Adriano Mauro Cansian 2

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1 Sistemas Operacionais e outros softwares André Proto Adriano Mauro Cansian UNESP - São José do Rio Preto (Linguagem Computacional)

2 Neste tópico veremos: Características lógicas dos sistemas computacionais, i e sua relação com os softwares Softwares básicos Sistema operacional Compiladores e interpretadores Softwares aplicativos Gerais Específicos Adriano Mauro Cansian 2

3 Introdução Sistema Computacional = hardware + software Hardware Parte física da máquina. Conjunto de circuitos eletrônicos. Software Conjunto de instruções alteráveis l á i Programadores as criam e alteram. (Algumas vezes nem tão alteráveis assim) São conjuntos de procedimentos básicos que fazem que o computador seja útil executando alguma função. São ordens pré-estabelecidas, chamadas programas. Adriano Mauro Cansian 3

4 Tipos de softwares Tipos de softwares Software básico Sistema operacional Compiladores e interpretadores Software aplicativo Programas específicos escritos para executar operações (ou resolver problemas) de interesse do usuário. Exemplos: planilhas, editores de texto, programas de , navegadores, jogos, etc Adriano Mauro Cansian 4

5 Básicos Aplicativos Sistema Operacional Utilitários Gerais Específicos Editor de textos Planilhas eletrônicas ltôi Bancos de dados Adriano Mauro Cansian 5

6 Software básico, divide-se em Sistema Operacional (S.O.) Responsável pela interface it (interação) (it ã) entre hardware e o usuário, o hardware e outros softwares aplicativos, entre outras funções. Exemplos: Windows 98, Windows XP, UNIX, Linux, FreeBSD, DOS, Mac OS X,, dentre outros. Compiladores e interpretadores Softwares especiais que traduzem ou interpretam os programas escritos em diferentes linguagens de programação (serão discutidos mais adiante). Exemplos: Compilador Pascal, Compilador C, etc Adriano Mauro Cansian 6

7 Sistema Operacional Veremos com um pouco mais de detalhes para que serve o sistema operacional

8 Definição de S.O. (1) O Sistema Operacional é responsável por alocar recursos de hardware e escalonar tarefas. Ele também deve prover uma interface para o usuário -ele fornece ao usuário uma maneira de acesso aos recursos do computador. [Sobell]. Adriano Mauro Cansian 8

9 Definição de S.O. (2) Um Sistema Operacional pode ser definido como um gerenciador dos recursos que compõem o computador (processador, memória, I/O, arquivos, etc). Os problemas centrais que o Sistema Operacional deve resolver são o compartilhamento t ordenado, d a proteção dos recursos a serem usados pelas aplicações do usuário e o interfaceamento entre este e a máquina. [Stemmer]. Adriano Mauro Cansian 9

10 Sistema Operacional e o hardware O Sistema Operacional deve ser adaptado às características do hardware. As linguagens de programação e os aplicativos do usuário final devem ser adaptados ao Sistema Operacional. Ou seja, traduzindo: Um Sistema Operacional em geral só funciona no hardware para o qual ele foi criado. Softwares feitos para um sistema operacional, em geral não funcionam em outro sistema operacional. Adriano Mauro Cansian 10

11 S.O. não apenas em computadores Sistema operacional não se restringe aos computadores. Todos os hardwares que realizam processamento possuem algum tipo de sistema operacional. Exemplos: Computadores de bordo de carros e aviões, sistemas de defesa, calculadoras, máquinas robotizadas, brinquedos computadorizados, videogames, aparelhos de DVD, etc Adriano Mauro Cansian 11

12 USUÁRIOS SISTEMA OPERACIONAL HARDWARE Adriano Mauro Cansian 12

13 Sistema Operacional (1) Conhecer o Sistema Operacional pode ajudar a resolver alguns problemas que, a princípio, nos parecem complicados. O SO S.O. possui utilitários especiais para a formatação de discos, listagens em vídeo e impressora, criação/cópia/exclusão e alterações de arquivos, dentre muitos outros. Adriano Mauro Cansian 13

14 Sistema Operacional (2) Tecnicamente: O Sistema Operacional (S.O.)é um conjunto de rotinas. Uma lista de instruções passadas para o processador, com a finalidade permitir a comunicação do usuário com o hardware. Adriano Mauro Cansian 14

15 Sistema Operacional (3) Principais atributos do Sistema Operacional: Abstração de Hardware Máquina Virtual Apresenta ao usuário uma máquina virtual, mais simples do que o hardware real. O usuário tem a percepção que interage com uma máquina só para ele. O S.O. protege o hardware da ação direta do usuário. Faz com que interação com o computador seja simples e possível. Adriano Mauro Cansian 15

16 Sistema Operacional (4) O sistema operacional é a porção de software que roda em modo kernel ou modo supervisor. O computador pode controlar a maneira como os softwares são executados. O modo kernel ou modo supervisor é uma maneira privilegiada de execução, que permite que o software controle todo o hardware, e também m controle toda a interação de outros softwares com este hardware. No modo kernel um software pode executar operações que outros não podem. Adriano Mauro Cansian 16

17 Sistema Operacional (5) O sistema operacional é a porção de software que roda em modo d kernel ou modo d supervisor A definição do modo de operação é feita no momento da carga do software (durante o boot,, no caso do S.O.) Estabelece critérios de uso dos recursos e ordem de acesso aos mesmos, impedindo violação de regras de acesso à memória de processos concorrentes e tentativas de acesso simultâneo a um mesmo recurso Desta forma realiza a gerência e proteção dos dispositivos. Adriano Mauro Cansian 17

18 Estrutura do S.O. O S.O. é formado por: Um conjunto de rotinas (procedimentos) que oferecem serviços aos usuários do sistema e suas aplicações, Outras rotinas do próprio sistema. Esse conjunto de rotinas é chamado núcleo do sistema ou kernel. Adriano Mauro Cansian 18

19 System Calls Systems Calls são mecanismos de proteção do núcleo do sistema e de acesso aos seus serviços. O usuário (ou aplicação), quando deseja solicitar algum serviço do sistema: Realiza uma chamada a uma de suas rotinas (ou serviços) através de system calls (chamadas ao sistema), para executar uma função específica do hardware. Adriano Mauro Cansian 19

20 Modos de acesso Existem certas instruções que não podem ser colocadas diretamente à disposição das aplicações. Pois a sua utilização indevida ocasionaria sérios problemas à integridade do sistema. As instruções que têm o poder de comprometer o sistema são conhecidas como instruções privilegiadas (ou modo kernel ) ). As instruções não-privilegiadas são as que não oferecem perigo ao sistema. Adriano Mauro Cansian 20

21 Tipos de Sistemas Operacionais Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Monoprogramáveis / Monotarefa Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa Sistemas com Múltiplos Processadores Adriano Mauro Cansian 21

22 Sistemas Monoprogramáveis ou Monotarefa Execução de um único programa (job job) ) por vez. Para ser executado, qualquer outro programa, deve aguardar o término do programa anterior. Tipicamente relacionado ao surgimento dos mainframes (computadores de grande porte). Encontra-se obsoleto. É mencionado aqui somente por razões históricas. Adriano Mauro Cansian 22

23 Sistemas Multiprogramáveis ou Multitarefa Muito mais complexos e mais eficientes. Vários programas compartilham e dividem os mesmos recursos, ao mesmo tempo. Aumento da produtividade dos usuários e a redução de custos. Aumenta (e permite) a interação entre os softwares. Permite compartilhar dados. d Normalmente são multiusuários. São os sistemas operacionais atuais: Linux, Microsoft Windows XP, Mac OS X, FreeBSD, Solaris,, e outros. Adriano Mauro Cansian 23

24 Sistemas com Múltiplos Processadores (1) Dois ou mais CPUs interligadas, trabalhando em conjunto. Permitem a interligação de CPUs de computadores isolados,, para a solução de problemas complexos. Fortemente Acoplado Dois ou mais processadores compartilhando uma única memória e controlados por apenas um único SO. Fracamente Acoplado Dois ou mais sistemas de computação interligados, sendo que cada sistema possui o seu próprio SO. Adriano Mauro Cansian 24

25 Sistemas com Múltiplos Processadores (2) Estão dando origem ao conceito de Grid de computadores. Interligação em rede permite que um grande número de computadores atue como um único super computador, para solução de problemas de alta complexidade. The Network is the Computer Adriano Mauro Cansian 25

26 S.O. Multitarefa Estrutura básica Adriano Mauro Cansian 26

27 S.O. Multitarefas - Estrutura Um SO de um computador que é usado por muitas pessoas ao mesmo tempo, é um sistema complexo. Para tornar os SOs mais fáceis de serem escritos, foram criados módulos, sendo cada um responsável por uma função. Adriano Mauro Cansian 27

28 S.O. Multitarefas - Estrutura Os principais módulos de um SO Multitarefa/Multiusuário são: Núcleo (Kernel em inglês) Gerenciador de processos (escalonador) Gerenciador de memória Sistema de arquivos Adriano Mauro Cansian 28

29 Núcleo (Kernel) Como visto anteriormente, contém chamadas de sistema para serem utilizadas por aplicativos,,g gerencia o acesso ao hardware, entre outros. Componente principal do SO. Contém todos os outros módulos. Adriano Mauro Cansian 29

30 Núcleo (Kernel) Executa funções como: chaveamento entre programas controle e programação de dispositivo de hardware gerenciamento de memória gerenciamento de processos escalonamento de tarefas comunicação entre processos processamento de exceções e de interrupção Adriano Mauro Cansian 30

31 Gerenciador de processos Um processo ou tarefa é uma porção de um programa em alguma fase de execução. Uma thread é uma parte separada de um processo. Um processo pode consistir de várias threads cada uma das quais sendo executada separadamente. Adriano Mauro Cansian 31

32 Gerenciador de processos Adriano Mauro Cansian 32

33 Gerenciador de processos O gerenciador de processos, também conhecido como escalonador, deve gerenciar quais processos serão executados pelo processador e em que momento. Ou seja, ele tem a função de intercalar entre uma tarefa e outra (denomina-se troca de contexto). Adriano Mauro Cansian 33

34 Gerenciador de processos Dois modos principais de se fazer escalonamento: Escalonamento por Cooperação idi indica que uma tarefa que está sendo executada atualmente deixará voluntariamente em algum momento o processador e permitirá que outros processos sejam executados. Escalonamento Preemptivo significa que uma tarefa corrente será interrompida (forçou a se render) e o processador se dedica a outro processo em estado de espera. Adriano Mauro Cansian 34

35 Gerenciador de memória O sistema operacional tem acesso completo à memória do sistema e deve permitir que os processos dos usuários tenham acesso seguro à memória quando o requisitam. O SO é responsável também por gerenciar o modo como os dados são armazenados na memória principal. Adriano Mauro Cansian 35

36 Gerenciador de memória Alguns SOs utilizam o conceito de memória virtual que nada mais é que a simulação de uma memória principal p em um disco físico (HD). Adriano Mauro Cansian 36

37 Gerenciador de memória Vários sistemas operacionais usam memória virtual,, que possui 3 funções básicas: assegurar que cada processo tenha seu próprio espaço de endereçamento para evitar ou resolver o problema de realocação; prover proteção da memória para impedir que um processo utilize um endereço de memória que não lhe pertença; possibilitar que uma aplicação utilize mais memória do que a fisicamente existente. Adriano Mauro Cansian 37

38 Sistema de arquivos Um sistema de arquivos é um conjunto de estruturas lógicas e de rotinas, que permitem ao sistema operacional controlar o acesso ao disco rígido. Existem diversos sistemas de arquivos diferentes, que vão desde sistemas simples como o FAT16, que utilizamos em cartões de memória, até sistemas como o NTFS, EXT3 e ReiserFS, que incorporam recursos muito mais avançados. Adriano Mauro Cansian 38

39 Sistema de arquivos Adriano Mauro Cansian 39

40 Sistema de arquivos Sistemas de arquivos utilizados pelo Windows: FAT16, FAT32, NTFS. Sistemas de arquivos utilizados por sistemas Unix: Ext2, Ext3, ReiserFS, XFS, etc. Adriano Mauro Cansian 40

41 Sistema de arquivos Adriano Mauro Cansian 41

42 Compiladores e interpretadores

43 Compiladores e interpretadores Como já dito anteriormente, são: Softwares especiais que traduzem ou interpretam os programas escritos em diferentes linguagens de programação. Dão origem aos aplicativos. Estes softwares especiais e as linguagens de programação serão discutidos mais adiante. Adriano Mauro Cansian 43

44 Softwares aplicativos Softwares prontos, para uso geral e específico.

45 Básicos Aplicativos Sistemas Operacionais Utilitários Gerais Específicos Editor de textos Planilhas eletrônicas ltôi Bancos de dados Adriano Mauro Cansian 45

46 Software Aplicativo Geral Editores de textos. Planilhas eletrônicas. Software de (Pegasus Pegasus, Outlook, Thunderbird). Navegador de Internet t (browsers browsers). Softwares para tocar áudio e vídeo. Instant messengers ou Comunicação instantânea (MSN, ICQ, etc ) Compartilhamento de música (kazaa, e-donkey, Napster, etc ) Gerenciadores de projetos. Muitos outros Adriano Mauro Cansian 46

47 Planilhas Eletrônicas A B C D E F G H I Adriano Mauro Cansian 47

48 Bancos de Dados Adriano Mauro Cansian 48

49 Pacotes Integrados Planilhas Banco de Dados Editores de Texto Organizador de grupo de trabalho Adriano Mauro Cansian 49

50 Correio Eletrônico! EDI ELETRONIC -MAIL! Adriano Mauro Cansian 50

51 Browsers ou navegadores Adriano Mauro Cansian 51

52 Software aplicativo específico (1) Desenvolvido sob-medida. Desenvolvido pelo programador, para aplicações específicas. Exemplos: Controle de processos. Operações especiais. Cálculos especiais. Muitos outros Software adaptado às necessidades do usuário ou do sistema a ser controlado. Adriano Mauro Cansian 52

53 Software aplicativo específico (2) Programa café + = Adriano Mauro Cansian 53

54 Até aqui vimos: Características lógicas dos sistemas computacionais, i e sua relação com os softwares Softwares básicos Sistema operacional Compiladores e interpretadores Softwares aplicativos Gerais Específicos Adriano Mauro Cansian 54

55 Nossos próximos passos Veremos as linguagens de programação. Começaremos a estudar os algoritmos. E, depois, começaremos a aprender a programar Are you ready?? ;-) Adriano Mauro Cansian 55

56 Este material tem fin al id ade merame n te educac io n al e ˇ tot alme n te GR A T U IT O. Estas notas de au la po de m c on ter fig uras ou te x to s e x tr a dos de outras fontes, as qua is, quan d o oc orr ere m, ser o dev id am ent e c itada s. O s d ire itos auto ra is dos te x tos c itados s o de propr ie dade de seus deten tores. Esta n o ˇ u m a obra co m erc ia l. A ci ta o o u uso d e material d e o u tro s a u tore s, qua n d o o correr, tem fi n al idade m erame n te d id ti ca. Ne m o autor, ne m a UNESP, se responsab ili za m por qu ai squer danos d iretos ou ind ir eto s que o uso de ste m ater ia l possa eventua lm e nte caus ar. Este m ater ia l pod e se r cop iado li vr em ente, desde que c itadas to d as as fonte s, e r espe ita dos o s detent ores dos d ire itos au tora is, e d esde que o m at eria l se ja d istr ibu do po r inte iro e n o e m p artes, inc lus ive co m os pref c ios. A refe rnc ia a qua lq ue r produt o co m erc ia l e spec f ico, m arca, m o de lo, esta be lec imento c o m erc ia l, processo ou s erv i o, at ravˇs de n o m e co m erc ia l, m ar ca reg ist rada, n om e d e fabr icant e, fornece dor, ou no m e d e e m pres a, necess aria m ente N Ģ O const itu i ou ins inua seu endosso, rec om enda o, ou favorec im ento por par te da UNES P ou do aut o r. A UNESP ou o autor n o e ndossa m ou reco m enda m m arcas, produto s, estabe lec im entos co m erc ia is, serv i os ou fornece dores de qua is que r espˇc ies, e m nenh u m a h ip tese. As eve ntua is m arcas e paten tes m enc ionada s s o de p ropr ie dade e x c lus iva dos det ento res or ig ina is dos s eus d ire it os e, quando c itadas, a p arec e m m e ra m e n te e m car ter info rm at ivo, p ara au x ilia r o s part ic ipan tes do c u rso, n um a ba se de b oa -fˇ pb li ca. Os part ic ip antes ou outros int eressados de ve m ut ili zar es tas inf orm a es p or sua conta e r is co, e estare m c ientes d esta n otifica o. Este material é parcialmente baseado nos slides Introducão à Informática Histórico e Evolução. Copyright Prof.Luiz Affonso Henderson Guedes de Oliveira, Prof. Kliger Kissinger F. Rocha Prof. Valnaide Gomes Bittencourt. UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte / Centro de Tecnologia. Departamento de Computação e Automação. Todos os direitos reservados aos autores. Adriano Mauro Cansian 56