PROFESSOR ÉVERSON MATIAS DE MORAIS
Graduação em Processamento de Dados
Especialização em Ciência da Computação
Mestrado em Ciência da Computação
SISTEMAS OPERACIONAIS
Sistemas operacionais (so)
Aula 1
Sistemas Operacionais
Roteiro
Sistema Operacional (SO);
Recursos;
Camadas;
História;
Gerência de Recursos;
Gerência de Recursos – Eventos;
Gerência de Recursos – Processador.
SO
O que é um Sistema Operacional ?
SO
SO ‐ Principais Recursos
É um conjunto de rotinas executadas pelo processador;
Sua principal função é controlar o funcionamento do computador, como um gerente dos diversos
recursos disponíveis no sistema.
 São interligados através de barramentos.
SO ‐ Localização em Relação
às Camadas de um Sistema Computacional
Aplicação 1
Aplicação 2
SO ‐ História
Aplicação 3
Sistema Operacional
Hardware
SO ‐ Exemplos
Mac OS;
MS‐DOS;
Novell (rede);
OS/2;
Unix/Linux;
Windows;
Solaris.
Primeira Fase (1945‐1955): Não havia linguagem de programação e sistema operacional;
Segunda fase (1956‐1965): Surgem os sistemas operacionais;
Terceira Fase (1966‐1980): Início da multiprogramação;
Quarta Fase (1981‐1990): Sistemas operacionais de rede.
Quinta Fase (1991‐Atual): Consolidação dos sistemas operacionais baseados em interfaces gráficas.
SO
Para dispositivos móveis:
Palm OS;
Symbian OS;
Windows Mobile;
BREW;
Android.
Gerência de Recursos
SO – Gerência de Recursos
Um sistema computacional consiste na execução de instruções.
Ao ser iniciada a máquina,
uma instrução,
é colocada no IR.
SO – Gerência de Recursos ‐ Bootstrap
O primeiro programa em execução é o bootstrap
(programa de inicialização/pré‐carga do sistema);
Contém instruções para carregar o núcleo (kernel) do S.O., do HD para a memória principal.
Kernel
IR (Registro de Instrução): um dos registradores do processador.
Gerencia as principais funções dentro do S.O.
Mas de onde vem essa instrução???
Ex.: Memória, processos, arquivos e dispositivos E/S.
SO – Gerência de Recursos ‐ Bootstrap
O bootstrap é armazenado no firmware;
Firmware: conjunto de instruções operacionais programadas diretamente no hardware, localizado no BIOS (Sistema Básico de Entrada/Saída) da máquina.
Atividade em Sala
Para que serve o firmware?
Cite exemplos de equipamentos que utilizam um firmware.
Perguntas.
BIOS: armazenado em uma memória não volátil (permanente), como exemplo: ROM, PROM, EPROM, EEPROM ou Flash.
Atividade em Sala
Respostas:
Firmware: software que vem gravado da fábrica, presente em vários tipos de equipamentos, com instruções que permitem o funcionamento;
Exemplos: microondas, celulares, câmeras digitais, PlayStation, impressoras, entre outros.
SO – Gerência de Recursos
Eventos
Exemplos:
Um clique em um programa que será executado;
Um comando de impressão;
Salvar um documento.
Após sua inicialização,
o S.O. permanece em execução
e fica no aguardo de
algum evento. SO – Gerência de Recursos
Eventos
Alguns métodos para o S.O.
identificar se aconteceu algum evento:
Polling: o S.O. “pergunta” para os dispositvos se desejam iniciar algum evento;
Interrupção: é provocada pelo hardware ou enviada pelo software.
SO – Gerência de Recursos
Eventos
Os SOs atuais utilizam a interrupção;
Quando uma interrupção é gerada:
A UCP pára o que está fazendo e executa a outra instrução requisitada.
Ao término dessa instrução:
Os dados do processo que sofreu a interrupção voltam a ser executados no mesmo ponto de parada.
SO – Gerência de Recursos
Eventos
Portanto, a partir do gerenciamento do processador, memória e dispositivos de E/S pelo SO.
é possível a execução de várias tarefas
ao “mesmo tempo”, como:
jogar, escutar música e
Imprimir um documento.
Multiprogramação
Os endereços de rotinas de interrupção ficam armazenados no vetor de interrupção;
Esse vetor é indexado pelo número do dispositivo que gerou a interrupção;
Esse número é
o endereço do dispositivo.
SO – Gerência de Recursos
Eventos
Vídeo
Atividade em Sala
Trânsito de motos em Saigon
Indique o evento essencial na multiprogramação;
Principal objetivo da multiprogramação;
Perguntas.
Atividade em Sala Respostas:
Indique o evento essencial na multiprogramação? R.: Interrupção.
Principal objetivo da multiprogramação.
R.: Permite a execução de várias tarefas ao “mesmo tempo”.
SO – Gerência de Recursos: Processador 8086
Através do processador 8086, podemos visualizar como funciona a base do gerenciamento deste recurso pelo SO;
Lançado em 1978, é da família intel, e também, a base dos computadores atuais.
SO – Gerência de Recursos: Processador
SO – Gerência de Recursos: Processador 8086
Possui 2 processadores no mesmo chip:
Unidade de Execução (EU);
Unidade de Interface de Barramento (BIU).
Cada processador possui seus próprios registros.
Trabalham de maneira assincrona com o outro.
Unidade de Execução
EU
SO – Gerência de Recursos: Processador 8086
Unidade de Interface de Barramento (BIU)
8086
Unidade de Interface
de Barramento
BIU
Unidade de Interface de Barramento
(BIU)
BIU
Igual ao IR
Proporciona a comunicação com o meio exterior;
Composição:
Registros de segmento;
Registros de comunicação interna;
Indicador de instrução (IP);
Registro fila (QUEUE);
Somador de endereços;
Lógica de controle de barramentos.
8086 Unidade de Interface de Barramento BIU
Responsável pela comunicação de dados entre a EU e o meio externo (memória, E/S), através do barramento, como:
Busca de instruções;
Arranjo de instrução na fila (QUEUE);
Busca e armazenamento dos operandos;
Realocação de endereços e controle dos barramentos.
BIU ‐ Funcionamento
Se a BIU estiver processando uma pré‐busca, e se a EU requisitar uma operação, a BIU terminará
primeiramente a execução de busca.
BIU: utiliza um mecanismo de O registro fila é do tipo FIFO: pré‐busca.
o primeiro byte armazenado Busca instruções deixando‐
será o primeiro a ser retirado
as na fila (QUEUE),
pela EU.
proporcionando um aumento da velocidade de processamento.
Atividade em Sala
Quem gerencia a BIU?
Qual a importância da BIU em relação ao SO?
Perguntas.
Atividade em Sala
Respostas:
Quem gerencia a BIU?
R.: SO.
Qual a importância da BIU em relação ao SO?
R.: O SO gerencia todas as transações das instruções, tanto, internamente (entre os recursos), como também, dos recursos com o meio externo.
Unidade de Execução (EU)
É responsável pela decodificação e execução de todas instruções;
Sua composição:
Unidade Lógico‐Aritmética (ULA);
Flags (sinalizadores) de estado e controle;
Registros gerais;
Registros temporários;
Lógica de controle de fila.
SO – Gerência de Recursos: Processador 8086
Unidade de Execução (EU)
8086 Unidade de Execução
EU
EU ‐ Funcionamento
1 EU: busca as instruções do registro de fila da
BIU.
2 Processa a decodificação destas instruções.
3 Gera endereços de operandos/tarefas.
4 Transfere estes endereços à BIU, requisitando
ciclos de leitura/gravação na memória ou E/S.
5 Processa a operação de instrução sobre estes
operandos/tarefas.
EU ‐ Funcionamento
EU ‐ Funcionamento
Na execução a EU testa os flags de estado e
controle.
Quando a EU executa uma instrução de desvio, ela transfere o controle para uma nova localização de memória;
Modifica estes flags conforme a instrução.
Dessa forma, a EU não precisa esperar pela
busca na memória.
+ Agilidade
Geralmente, o registro fila contém no mínimo 1
byte de código de instrução.
Neste instante, a BIU reinicia o registro da fila, e passa a executar a pré‐busca das instruções da nova localização.
Atividade em Sala
Qual a principal função da EU?
Perguntas.
Atividade em Sala
Qual a principal função da EU?
R.: Praticamente, ela executa (calcula, decodifica) todo processamento de um processador, ou seja, todo resultado requisitado por uma rotina estabelecida por um programa.
Vídeo
Nanotecnologia Inovação Nanoestrutura: Memória de computador
Registradores
Elementos de memória muito rápidos, alocados dentro do processador:
Dados;
Indicadores/ponteiros e de índice;
Segmento;
Estado/flags e indicador de instrução.
8086 – Registradores
Registradores de dados
São utilizados nas operações aritméticas e lógicas, e são divididos em:
AX: funciona como acumulador. BX: utilizado p/ referenciar Ex: multiplicação.
posições de memória.
CX: tem a função de contar o número de bytes/palavras de uma string.
DX: é usado em operações, como exemplo, na divisão para armazenar o resto. E ainda, para especificar endereço de E/S.
Registradores indicadores/
ponteiros e de índice
Armazenam valores de deslocamento a fim de acessar certas posições de memória muito usadas, como, pilha ou uma array, sendo:
SP e BP: armazenam deslocamentos no segmento de pilha.
SI e DI: usados p/ armazenar deslocamentos no segmento de dados.
Registradores de flags
Indica o estado do microprocessador durante a execução de cada instrução, sendo, um conjunto de bits individuais, onde, cada bit indica alguma propriedade.
Registradores de segmento
Áreas alocadas para o programa;
Os dados e a pilha são endereçadas separadamente, mas podem se misturar a qualquer momento.
CS, DS, SS, ES: são usados para apontar a base dos 4 segmentos endereçáveis de memória: código, dados, pilha e extra.
IP: no segmento de código corrente,
localiza a posição da próxima instrução a ser executada.
Registradores de flags
Subdividem‐se em: FLAGS de estado (status) e FLAGS de controle.
Registrador de 16 bits:
6 FLAGS de estado;
3 FLAGS de controle;
7 bits não utilizados (sem função).
Exemplo de registrador de 16 bits
Linguagem de Máquina
Exemplo de manipulação direta dos registradores a nível de linguagem de máquina, utilizando a linguagem Assembly (“Assembler”).
Por ser uma linguagem de máquina é considerada de baixo nível.
Programa em Assembler
MOV AX,0006: Insere o valor 0006 no registrador AX;
MOV BX,0004: Insere o valor 0004 no registrador BX; ADD AX,BX: Adiciona BX ao conteúdo de AX; INT 20: Finaliza o Programa. Obs.: A única coisa que este programa faz é salvar dois valores em dois registradores e adicionar o valor de um ao outro. Atividade em Sala
Qual a função geral dos registradores?
Perguntas.
Atividade em Sala
Qual a função geral dos registradores?
R.: Eles são responsáveis por todos arranjos dos dados de uma instrução, ou seja, organizam as entradas das tarefas possibilitando o cálculo do resultado.
Os exemplos podem ser: instrução básica de soma, cáculo matemático complexo, jogos, arranjos de textos, montar uma imagem, entre outros. Aprendizado
Parabéns a todos vocês, pela busca de conhecimento!!!
REFERÊNCIAS: Deitel, H. M.; Deitel, D. R.; Choffnes, D. R.; Sistemas Operacionais. Pearson Education
do Brasil, São Paulo, 2005.
Machado, Francis B.; Maia, Luiz P.; Arquitetura de Sistemas Operacionais. LTC, Rio de Janeiro, 2007.
Mateus, Eloá J. F.; Sistemas Operacionais. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2010.
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