Introdução à
Informática
Aula 5 – parte 1
Software: Sistemas Operacionais
DSC/CEEI/UFCG
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1
SOFTWARE
 Conjunto de instruções/funções/tarefas que
definem o que o computador deve executar
para chegar a um determinado resultado.
 Instruções eletrônicas que em geral residem
em um meio de armazenamento.
 Um conjunto específico destas instruções é
chamado Programa.
 Quando o computador está usando um
programa em particular, dizemos que eles
está rodando ou executando aquele
PROGRAMA.
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SOFTWARE
Programas:
 Partes componentes do software
 Desenvolvidos utilizando Linguagens de Programação.
 Analistas de Sistemas e Programadores
– Projetam e desenvolvem programas / software
 Engenharia de Software
– Área de estudo que se preocupa com o desenvolvimento
de software
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Categorias de Software
SOFTWARE
APLICATIVO
Define como os recursos de hardware
são empregados na solução de um
problema (compiladores, jogos, banco
de dados,...)
SOFTWARE
DO SISTEMA
Controla e coordena o uso do
hardware entre vários programas
aplicativos e usuários.
Sistema Operacional
Software Utilitário
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5
Sistemas Operacionais
 O sistema operacional é software: um conjunto
de rotinas que são executadas pelo processador
para facilitar o acesso aos componentes de
hardware (processador, memória, dispositivos de
E/S), e gerenciar o uso do sistema de
computação (hardware e software).
 Tradicionalmente os S.O. eram escritos em
linguagem Assembly. Já faz um certo tempo que
a maioria dos S.O. são escritos em linguagens
de alto nível.
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6
Sistemas Operacionais
 Composto por um conjunto de programas e rotinas
 Controla a execução de qualquer software utilizado
em um computador
 Gerencia os recursos do computador (hardware e
software) de modo a:
– Possibilitar sua utilização
– Aumentar sua eficiência
– Permitir a comunicação com outros equipamentos.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 1
processador
BIOS
A fonte de alimentação
fornece energia elétrica
para as diferentes
partes do sistema
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 2
O processador
procura o BIOS
BIOS
Basic Input/Output System
Firmware que contém as
instruções de inicialização
do computador
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BIOS
processador
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 3
A BIOS realiza o
POST
drive de
CD-ROM
processador
conectores
Teste mediante o qual são
verificados componentes
tais como mouse, teclado,
conectores e placas de
expansão
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BIOS
POST
Power-On Self Test
placas de
expansão
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teclado
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 4
drive de CD-ROM
processador
conectores
Chip CMOS
Complementary
Semiconductor
Metal
chip
CMOS
BIOS
Os resultados do
POST são
comparados com os
dados armazenados
no chip CMOS
Oxyde
placas de
expansão
Armazena
informações
de
configuração do computador e
também
detecta
novos
dispositivos conectados 2004 by Pearson Education
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 5
drive de CD-ROM
processador
chip
CMOS
disco
rígido
conectores
Arquivos do sistema
BIOS
O BIOS procura os
arquivos do sistema
no drive A (disco
flexível) e, em
seguida, no drive C
(disco rígido)
placas de
expansão
Arquivos específicos do
sistema operacional,
carregados durante a
inicialização
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 6
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drive de CD-ROM
processador
chip
CMOS
disco
rígido
conectores
BIOS
O programa de boot
carrega na RAM o
kernel do SO
(armazenado no
HD), o qual assume,
a partir de então, o
controle do
computador
módulos de
memória RAM
placas de
expansão
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Funções dos Sistemas Operacionais
Inicialização
Passo 7
O SO carrega informações
de configuração, exibe a
área de trabalho (desktop)
na tela e executa
programas na pasta Iniciar
(StartUp)
Pasta Iniciar (StartUp)
Contêiner de uma lista de
programas que são
automaticamente
iniciados quando o
computador é inicializado
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Step 7
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gestão da Memória
 O SO aloca uma
porção de um meio
de armazenamento
(usualmente o disco
rígido) para atuar
como RAM adicional
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Disco
(memória virtual)
RAM
(memória física)
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gestão da Memória
Passo 1
swap out de página
O SO transfere os
dados e as instruções
de programas menos
usados recentemente
para o disco rígido,
uma vez que a memória
é necessária para
outros propósitos
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Disco
(memória virtual)
RAM
(memória física)
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gestão da Memória
Passo 2
swap out de página
O SO transfere os
dados e as
instruções de
programas do disco
rígido para a
memória quando
necessários
Disco
(memória virtual)
RAM
(memória física)
swap in de página
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gestão de Programas
• Salvar arquivos em disco.
• Ler arquivos do disco para a memória.
• Verificar o espaço disponível em disco
e memória.
• Alocar memória para armazenar
dados e programas.
• Ler toques de teclas do teclado e
exibir caracteres ou gráficos na tela.
• Os programas trazem incorporados a
si instruções que solicitam ao sistema
operacional estes serviços (chamadas
ao sistema operacional).
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Funções dos Sistemas Operacionais
Programação de Tarefas
 Ambiente Multi-Tarefas - Usuário trabalha ao mesmo tempo
com duas ou mais aplicações residentes na memória.
Aplicação em
foreground
Aplicações em
background
(listadas na barra
de ferramentas)
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Funções dos Sistemas Operacionais
Multiprogramação

O uso de um computador potente com múltiplas CPUs.

Múltiplos programas rodam simultaneamente.
– Cada um é executado em seu próprio processador

Dois ou mais programas executados concorrentemente.
–
–

Os programas se alternam na utilização da CPU.
Baseada em eventos.
• Uma interrupção suspende o processamento para permitir a execução
de um outro programa.
• Depois que o segundo programa é executado, o sistema operacional
retorna a CPU a outro programa.
Geralmente é usada em programas em lote que não exigem
entrada do usuário.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Interface com o Usuário
Controle
do modo de entrada de dados e do modo de apresentação
das informações na tela do monitor
Interface gráfica (GUI ou WIMP)
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Interface orientada a caractere
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Funções dos Sistemas Operacionais
Interface com o Usuário
 Do ponto de vista do usuário, o que faz ou prejudica um sistema
operacional é a qualidade da interface com o usuário
 Às vezes, a interface com o usuário é denominada shell, sugerindo a
idéia de que a interface com o usuário (o shell) “envolve” o sistema
operacional (o kernel dentro do shell).
 Os três tipos de interfaces com o usuário são:
• Interface de linha de comando,
• Interface baseada em menus e
• Interface gráfica.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Interface com o Usuário
• Interface de linha de comando
• A comunicação é feita via digitação de palavras (limitadas) e símbolos
no teclado do computador;
• O usuário controla os programas através da digitação de comandos no
aviso de comando (prompt), Exemplo: c> ;
• Exige que o usuário digite os comandos utilizando palavras-chave que
instruem o sistema operacional sobre o que fazer (Ex.: “format” e
“copy”).
• Usuário deve conhecer as regras de sintaxe.
• Pouco utilizados pelos usuários porque exigem memorização e é muito
fácil cometer um erro de digitação.
• Preferido pelos usuários experientes.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Interface com o Usuário
• Interface Baseada em Menus
• Permitem que o usuário evite a memorização das palavras-chave e
sintaxe. Os menus baseados em texto na tela mostram todas as
opções disponíveis em um determinado ponto.
• Alguns sistemas permitem que o usuário clique a opção desejada com
o mouse.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Interface com o Usuário
• Interface gráfica
• Também conhecida por GUI (Graphical User Interface);
• Possibilita o trabalho em termos visuais;
• Desenvolvimento do conceito de Menus, ícones e caixas de diálogos
• Facilidade de utilização medida pela intuitividade da interface
• Tipo de interface chamada amigável
• Utiliza o conceito de desktop - área de trabalho digital: Mesa de
trabalho digital
• Calculadora, bloco de notas, pastas, lixeira, etc...
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Funções dos Sistemas Operacionais
Comunicação SO - dispositivo de E/S
 Driver de Dispositivo - Programa que possibilita a comunicação
do SO com um dispositivo de E/S
 Cada dispositivo requer um driver próprio
driver de
dispositivo
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Funções dos Sistemas Operacionais
Comunicação SO - dispositivo de E/S
 Plug’n Play (PNP ou Plug and Play)
 Reconhecimento de novos dispositivos pelo computador, instalação
automática de drivers para esses dispositivos e verificação de conflitos com
outros dispositivos
 Suportado pela maioria dos dispositivos e SO atuais
 Quando se liga um sistema Plug’n Play, o principal árbitro entre o
software e o hardware, o BIOS é o primeiro componente a assumir o
controle
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Arquivo
• Os sistemas operacionais agrupam os dados em
compartimentos lógicos para armazená-los em disco
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Arquivo
Como os Dados São Organizados
Setor ou Segmento
2
1
9
3
8
Trilhas
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4
5
7
Cluster
6
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Arquivo
Como os Dados São Organizados
 Trilha
– A porção circular da superfície
do disco que passa sob a cabeça
de leitura/gravação.
• Um disco flexível tem 80 trilhas em
cada superfície.
• O disco rígido pode ter 1.000 ou
mais trilhas em cada superfície de
cada lâmina.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Arquivo
Como os Dados São Organizados
 Setor
– Cada trilha é dividida em setores que
contêm um número fixo de bytes.
• Tipicamente, 512 bytes por setor.
– A gravação por zonas atribui mais
setores às trilhas que estão nas zonas
externas do que àquelas que estão nas
zonas internas.
– Usa o espaço de armazenamento de
maneira mais completa.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Arquivo
Como os Dados São Organizados
 Cilindro
– A trilha sobre cada superfície, que
está sob a cabeça de
leitura/gravação, em determinada
posição das cabeças de
leitura/gravação.
– Quando o arquivo é maior do que a
capacidade de uma única trilha, o
sistema operacional armazena-o em
trilhas que fazem parte do mesmo
cilindro.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Formatação - Processo de
preparação de um disco para
leitura e escrita (gravação).
 Formatação Física - os discos são divididos em
trilhas, setores e cilindro e são gravadas as marcações
servo, que permitem que a placa lógica posicione
corretamente as cabeças de leitura.
 Formatação Lógica - organizado à maneira do
sistema operacional, preparado para receber
dados. A esta organização damos o nome de
“sistema de arquivos”.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 FAT – “File Alocation Table” ou “tabela de alocação
de arquivos”.
 localizado no setor “0” do disco.
A função da FAT é servir como um índice, armazenando
informações sobre cada cluster do disco
 Comparando o FAT com um livro.
 as páginas  clusters;
 a FAT  as legendas e numeração das páginas;
 o diretório raiz índice, com o nome de cada capítulo e
a página onde ele começa.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Organização de arquivos
readme.txt
prova.doc
aula.pdf
Arquivos
0 1 2
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4
?
0 1 2 3 4 5 6 7
Vetor de
blocos
lógicos
Dispositivo
físico
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43
Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Organização de arquivos
/raiz
arquivos
java
Winzip
windows
help
system32
docs
aulas
temp
pedro
carta
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Gravando o arquivo ”carta”
FAT
Arquivo
cluster
Despesas.xls
1
Relatorio anual.doc
2
Disponível
3
Novo orcamento.xls
4
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ENDEREÇO DO CLUSTER
CLUSTER
3
TRILHA
1
SETORES
2,3,4,5
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Técnicas de alocação
– Formas de mapear os blocos dos arquivos em
posições no vetor de blocos lógicos
– Alocação contígua de arquivos
– Alocação em listas encadeadas
• listas diretas ou listas indexadas
– Alocação indexada
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Alocação contígua
 Cada arquivo ocupa um conjunto de blocos lógicos consecutivos.
 Não há blocos vazios entre os blocos de um mesmo arquivo.
 Para cada arquivo, o diretório informa seu bloco de início e o no de
blocos.
arquivo
readme.txt
prova.doc
Aula.pdf
inicio #blocos
010
003
002
008
017
005
0 1 2 3 4 5 6 7
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Alocação contígua
– Vantagens:
• Simplicidade de implementação.
• Rapidez de acesso aos arquivos:
– todos os blocos do arquivo estão próximos.
• Facilidade de acesso seqüencial e aleatório:
– sequencial: basta ler os blocos consecutivos
– aleatório: posições internas podem ser facilmente calculadas a partir da
posição do bloco inicial.
– Desvantagens:
•
•
•
•
Pouca flexibilidade no crescimento dos arquivos.
Tamanho máximo do arquivo deve ser conhecido no momento da alocação.
Ocorrência de fragmentação externa.
Necessidade de desfragmentação periódica
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Alocação encadeada
– Os arquivos são armazenados como listas de
blocos
– cada bloco aponta para o próximo
– diretório aponta para o bloco inicial
– os blocos podem estar espalhados
– Base de funcionamento da FAT
• sistema de arquivos Windows
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Alocação
arquivo
encadeada
readme.txt
prova.doc
Aula.pdf
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inicio #blocos
010
003
002
008
017
005
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Alocação encadeada
– Vantagens
– não há fragmentação externa
– todo o disco pode ser usado
– tamanho dos arquivos pode ser mudado facilmente
– Desvantagens
– acesso aleatório é mais demorado
– maior fragilidade em caso de problemas
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Alocação indexada
– Baseada em tabelas de blocos
• um bloco especial guarda a tabela de blocos
do arquivo: index-node (i-node)
• diretório aponta para os i-nodes
• blocos podem estar espalhados
– Base de funcionamento do UNIX
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Alocação indexada
arquivo
inicio #blocos
readme.txt
010
003
prova.doc
002
008
Aula.pdf
017
005
I-node
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Alocação indexada
– Vantagens
–
–
–
–
não há fragmentação externa
todo o disco pode ser usado
acesso rápido
robustez em caso de problemas
– Desvantagens
– gerência mais complexa
– espaço em disco perdido com os i-nodes
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Fragmentação interna
– Arquivos são alocados em blocos:
– Os blocos têm tamanho fixo.
– Entre 512 bytes e 8 Kbytes.
– Um bloco não pode ser alocado parcialmente.
– Se usarmos blocos de 4096 bytes:
– um arquivo de 5700 bytes ocupará 2 blocos.
– 2492 bytes serão perdidos no último bloco.
– Em média, perde-se 1/2 bloco por arquivo.
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Fragmentação externa
– Espaços vazios entre blocos de arquivos.
– À medida que o sistema evolui:
• arquivos são criados e removidos
• mais espaços vazios aparecem.
• os espaços vazios ficam menores.
 Alocar novos arquivos torna-se difícil !
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Evolução da fragmentação
aloca
aloca
remove
remove
t
aloca
remove
aloca
Agora, como alocar um arquivo com 4 blocos ?
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Desfragmentação
– Mover arquivos para reagrupar os fragmentos em
espaços maiores
– Visa permitir alocar arquivos maiores
– Deve ser feita periodicamente
– Uso de algoritmos para minimizar movimentação
de arquivos (rapidez)
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Estratégias de desfragmentação
Situação inicial
Moveu 6 blocos
Moveu 4 blocos
Moveu 2 blocos
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Estratégias de alocação
– First-fit: usar o primeiro espaço livre
– maior rapidez de alocação
– pouca preocupação com fragmentos
– Best-fit: usar o menor espaço livre
– usar o melhor possível os espaços em disco
– fragmentos residuais são pequenos
– Worst-fit: usar o maior espaço livre
– fragmentos residuais são maiores (mais úteis)
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
Alocando um arquivo c/ 2 blocos
Situação inicial
First-fit
Best-fit
Worst-fit
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Funções dos Sistemas Operacionais
Gerenciamento de Sistema Arquivo
 Tamanho dos blocos
– A escolha do tamanho dos blocos é importante para a
eficiência do sistema.
– Blocos pequenos:
– menor perda por fragmentação interna
– mais blocos por arquivo: maior custo de gerência
– Blocos grandes:
– maior perda por fragmentação interna
– menos blocos por arquivo: menor custo de gerência
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Tipos de Sistemas Operacionais
 Plataforma: combinação de hardware de
computador e software de sistema
operacional.
– Wintel (Microsoft Windows que roda em um PC
baseado em Intel) é a mais comum.
 Plataformas Comuns:
– MS-DOS
– Windows
– MAC OS
– Unix
– Linux
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Programas Utilitários
 Executam tarefas secundárias.
 Exemplos:
– Gerenciador de arquivos
– Compactação de arquivos
– Recursos de Impressão
– Outros
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