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 – [email protected] Tópicos. Histórico e Eficiência. Primeira Geração. Segunda Geração. Terceira Geração. Conceitos

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Sistemas Operacionais I

Gerações dos computadores: Evolução e Eficiência

Sistemas Operacionais I

Dionisio Gava Junior

Reynaldo G. de Oliveira – [email protected]


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


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.



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


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


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.


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 = S1+S2+...Sn


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


Eficiência do sistema

Numero de serviços executados por unidade de tempo

TS = S1+S2+...Sn

A produtividade na primeira Geração era de 3 serviços / hora, ou seja, cada serviço demorava cerca de 20 minutos.


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 = s1+s2+...sn



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


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


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 )


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 = s1+s2+...sn

Como melhorar a eficiência?

  • Baixa produtividade

  • Desequilíbrio entre CPU e E/S


Terceira geração

Terceira geração de computadores

  • Tecnologia : Circuitos integrados

  • Velocidade expressa e medida em nanossegundos ( ns )

  • Evolução das linguagens

  • Multiprogramação

  • Surgimento dos Sistemas Operacionais


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.

Sistema

Operacional

B

C

D

E

A

Memória


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

Sistema

Operacional

B

C

D

E

A

Memória

I/O

I/O


Terceira geração

Conceitos da Terceira Geração

  • Processadores de E/S (Canais)

  • Processamento em dois estados.

  • Instruções Privilegiadas

  • Relocabilidade

  • Interrupção


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


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


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


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.


  • Terceira geração

    Processamento em dois estados

    Instruções Privilegiadas

    Quando o controle é passado para um programa o estado da maquina é alterado.


    Terceira geração

    Relocabilidade

    A

    A

    B

    C

    Move A to B

    400

    100

    0

    200

    C

    B

    A

    Relocáveis

    400

    0

    200

    300


    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


    Terceira geração

    Interrupção

    Faz o tratamento da Interrupção

    Atende o serviço solicitado

    Passa o controle para o processo pronto e de maior prioridade

    Sistema

    Operacional

    A

    Interrupção

    Ler

    B

    A execução de instruções na CPU é interrompida

    O estado da CPU é salvo

    O controle da CPU vai para o SO


    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.


    Tendências e perspectivas

    dos Sistemas Operacionais


    • 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.


    • 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.


    • 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.


    • 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.


    • 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.

    • .


    • 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.



    Terceira geração

    Exercícios de Multiprogramação

    SO

    SO

    SO

    CPU

    A

    A

    Tempo

    e/s de A

    e/s de A

    PES


    ad