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FATEC - Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais IDionisio Gava Junior

Reynaldo G. de Oliveira – [email protected]

Gerações dos computadores: Evolução e Eficiência


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 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

FATEC - Sistemas Operacionais IPrimeira 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

• 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

Programação

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


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.

Primeira geração

Características

E = t CPU

t Total

TS = S1+S2+...Sn Numero de serviços executados por unidade de tempo

Relação entre o tempo de processador e tempo total de processamento


E = t CPU

t Total

Eficiência do sistema

Relação do tempo de processador e tempo total do processamento

Tempo de Execução do serviço

E/S E/S E/S E/S E/S E/S

CPU CPU CPU CPU CPU CPU

E = 0,07 O processador permanecia ativo somente 7% do tempo

Primeira geração



TS = S1+S2+...SnNumero de serviços executados por unidade de tempo

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


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.

E = t CPU

t Total

TS = s1+s2+...sn

7%

3 serviçospor hora

Como melhorar a eficiencia?

• Baixa velocidade da E/S• Intervenções manuais

Primeira geração

FATEC - Sistemas Operacionais ISegunda 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

Segunda geração


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:

1. A utilização dos periféricos da primeira geração ( mesmo E/S )

2. Utilizando-se periféricos mais rápidos ( E/S bem mais rápida )


E = t CPU

t Total


TS = s1+s2+...sn

7%

3 serviçospor hora

PrimeiraGeração

45%

25serviçospor hora

SegundaGeração

• Baixa produtividade• Desequilíbrio entre CPU e E/S

Como melhorar a eficiência?

Primeira e Segunda gerações


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.

A B C D E

Memória

Terceira geração

SistemaOperacional


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

Terceira geração

A B C D E

CPU

I/O I/O

Esperando pela CPU

Memória

SistemaOperacional


Conceitos da Terceira Geração

• Processadores de E/S (Canais)

• Processamento em dois estados.

• Instruções Privilegiadas

• Relocabilidade

• Interrupção

Terceira geração


Canais - Processadores de E/S

tempo

• 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.

Terceira geração


Canais - Processadores de E/S

tempo

cpu A

e/s de A

cpu B

e/s de B

cpu C

e/s de C

cpu D

Paralelismo de operaçõescpu A

e/s de A

cpu B

e/s de B

cpu C

e/s de C

cpu D

Paralelismo de operações

Terceira geração

• 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


Processamento em dois estados

XX

Mascara do sistema:

• Supervisor – É possivel a execução de instruções privilegiadas• Programa – Não é permitido a execução de instruções privilegiadas

PSW

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 estadosInstruções Privilegiadas

tempo

SO

PSWSup

A

PSWP

SO

PSWSup

B

SO

PSWSup

PSWP

. . . . . . CPU

tempo

SO

PSWSup

A

PSWP

SO

PSWSup

B

SO

PSWSup

PSWP

. . . . . . CPU

Terceira geração

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


Relocabilidade

A B C

0 100 200 400

ABC

0 200 400300

Move A to B

A

Relocáveis

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

A

Ler

SistemaOperacional

B

Interrupção

1. A execução de instruções na CPU é interrompida

2. O estado da CPU é salvo3. O controle da CPU vai para o

SO

4. Faz o tratamento da Interrupção

5. Atende o serviço solicitado

6. Passa o controle para o processo pronto e de maior prioridade

Terceira geração


Tipos de interrupção

Chamada do supervisor: Quando o programa através de uma instrução solicita um serviço especial do sistema operacional.

Fim I/OQuando termina uma operação de I/O e o canal avisa o sistema operacional, ou um comando inválido de E/S.

RelógioQuando um intervalo de tempo regular expirado.

Erro de SoftwareUm erro de programa. Exemplo: divisão por zero, instrução inválida, violação de proteção de memória.

Erro de HardwareUm erro em componentes do hardware. Exemplo: erro de memória.

Terceira geração


Tendências e perspectivas dos Sistemas Operacionais


Tendências e perspectivas do Sistema operacional

1) 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.



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.



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.



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.



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.

.



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.



7) Usabilidade

• Deve permitir usabilidade aos usuários na execução de suas tarefas.

• Deve prover simplicidade nas interfaces, facilitando a sua utilização.


Exercícios de Multiprogramação

SO

A

e/s de A

SO

A

e/s de A

SO

CPU

PESTempo

Terceira geração

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