evolução dos sistemas computacionais

Evolução dos Evolução dos sistemas sistemas

computacionaicomputacionaiss

Operador de Informática

Sistemas Operativos

A evolução dos S.O.s está, em grande parte, relacionada com o desenvolvimento de equipamentos cada vez mais velozes, compactos e de baixo custo, e com a necessidade de aproveitamento e controlo desses recursos

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Sistemas OperativosEvolução dos sistemas Evolução dos sistemas

computacionaiscomputacionais

Primeira fase (1945 – 1955)Primeira fase (1945 – 1955)

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Sistemas Operativos

• No início da segunda guerra mundial, surgiram os primeiros computadores digitais, constituídos por milhares de válvulas, ocupando áreas enormes e de funcionamento lento.

• O ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) foi o primeiro computador digital de propósito geral.

• Criado para a realização de cálculos balísticos, a estrutura do ENIAC posuía 18 mil válvulas, 10 mil condensadores, 70 mil resistências e pesava 30 toneladas. Quando em operação, consumia cerca de 140kW e era capaz de realizar 5 mil adições por segundo.

Primeira fase (1945 – 1955)Primeira fase (1945 – 1955)Fi

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Sistemas Operativos

ENIAC

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ENIAC

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Sistemas Operativos

ENIAC na actualidade

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aPrimeira fase (1945 – Primeira fase (1945 –

1955)1955)• Nesta mesma época foram construídos outros

computadores, como o EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) e o IAS (Princeton Institute Advanced Studies), porém as suas utilizações ficaram restritas, praticamente, às universidades e aos orgãos militares.

• A primeira máquina fabricada com o propósito comerciale bem sucedido foi o UNIVAC 1 (Universal Automatic Computer), criado para ser usado no censo americano de 1950.

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Primeira fase (1945 – 1955)Primeira fase (1945 – 1955)Fi

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EDVAC

Primeira fase (1945 – 1955)Primeira fase (1945 – 1955)Fi

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Sistemas Operativos

UNIVAC I

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aPrimeira fase (1945 – Primeira fase (1945 –

1955)1955)• Nestes primeiros computadores apenas era possível a

monoprogramação, isto é, a execução de um só programa, que se introduzia geralmente através de um leitor de cartões (após 1950), controlando-se o processo através da consola.

• O programador era também o operador do sistema de computação.

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aSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

1965)1965)• O surgimento do transístor e das memórias

magnéticas contribui para um enorme avanço na evolução dos computadores.

• O transístor permitiu o aumento da velocidade e da confiabilidade do processamento, e as memórias magnéticas permitiram o acesso mais rápido aos dados, maior capacidade de armazenamento e computadores de menores dimensões.

Surgiram os primeiros sistemas operativos, justamente, para tentar automatizar as

tarefas manuais até então utilizadas

Sistemas Operativos

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• Os S.O.s passaram a ter o seu próprio conjunto de rotinas para operações de entrada/saída, o que veio facilitar o processo de programação

Acessos por operador

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

1965)1965)

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Acessos por operador• Durante o tempo em que as fitas eram montadas ou

o programador estava a operar a consola, a CPU (Central Processing Unit) ficava ociosa.

• Uma primeira solução foi contratar um profissional que operasse o computador, libertando o programador dessa tarefa.

• Assim que uma tarefa terminasse, o operador podia iniciar a próxima.

• Caso ocorressem erros durante a execução do programa, o operador emitia uma listagem dos conteúdos da memória e dos registos para que o programador pudesse depurar o programa.

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

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Monitor residente• Analisando as funções que desempenhava um

operador, observou-se que as mesmas se tomavam rotineiras e mecanizadas, o que permitia a sua automatização.

• Desenvolveu-se um programa, que tomou o nome de monitor residente, capaz de transferir automaticamente o controlo de um trabalho para outro.

O monitor residente é considerado o primeiro sistema operativo, que como o próprio nome

indica permanecia constantemente em memória

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

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Monitor residente• Para que o monitor residente pudesse saber qual o

programa que deveria ser executado e de que forma, foram introduzidos cartões de controle, de maneira muito semelhante às instruções que os operadores recebiam dos programadores para execução de seus programas.

• Assim, além dos programas e dos dados para uma tarefa, eram introduzidos cartões especiais de controle entre os cartões de programa e dados da tarefa a executar.

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

1965)1965)

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Operação Off- Line • Uma vez resolvido o problema da automatização da

execução dos trabalhos havia que solucionar o problemas dos tempos mortos do CPU, devido à baixa velocidade dos dispositivos mecânicos em relação aos electrónicos .  

• Uma solução simples consistiu em substituir as lentas leitoras de cartão, (dispositivos de entrada) e impressoras de linha (dispositivos de saída) por unidades de fita magnética.

• A maioria dos sistemas no final dos anos 50 e começo dos anos 60 eram sistemas agrupados cujas tarefas eram lidas por leitores de cartão e escritos em impressoras de linha ou perfuradoras de cartões.

• Ao invés da CPU ler diretamente os cartões, os cartões eram primeiro copiados para uma fita magnética. Quando a fita estava suficientemente cheia ela era transportada para o computador.

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

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Operação Off- Line

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Buffering• O processamento off-line permite a sobreposição de

operações da CPU e de E/S executando essas duas acções em máquinas independentes.  

• Se desejamos sobrepor numa única máquina, os comandos devem ser  colocados entre os dispositivos e a CPU para permitir uma separação similar de execução. É necessário realizar armazenamento temporário, buffering.  

• Buffering é o método de sobrepor a E/S de uma tarefa com a sua própria computação.

• Apesar do buffering ser de alguma ajuda, ela raramente é suficiente para manter a UCP sempre ocupada, já que os dispositivos de EIS costumam ser muito lentos em relação à UCP.

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

1965)1965)

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Buffering

Sistemas OperativosSegunda fase (1956 – Segunda fase (1956 –

1965)1965)

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Com os circuitos integrados e, posteriormente, com os microprocessadores diminui-se drásticamente os custos de aquisição e utilização dos sistemas computacionais.

Foi assim possível viabilizar e difundir o seu uso. A evolução dos processadores de I/O permitiu que,

enquanto o programa esperasse por uma operação de leitura/gravação, o processador executasse um outro programa. Para isso, a memória foi dividida em partições, onde cada programa esperava a sua vez para ser processado.

Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

1980)1980)

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Spolling

• A substituição das fitas por discos no processo de entrada dos programas tornou o processamento batch mais eficiente, pois permitia a alteração na ordem de execução das tarefas, até então, puramente sequencial. Mais tarde, seria também utilizado em impressão.

• Spooling utiliza um disco como um buffer muito grande para ler tanto quanto possa dos dispositivos de entrada e para armazenar arquivos de saída até que os dispositivos de saída estejam aptos para recebê-los .

Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

1980)1980)

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Multiprogramação • O aspecto mais importante do escalonamento de jobs

é a habilidade de multiprogramação .

• As técnicas de operação off-line, buffering e spooling

têm as suas limitações na sobreposição de E/S .  

• Em geral, um único utilizador não pode manter tanto a

CPU como os dispositivos de E/S ocupados o tempo

todo .  

• A multiprogramação aumenta a utilização da CPU, pois

organiza os vários jobs de forma que a CPU tenha

sempre algo para processar.

Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

1980)1980)

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Multiprogramação

Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

1980)1980)

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Multiprogramação

• Os SOs multiprogramados são bastante sofisticados.

Para que vários jobs estejam prontos para serem

executados, é necessário que todos estejam presentes

na memória RAM da máquina simultaneamente.

• É necessário realizar gestão de memória para os

vários jobs. Além disso, se vários jobs estão prontos

para serem executados ao mesmo tempo, o sistema

deve escolher qual deles deve ser executado primeiro.

• A política de decisão de qual o job a ser executado é

denominada por  escalonamento (scheduling) da CPU.

Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

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Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

1980)1980) Tempo repartido (time sharing)

O conceito de sistemas de tempo repartido, também denominado multitarefa é uma extensão lógica de multiprogramação .

Neste ambiente, múltiplas tarefas são executadas simultaneamente, sendo que a CPU atende cada tarefa num pequeno intervalo de tempo, uma a uma em sequência.

Os tempos dedicados a cada tarefa são pequenos o suficiente para que os utilizadores não se apercebam da existencia de outros programas a serem executados.

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Sistemas OperativosTerceira fase (1966 – Terceira fase (1966 –

1980)1980) Tempo repartido (time sharing)

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Sistemas Operativos

Quarta fase (1981 – 1990)Quarta fase (1981 – 1990) A integração em larga escala (Large Scale of

Integration - LSI) e a integração em muito larga escala (Very Large Scale of Integration VLSI) levaram adiante o projeto de miniaturização e redução do custo dos equipamentos .

Para acelerar o processamento, foram adicionados outros processadores, exigindo dos SOs novos mecânismos de controle e sincronismo .

Com o multiprocessamento, foi possível a execução de mais do que um programa em simultaneo, ou até a execução de um mesmo programa por mais de um processador.

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Sistemas Operativos

Quarta fase (1981 – 1990)Quarta fase (1981 – 1990) Além do surgimento de equipamentos com múltiplos

processadores, foram introduzidos processadores vetoriais e técnicas de paralelismo .

As redes de computadores difundiram-se por todo o planeta, permitindo o acesso a outros sistemas de computação, independentemente de sua localização geográfica. Os softwares de rede passaram a estar intimamente ligados ao SO.

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Sistemas Operativos

Quarta fase (1981 – 1990)Quarta fase (1981 – 1990) Multiprocessamento

Sistemas de multiprocessamento caracterizam-se por possuir mais do que um processador, sendo que os processadores podem compartilhar o mesmo SO (memória), ou cada um possuir seu próprio sistema independente .

O multiprocessamento mantém todos os conceitos da multiprogramação, só que aplicados a vários processadores. As duas diferenças básicas entre os dois sistemas são a reconfiguração e o balanceamento do sistema permitido pelo multiprocessamento .

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Sistemas Operativos

Quarta fase (1981 – 1990)Quarta fase (1981 – 1990) Multiprocessamento

A reconfiguração é a capacidade de um sistema continuar o processamento, mesmo se um dos processadores falhar ou parar de funcionar (embora com menor capacidade de computação) .

O balanceamento possibilita balancear a carga de processamento e das operações de entrada e saída entre os diversos processadores da configuração.

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Sistemas Operativos

Quarta fase (1981 – 1990)Quarta fase (1981 – 1990) Multiprocessamento

Múltiplos processadores permitem que vários programas sejam executados ao mesmo tempo, ou que um programa seja dividido em subprogramas, para execução simultânea por mais do que um processador.

Problemas de concorrência podem surgir, pois vários processadores podem estar acessando as mesmas áreas de memória.

Além disso, existe o problema de interligar, de forma eficiente, os processadores, a memória e os periféricos.

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Quinta fase (1991 – ……)Quinta fase (1991 – ……) Grandes avanços em termos de hardware, software e

telecomunicações, como consequências da evolução das aplicações.

Surgem sistemas especializados, multimédia, bancos de dados distribuídos, inteligência artificial, computação gráfica entre outras áreas .

Os componentes baseados em tecnologia VLSI evoluem rapidamente para o ULSI (Ultra Large Scale of Integration).

Arquiteturas paralelas desenvolvem-se em várias universidades e centros de pesquisa

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Sistemas Operativos

Quinta fase (1991 – ……)Quinta fase (1991 – ……) O conceito de sistemas distribuídos será explorado

nos SOs, de forma a que as suas funções sejam repartidas por vários processadores através de uma rede de computadores .

Novas interfaces homem-máquina serão utilizadas, como linguagem natural, sons, imagens, tomando esta comunicação mais inteligente, simples e eficiente .

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Sistemas DistribuídosSistemas Distribuídos

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Sistemas DistribuídosSistemas Distribuídos