Apostila de Sistemas Operacionais

Sistemas Operacionais

Apostila 1

Conceitos Básicos

O Sistema Operacional é um conjunto de programas executado pelo processador, cuja principal função é controlar o funcionamento do computador, como um gerente dos recursos disponíveis.  Funciona também como uma interface entre o usuário e o computador – tudo que é feito no hardware da máquina, é feito através do Sistema Operacional.

As inúmeras funções do Sistema Operacional serão descritas ao longo do curso, entretanto, podemos resumi-las em duas:

• Facilitar o acesso aos recursos do sistema

Um sistema computacional possui diversos componentes como terminais, impressoras, discos, fitas etc.  na utilização desses componentes o usuário não se preocupa com a forma como a comunicação é realizada, nem com os inúmeros detalhes envolvidos.  Em uma operação no disco, por exemplo, é o Sistema Operacional que irá acionar o cabeçote de leitura e gravação, posicionar a trilha e setor onde estão os dados, transferi-los para a memória do computador e, finalmente, informar ao programa que solicitou os dados de sua chegada.

O Sistema Operacional é então uma interface entre o usuário e os dispositivos do computador, tornando a comunicação transparente, permitindo um trabalho mais eficiente e com menos chances de erro.  O Sistema Operacional cria, então um ambiente simulado que é chamado de Máquina Virtual e está presente na maioria dos sistemas atuais.

 

• Compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida

Em sistemas de multiprogramação, para que diversos usuário possam compartilhar os mesmos recursos (como memória e discos), é necessário que todos usuários tenham oportunidade de ter acesso aos recursos, sem que um interfira no trabalho de outro.  È o Sistema Operacional que garante acesso concorrente de forma organizada e protegida aos recursos do computador, dando a cada usuário a sensação de ser o único a utiliza-los.

O compartilhamento dos recursos permite a diminuição dos custos do sistema, na medida que mais de um usuário possa utilizar as mesmas facilidades de forma concorrente, diminuindo o tempo ocioso dos dispositivos.

Máquina de Níveis

O computador, visto como um conjunto de circuitos eletrônicos, cabos e fontes de alimentação (hardware) não tem nenhuma utilidade. É através de programas (software) é que podemos fazer com que o computador venha a realizar uma tarefa útil.

Qualquer operação efetuada pelo software pode ser implementada em hardware, enquanto uma operação executada em hardware pode ser simulada em software.  A decisão do que é implementado em hardware ou simulado em software fica a cargo do projetista do computador, levando em conta aspectos de custo, confiabilidade e desempenho.  Tanto o hardware como o software são logicamente equivalentes, interagindo de forma única com o usuário.

Nos primeiros computadores a programação era feita através da interligação de fios em painéis, exigindo grande conhecimento do hardware e da linguagem de máquina.  O programador devia dizer exatamente como os dispositivos deviam operar.

A solução para esse problema foi o surgimento dos sistemas operacionais que tornou a interação entre o usuário e o computador mais simples, confiável e eficiente.  Deixou de haver a necessidade do programador se envolver com a complexidade do hardware. A parte física tornou-se transparente para o usuário.

Dentro desse princípio, o computador passou a ser visto como uma máquina de níveis.  Inicialmente haviam dois níveis:  nível 0 (hardware) e nível 1 (sistema operacional).  O usuário via o computador como sendo apenas o sistema operacional.  Essa visão abstrata é chamada de máquina virtual.

Na realidade existem tantos níveis quanto sejam necessários para adequar o usuário às suas diversas aplicações.  Atualmente os computadores possuem uma estrutura de seis níveis:  nível 0 – dispositivos físicos; nível 1 – microprogramação; nível 2 – linguagem de máquina; nível 3 – sistema operacional; nível 4 – utilitários; e nível 5 – aplicativos.

Histórico

A evolução dos sistemas operacionais está associada ao desenvolvimento de equipamentos cada vez mais velozes, compactos e de baixo custo, com a necessidade de aproveitamento e controle desses recursos.

1ª fase (1945-55)

No início da II Guerra, surgiram os primeiros computadores, formados por milhares de válvulas, ocupando áreas enormes e de funcionamento lento e duvidoso.

ENIAC – Eletronic Numerical Integrator and Computer foi o primeiro computador digital de propósito geral fabricado, criado para realizar cálculos balísticos.  18.000 válvulas, 10.000 capacitores, 70.000 resistores, pesava 30 ton. e consumia 140 quilowatts quando em operação.  Programação feita em painéis, em linguagem de máquina.  Não havia o conceito de sistema operacional.

Outros computadores; EDVAC (Eletronic Discret Variable Automatic Computer) e IAS (Princeton Institute for Advanced Studies) usados por universidades e órgãos militares.

UNIVAC – Universal Automatic Computer fabricado com fins comerciais e bem-sucedido. Foi usado no censo americano de 1950. Usava linguagem Assembly.

2ª fase (1956-65)

Miniaturização, com a criação do transistor e das memórias magnéticas.  Aumento de velocidade e confiabilidade no processamento e acesso mais rápido aos dados, maior capacidade de armazenamento e computadores menores.

Consolida o Assembly e surge o Fortran, facilitando a programação.  Os primeiros sistemas operacionais buscam reduzir tarefas manuais pela automatização.  Sistema batch (em lote) permite que vários programas sejam submetidos ao computador de uma só vez, diminuindo  o tempo ocioso do processador entre um processamento e outro.

Sistema Operacionais passam a ter rotinas para operações de entrada/saída (IOCS – Input/Output Control System) o que facilita a programação, eliminando a necessidade do programador desenvolver rotinas de leitura e gravação nos diversos dispositivos ( é a independência de dispositivos).