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Sistemas Operacionais I. Gerações dos computadores: Evolução e Eficiência. Sistemas Operacionais I Dionisio Gava Junior Reynaldo G. de Oliveira – Reynaldg@brfree.com.br. Tópicos. Histórico e Eficiência. Primeira Geração. Segunda Geração. Terceira Geração. Conceitos

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Presentation Transcript
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Sistemas Operacionais I

Gerações dos computadores: Evolução e Eficiência

Sistemas Operacionais I

Dionisio Gava Junior

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

slide2

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
slide3

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.
slide5

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
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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
slide7

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.
slide8

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

slide9

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

slide10

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.

slide11

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

slide13

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
slide14

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

slide15

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 )
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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
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Terceira geração

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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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

slide19

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

slide20

Terceira geração

Conceitos da Terceira Geração

  • Processadores de E/S (Canais)
  • Processamento em dois estados.
  • Instruções Privilegiadas
  • Relocabilidade
  • Interrupção
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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

slide22

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

slide23

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
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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.
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Terceira geração

Processamento em dois estados

Instruções Privilegiadas

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

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Terceira geração

Relocabilidade

A

A

B

C

Move A to B

400

100

0

200

C

B

A

Relocáveis

400

0

200

300

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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
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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

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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.

slide30

Tendências e perspectivas

dos Sistemas Operacionais

slide31

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.
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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 comunicação, garantindo desta forma a escalabilidade.
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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,
  • Deve disponibilizar recursos para implementação das políticas de segurança das organizações.
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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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Terceira geração

Exercícios de Multiprogramação

SO

SO

SO

CPU

A

A

Tempo

e/s de A

e/s de A

PES