Sistemas Operacionais1º Semestre

Aula 3

Prof. Carlos Viníciuscvalves@senacrs.edu.br

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIALFACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC PELOTAS

Definição de S.O.

o É uma camada de software que opera entre o hardware e os programas aplicativos voltados ao usuário final.

o É uma estrutura de software ampla, muitas vezes complexa, que incorpora aspectos de baixo nível (como drivers de dispositivos e gerência de memória física) e de alto nível (como programas utilitários e a própria interface gráfica).

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Visão de S.O.

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p ro g ram a do rese a na lista s

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U C P

U su á r io s

H ardw are

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Abstração de Recursos

o Cada hardware tem sua particularidade...

o Cabe ao S.O. gerenciar as particularidades do hardware

o Um processador de texto não deve deter o conhecimento de como gravar um arquivo (disquete, cartão de memória, pen drive, HD’s...)

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Cabe ao S.O.

o Prover interfaces de acesso aos dispositivos, mas simples de usar que as interfaces de baixo nível.

o Tornar os aplicativos independentes do hardware.

o Definir interfaces de acesso homogêneas para dispositivos comtecnologias distintas.

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Gerência de Recursos

o Cabe ao S.O. definir políticas para gerenciar o uso dos recursos de hardware pelos aplicativos, e resolver eventuais disputas e conflitos.o Uso de processador...o Acesso a disco...o Memória...

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Conceitos Principais - Introdução

Sistema Computacional: 1 ou + processadores, memória principal, discos, impressoras, teclado, monitor, interface de rede e outros dispositivos de entrada e saída.

Dados (Entradas) Processamento Resultado: Informação (Saídas)

Etapas básicas de um processamento de dados.

CPU

Unidade de Controle

ULA

RegistradoresMemória principal

Barramento

Dispositivo de E/S

Impressora Disco

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Conceitos Principais - Introdução

27/04/23Introdução8

Sistema Operacional: responsável por gerenciar todos os componentes de hardware, dispositivos de E/S e fornecer aos programas do usuário uma interface com o hardware mais simples.

Área de atuação do S.O.

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Conceitos Principais - Introdução

27/04/23Dispositivos físicos – C.I.s, placas, fios, fontes, ...

Registradores (int. da CPU), caminho de dados, ...

L.M. tem entre 50 e 300 instruções. RISC e CISC.

Camada que oculta o hardware para facilitar os níveis superiores do modelo. Ex.: “leia bloco do arquivo X” – aplicação não se preocupa com sincronização da cabeça de leitura do HD, movimentação dos discos e cabeças e etc.

São fornecidos juntos com o S.O. mas não fazem parte do S.O.

Aplicações de uso comum ou específico pelos usuários.

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Conceitos Principais - Introdução

27/04/2310

Sistema Operacional ?

S.O. como máquina estendida: apresentar ao usuário o equivalente a uma máquina estendida ou máquina virtual mais fácil de programar do que o hardware.

• O sistema operacional oferece uma série de serviços que os programas podem obter usando instruções especiais conhecidas como chamadas ao sistema.

S.O. como gerenciador de recursos: fornecer uma alocação ordenada e controlada de processadores, memórias e dispositivos de E/S entre vários programas que competem por eles.

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Conceitos Principais - Introdução

27/04/23Introdução11

Sistema Operacional ?

S.O. como gerenciador de recursos:

Ex.: Três programas solicitando impressão simultâneamente.

Sem intervenção do S.O. uma impressão desordenada com trechos de vários conteúdos em uma mesma folha.

Com intervenção do S.O. uma impressão ordenada com conteúdos correspondentes de cada programa.

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Conceitos Principais - Introdução

27/04/23Introdução12

Sistema Operacional ?

S.O. como gerenciador de recursos:

Compartilha recursos de duas maneiras:

1)No tempo: dois programas tentando executar algum processo na CPU simultaneamente.

2)No espaço: dois programas alocados na memória RAM simultaneamente e sendo gerenciados pelo S.O..

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Introdução - Evolução

27/04/23Introdução13

Marco 1

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Introdução - Evolução

27/04/2314

Marco 2

Cada fabricante com dois tipos de produtos:-Público científico (ciência e engenharia)-Público comercial (bancos, seguradoras, ...)

Problemas de compatibilidade e atualizações nos produtos

Solução da IBM unificar as soluções (System/360)- Novo problema: CPU ociosa até 90% do tempo

aguardando retorno de um dispositivo de E/S.

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Introdução - Evolução

27/04/23Introdução15

Marco 2

Solução da IBM unificar as soluções (System/360)- Novo problema: CPU ociosa até 90% do tempo

aguardando retorno de um dispositivo de E/S.

Solução: Dividir a memória em várias partes e colocar mais jobs.Enquanto um job espera E/S, outro job pode ser processado pela CPU.

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Introdução - Evolução

27/04/23Introdução16

Marco 3

S.O. modernos MS-DOS / Macintosh / Windows / ...

Sistemas Operacionais de Rede: usuários sabem da existência de vários computadores e podem conectar-se as máquinas remotas.

Sistemas Operacionais Distribuídos: usuários não sabem da existência de vários computadores .

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Introdução - Tipos

27/04/23Introdução17

Sistemas Operacionais de Computadores de Grande PorteSistemas Operacionais de ServidoresSistemas Operacionais de MultiprocessadoresSistemas Operacionais de Computadores PessoaisSistemas Operacionais de Tempo RealSistemas Operacionais EmbarcadosSistemas Operacionais de Cartões Inteligentes

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Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução18

Processadores

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Introdução – S.O. e Hardware

Pipeline: dividir a execução das instruções em estágios. As mais novas implementações possuem acima de 12 estágios de paralelismo.

Busca da instrução

Decod. dainstrução

Busca do operando

Exec. dainstrução

Gravação

S1 S2 S3 S4 S5

S1: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 – t7 – t8 – t9S2: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 – t7 – t8S3: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 – t7S4: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6S5: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 Tempo ---> Latência: tempo de demora para

executar uma instrução.19

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução20

Pipeline duplo: a partir do 486 a Intel lança em seus processadores essa arquitetura.

Busca da instrução

Decod. dainstrução

Busca do operando

Exec. dainstrução

Gravação

S1 S2 S3 S4 S5

Decod. dainstrução

Busca do operando

Exec. dainstrução

Gravação

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Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23

Pipeline com múltiplas unidades funcionais: a partir do Pentium II a Intel lança em seus processadores essa arquitetura.

Busca da instrução

Decod. dainstrução

Busca do operando

ALU

Gravação

S1 S2 S3

S4

S5ALU

LOAD

STORE

Ponto Flutuante21

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução22

Memórias

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Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução23

-Memória CACHE:

-Conceito – as palavras de memória usadas com mais frequência são mantidas em uma memória intermediária chamada: cache.-Quando a CPU precisa de uma palavra ela examina primeiro a cache.-Somente se a palavra não estiver na cache a memória principal é utilizada.-Se uma fração substancial das palavras estiver na cache, o tempo de acesso médio pode ser muito reduzido.

-Logo, desempenho depende da cache.

Memória CACHE23

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução24

-Acesso dos programas na memória:-Programas não acessam suas memórias em total aleatoriedade.-Se uma dada referência à memória for para o endereço A, é muito provável que a próxima referência à memória estará na vizinhança geral de A.

-Por que a desfragmentação de dados é importante?-Este processo faz com que instruções e dados de um programa fiquem próximos uns dos outros agilizando a leitura.

Memória CACHE24

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução25

-Princípio da localidade:-um programa acessa uma porção relativamente pequena do espaço endereçável em um instante qualquer.

Localidade temporal: Se um item é referenciado, ele tenderá a ser referenciado novamente.

Localidade espacial: Se um item é referenciado, itens cujos endereços são próximos a este, tenderão a ser referenciados também.

Idéia geral: quando uma palavra for referenciada, ela e algumas de suas vizinhas sejam trazidas da memória grande e lenta para a cache.

Memória CACHE25

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução26

Alternativa em alguns sistemas:Referenciar a cache e memória principal ao mesmo tempo para ganhar tempo caso a cache não tenha a palavra desejada.

Conceitos embutidos: - cache miss: sinalizar que o dado não foi encontrado e seguir o processo de busca na memória principal; - cache hit: sinalizar que o dado foi encontrado na cache e bloquear a busca na memória principal.

Problema: - implantação deste modelo mais complicada em termos de arquitetura.

Memória CACHE26

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução27

Princípio da localidade (outras considerações):

-Memórias são divididas em blocos de tamanho fixo;-Blocos dentro da cache são chamados de linha de cache;

-SE (busca na cache falhar) ENTÃO-TODA a linha de cache é carregada da memória principal para a memória cache e não apenas a palavra que se quer.

-Ex.: -Linha de cache de 64 bytes. -Referência ao endereço 260.-Qual bloco de endereço será carregado para a cache?

-256 ao 319

0 – 6364 – 127128 – 191192 – 255256 – 319

Escala de endereços.260 está neste bloco.

Memória CACHE27

Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução28

Comparativo RAM e ROM:

Tipo Categoria Modo de apagar Volátil Utilização típica

SRAM Leitura/escrita Elétrico Sim Cache nível 2

DRAM Leitura/escrita Elétrico Sim Mem. Princ. Antiga

SDRAM Leitura/escrita Elétrico Sim Mem. Princ. Nova

ROM Somente leitura Não é possível Não Dispositivos em geral

PROM Leitura/escrita 1 vez Não é possível Não Dispositivos em geral

EPROM Leitura/escrita Luz UV Não Protótipos

EEPROM Leitura/escrita Elétrico Não Protótipos

Flash Leitura/escrita Elétrico Não Memory card / pen-drive

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Introdução – S.O. e Hardware

27/04/23Introdução29

Disco Rígido

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