais - 1/6

2 Nessa geração, os computadores se tornaram confiáveis a ponto de serem comercializados e adotados por algumas empresas. Com isso, o computador não ficou mais restrito às universidades e institutos de pesquisa. Ainda assim, apenas grandes empresas e órgãos governamentais podiam pagar por um computador, pois o preço era excessivamente alto. Surgiu a programação, em linguagem assembly (montagem) ou Fortran (1956, compilação), porém a forma de submeter o job continuava em cartão perfurado e ainda havia uma equipe de técnicos para operar e fazer manutenção no computador. A melhoria veio na técnica de programação com o uso da linguagem de programação, que facilitava na criação dos cartões perfurados. O computador lia uma pilha de cartões perfurados com as instruções e dados do programador, e então processava a informação. Nessa época, na maior parte do tempo o processador ficava ocioso, pois muito tempo era gasto pelos operadores preparando os recursos necessários para a execução de cada job. Para melhorar o uso do processador nessa geração criaram o sistema batch 1, que possibilitou criar uma fila de jobs a ser executada sequencialmente, onde ao final de processamento de um job o próximo já estava quase pronto para iniciar o processamento. Mas convém lembrar que a máquina continuava processando apenas um programa de cada vez, e o que reduziu substancialmente foi o tempo perdido entre a leitura de entrada do programa e posterior processamento, pois o sistema batch inicialmente lia as instruções dos programas, criava uma fila de jobs e posteriormente executava sequencialmente um a um. Em 1963 foi lançado o IBM-7094, a um custo de US$ 3,134, [três milhões de dólares]. Fig 1 - O mainframe IBM A Terceira Geração ( ) A terceira geração é marcada pelo início do uso de circuitos integrados (CI) e multiprogramação. O CI tem performance melhor e menor custo que o transistor da segunda geração, pois inclui numa única pastilha (chip) muitos transistores. Ao invés de produzir transistores separados e depois ligá-los numa placa (circuito), o chip trás isso pronto em dimensões bem reduzidas. Além disso, na segunda geração, o grande número de transistores usados produzia calor a ponto de danificar partes internas do computador. Já um CI contendo alguns transistores dissipa bem menos calor que uma placa de circuito de transistores, para fazer a função desse CI. 1 Batch: processamento em lote de jobs. Introdução aos Sistemas Operacionais - 2/6

3 A multiprogamação foi desenvolvida para ler um programa enquanto processava outro. Desse modo, ao contrário da segunda geração, agora simultaneamente processava um programa enquanto lia outro para processar posteriormente. Continuava um sistema batch, porém com melhor aproveitamento do processador, que não ficava ocioso. A multiprogamação exigiu separação de jobs na memória, pois agora poderia haver mais de um. Não confundir multiprogramação com multitarefa, que é um conceito possível somente no início dos anos Fig 2 - IBM mainframe System/360 Como exemplo, a figura ao lado mostra o IBM System/360 [mainframe]. Nessa geração, os cartões perfurados e perfuradoras de cartão foram substituídos por teclados e monitores. Além disso, os computadores ficaram menores e mais baratos e surgiram os primeiros minicomputadores, fatores que contribuiram para iniciar a popularização do computador A Quarta Geração (1971 em diante) As técnicas de CI levaram à construção do microprocessador em A partir de então, o processamento ficou reunido num único chip. O primeiro microprocessador foi o Intel 4004, de 4 bits. Nesta geração surgiu o processamento paralelo, onde o computador é equipado com mais de uma CPU. Surgiram diversas arquiteturas de computador, como CISC, RISC, EPIC e ARM. Em 1981 a IBM criou o IBM-PC, máquina muito difundida e usada atualmente. Fig 3 - Intel 4004, de 4 bits A Quinta Geração (iniciando agora?) A característica da quinta geração é o surgimento de máquinas que trabalhem eficientemente fazendo uso de inteligência artificial e reconhecimento de voz. Espara-se que a computação quântica e a nanotecnologia mudem radicalmente a arquitetura dos computadores nas próximas décadas. É de se prever que o computador se torne mais miniaturizado ainda, e que de fato acompanhe o usuário aonde quer que ele vá, mantendo o acesso à rede. Introdução aos Sistemas Operacionais - 3/6

4 3 - Gerações de sistemas operacionais Nesta visão histórica dos sistemas operacionais, é feita uma associação direta com as gerações de computadores. Muitos autores preferem descrever a história dos sistemas operacionais década a década. Na primeira geração de computadores a programação era realizada em código absoluto, através da fiação para controlar as funções básicas da máquina. Nessa época não havia o conceito de software, linguagem de programação nem sistema operacional Primeira geração A primeira geração de sistemas operacionais surge na segunda geração de computadores. O principal uso dessas máquinas era realizar cálculos científicos e de engenharia. A programação era feita em linguagem assembly (montagem), Fortran 2 ou Cobol 3. Os sistemas operacionais comuns à época eram o FMS (Fortran Monitor System) e o IBSYS, e foram desenvolvidos pela IBM para rodar no IBM Segunda geração A segunda geração de sistemas operacionais surge na terceira geração de computadores. Nesta geração, os sistemas operacionais suportam multiprogramação, spool e timesharing. A multiprogramação envolve dividir a memória em diversas partes, para alocar um job em cada uma. Apenas um job processa até o final, enquanto os demais aguardam a sua vez de processamento. Isso melhorou o desempenho do sistema pois podia processar um job após o outro sem necessitar parar para realizar operações de entrada/saída [I/O]. O spool [Simultaneous Peripheral Operation On Line] davam a capacidade de ler jobs de cartão direto para o disco. Desse modo, assim que o job ativo [processando] terminasse, o sistema operacional carregava um novo job na partição livre de memória, proveniente do disco. Timesharing [tempo compartilhado] surgiu ao final da terceira geração de computadores, e permitia que usuários interativos acessassem o sistema simultaneamente, através de um terminal. Nesta geração surgiu o TOS, Tape Operating System, ou Sistema Operacional de Fita. Como exemplo, em 1964 veio o TOS/360, que era o sistema operacional da IBM para o 2 A linguagem Fortran foi a primeira a ser criada, é voltada para a solução de problemas matemáticos e científicos, e está em uso até hoje. 3 COBOL, Common Business Oriented Language [linguagem orientada aos negócios], foi criada em 1959 e está em uso até hoje. Introdução aos Sistemas Operacionais - 4/6

5 System/360. Esse sistema operacional era armazenado em fita e não mais em cartão. O DOS/360, Disk Operating System [Sistema Operacional de Disco], veio em O Unix começou a ser desenvolvido a partir do final do projeto MULTICS 4, em 1969, mas só passou a ser usado no início dos anos Terceira geração A terceira geração de sistemas operacionais surge na quarta geração de computadores. A grande disponibilidade de poder computacional dessa geração levou ao crescimento da indústria de software, que ganhou independência dos fabricantes de computadores. Isso levou ao surgimento de novos sistemas operacionais, muitos dos quais ainda em uso atualmente. Em meados dos anos 1980 surgiram os sistemas operacionais para redes e sistemas operacionais distribuídos. Essa última categoria permite que aplicações rodem em diversos processadores ao mesmo tempo, usando a rede. A computação distribuída é computação paralela e descentralizada, realizada por dois ou mais computadores conectados através de uma rede com o objetivo de concluir uma tarefa comum. Normalmente, um sistema distribuído é coleção de computadores independentes que se apresentam ao usuário como um sistema único e consistente. Em outras palavras, nesse caso o usuário tem a impressão que tudo se passa no computador dele. A partir do final dos anos 1980 e início dos anos 1990 surgiram computadores com monitores gráficos, que levaram ao desenvolvimento de sistemas operacionais com interfaces gráficas. Isso popularizou o computador, pois possibilitou que qualquer usuário leigo operasse a máquina, sem necessidade de aprender comandos específicos de sistema. Inicialmente, antes da chegada da internet comercial [no início dos anos 1990], a ênfase estava nos sistemas operacionais para estações de trabalho e computadores pessoais. Posteriormente, a rede se tornou onipresente e surgiram os sistemas operacionais servidores, aplicações servidoras, sistemas clientes e aplicações clientes. Mais interessante, nos últimos anos têm surgido equipamentos portáteis que permitem o acesso à internet. Como exemplo temos smartphone e PDA [Personal Digital Assistant, Palm], e o vigoroso crescimento desse segmento mostra que a era do desktop com função de acesso à internet está com os dias contados. Por sistema operacional moderno entendemos aqueles que atendem à demanda de recursos exigida pelos usuários. Por exemplo, se determinado sistema operacional de smartphone não suporta ou tem problemas com touchscreen, então ele precisa ser atualizado ou está a caminho da obsolecência. Exemplos de sistemas operacionais modernos: 4 MULTICS [Multiplexed Information and Computing Service] era um sistema operacional mainframe timesharing que iniciou em 1965 e terminou em Introdução aos Sistemas Operacionais - 5/6

6 1 - Linux Open source. Usado em todas as arquiteturas de computador 2 - Windows Microsoft. Usado basicamente em Intel x Mac OS X Apple. Usado em x86. Recentemente era usado em RISC Power 4 - Solaris Sun Microsystems. Usado em arquitetura RISC Sparc e x AIX IBM. Usado em arquitetura RISC Power 6 - HP-UX HP. Usado em arquitetura RISC PA-RISC e EPIC Itanium 7 - FreeBSD Open source. Usado em quase todas as arquiteturas de computador 8 - OS/400 IBM. Usado no AS/400, arquitetura RISC Power 9 - FreeDOS Open source. Usado em x Symbian Open source, mantido pela Nokia. Usado em smartphones 11 - Android Open source, mantido pela Google. Usado em smartphones 12 - ios Apple. Baseado no Mac OS X (FreeBSD). Usado em smartphones 13 - Windows mobile Microsoft. Usado em smartphones É interessante notar que o recente mercado de smartphones tem o seguinte percentual de uso em 2010: Symbian: 37,6% Android: 22,7% iphone: 15,7% Isso indica uma predominância dos sistemas operacionais de código fonte aberto. De fato, tudo leva a crer que no mercado atual de sistemas operacionais não exista mais espaço para o surgimento de novos sistemas operacionais proprietários. 4 - Panorama para os sistemas operacionais no futuro A associação de reconhecimento de voz com inteligência artificial poderia permitir a comunicação direta (natural) entre seres humanos e máquinas. Comando de voz já existe, porém é muito limitado e defeituoso ainda. O que se espera do futuro é efetivamente interagir com o computador, como se estivesse falando com uma pessoa. Além de se tornarem cada vez mais tranparentes para o usuários, os sistemas operacionais precisarão adaptar-se rapidamente à demanda de novas funcionalidades. E a época em que o usuário precisava conhecer o sistema operacional para usar eficientemente o computador, também vai passar a fazer parte da história. Outro aspecto a ser levado em consideração, é a extinção em massa de sistemas nascidos na terceira geração de sistemas operacionais: CP/M, PC-DOS, MS-DOS, NW-DOS, DR-DOS, OS/2, e Digital Unix, só para citar alguns que não tem mais suporte por parte dos fabricantes. O ponto em comum entre eles é que são proprietários, o que mostra que essa categoria de sistema tem vida curta. Em contraste, os de código fonte aberto parecem ser mais adaptáveis e por isso mais resistentes às rápidas mudanças originadas na demanda de novos recursos por parte dos usuários. Introdução aos Sistemas Operacionais - 6/6