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Sistemas Operacionais

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Apresentação em tema: "Sistemas Operacionais"— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas Operacionais
Aula 26

2 Agenda Dica: ferramentas para SO Conceitos de SO:
Revisão dos componentes estudados; Memória e dispositivos de entrada e saída.

3 Ferramenta para SO MultiBoot ISOs Uma ferramenta para manutenção em pen drive de boot. Vários SOs em um único Pen drive de boot Basta rodar o programa, escolher o pen drive e o sistema que será instalado. Repita a operação para adicionar novos sistemas operacionais. Para cada um deles, marque a opção Download The ISO, para baixar o respectivo pacote de instalação, caso não o tenha no HD. Esse é o endereço para baixar, indicado pelo site da revista info:

4 Revisão dos componentes estudados

5 Revisão dos componentes estudados
Kernel como o cérebro e o coração de um sistema operacional. Kernel de um sistema operacional é entendido como o núcleo deste ou, numa tradução literal, cerne.

6 CHAMADAS DE SISTEMAS As chamadas ao Sistemas são um mecanismo que tem por objetivo proteger o Núcleo do sistema e de acessar os seus serviços. Quando uma aplicação ou um programa deseja utilizar algum serviço do Sistema Operacional, realiza a chamada por meio de uma Rotina( procedimento de biblioteca) e essa rotina acessa a System Calls que retorna o dado(objeto, instrução) requerida.

7 PROCESSOS Processo é o conceito central em qualquer sistema operacional, uma abstração de um programa em execução, ou seja, o programa é o código e o processo é a execução. Exemplo: Os computadores podem fazer várias coisas ao mesmo tempo. Enquanto executa um programa do usuário, ele pode estar lendo os dados de um disco e também enviando algo para ser impresso. Na realidade ele está executando vários processos.

8 THREADS Um processo tem duas partes: Ativa (fluxo de controle) e
Passiva (espaço de endereçamento) Um thread consiste somente no fluxo de controle. É chamado também de processo leve ou diet. É muito mais fácil e rápido criar threads que processos, Muitas vezes os processos usam dados compartilhados, e usar vários threads no mesmo espaço de endereçamento é mais eficiente e mais rápido. Sendo uma linha de execução, a thread pode se dividir em duas ou mais tarefas que podem ser executadas simultaneamente.

9 Gerenciamento de Memória
Dois métodos gerais de gerenciamento de memória podem ser usados: Troca de processos Memória virtual

10 Troca de Processos A estratégia mais simples denominada troca de processos, consiste em trazer totalmente cada processo para a memória, executa-lo durante algum certo tempo, depois devolve-lo ao disco.

11 Memória Virtual A memória virtual permite que programas possam ser executados mesmo que estejam apenas parcialmente carregados na memória principal.

12 Memória virtual A memória virtual consiste num conjunto de recursos de hardware e software que possui três funções básicas: Assegurar que cada processo (aplicação) tenha o seu próprio espaço de endereçamento, começando em zero (problema de recolocação), Proteção de memória, para impedir que um processo utilize um endereço de memória que não lhe pertença, Possibilitar que uma aplicação utilize mais memória do que a fisicamente existente (essa é a função mais conhecida).

13 MV: Funcionamento Memória virtual é uma extensão da memória Ram, é a junção da memória principal com a secundária, quanto menos memória tiver o computador mais ele necessitara da virtual. A idéia básica desse conceito é que o tamanho total do programa, ou seja, seu código mais seus dados e a pilha, podem exceder na quantidade de memória física disponível para ele. O sistema operacional mantém as partes ativas do programa na memória e o restante no disco.

14 M. Virtual - Exemplo Um programa de 16MB que pode ser executado com apenas 4MB, mantendo os 4MB ativo na memória a cada instante, com partes do programa sendo dinamicamente carregadas na memória ou removidas dela de acordo com a necessidade.

15 DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA - E/S

16 DISPOSITIVOS DE E/S Uma das principais funções do sistema operacional é gerenciar os dispositivos de entrada e saída (E/S). A transferência de dados entre o mundo externo e a memória é possibilitada através do uso desses dispositivos. Eles são conectados ao conjunto memória e processador por portas de E/S de dados, através das quais ocorre a transferência.

17 I/O - Meio de Comunicação
O usuário se comunica com o núcleo do computador (composto por UCP e memória principal) através de dispositivos de entrada e saída (dispositivos de E/S ou I/O devices).

18 Dispositivos de Entrada e Saída
Os dispositivos de entrada e saída são responsáveis pela comunicação homen- computador. Em geral, os dispositivos de entrada ou de saída são chamados de periféricos (porque se encontram instalados fora do núcleo principal UCP/MP, mas ficam na maior parte das vezes próximos, isto é, na sua periferia).

19 E/S – Funções Os dispositivos de entrada e saída tem como funções básicas: Comunicação do usuário com o computador; Comunicação do computador com o meio ambiente (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados); Armazenamento (gravação) de dados.

20 Classificação de dispositivos de E/S
As características que regem a comunicação de cada um dos dispositivos de E/S (entrada e saída) com o núcleo do computador (composto de UCP e memória principal) são diferentes entre si.

21 Dispositivos de E/S - categorias:
Dispositivos de blocos – a transferência de dados é executada usando-se o método de acesso direto à memória (DMA). O hardware deve estar equipado com uma unidade de controle própria, que será responsável por coordenar a transferência dos dados entre posições específicas da memória e a porta de E/S de dados. Dispositivos de caractere – envia ou recebe um fluxo de caracteres. Para cada palavra lida, por exemplo, é necessário que seja executada pelo processador, uma instrução de leitura da porta e outra destinada a fazer com que o processador armazene a palavra na memória.

22 Diferenças entre dispositivos
Cada dispositivo de E/S se comunica com o núcleo de forma diversa do outro. Os dispositivos de entrada e saída são muito mais lentos que o computador, característica essa que impõe restrições à comunicação, uma vez que o computador precisa esperar muito tempo pela resposta do dispositivo. Outra diferença fundamental diz respeito às características das ligações dos sinais dos dispositivos. Os primeiros computadores, especialmente os de pequeno porte, eram muito lentos e os problemas de diferença de velocidade eram resolvidos sem dificuldade e não representavam problema importante. Dessa forma, a ligação dos dispositivos de E/S era feita através de circuitos simples (as interfaces) que apenas resolviam os aspectos de compatibilização de sinais elétricos entre os dispositivos de E/S e a UCP. Os aspectos relativos a diferenças de velocidade (especialmente tempo de acesso) sao resolvidas por software. Entre esses componentes, trafegam informações relativas a dados, endereços e controle.

23 Interface e Barramento
Um dispositivo é conectado ao computador através de um componente de hardware denominado interface. Essa por sua vez é interconectada aos barramentos internos do computador. Para cuidar das diversidades de operações de cada periférico, as interfaces empregam no seu projeto um outro componente, o controlador, ou seja, um processador projetado especificamente para realizar uma função, como por exemplo, controlar um disco rígido.

24 Formas de E/S A interação entre a CPU e a interface (controlador), para realizar operações de E/S, pode acontecer de três maneiras diferentes: E/S programada; Via interrupções; Acesso Direto à Memória (DMA).

25 E/S PROGRAMADA Usada quando não há sistema de interrupção (nos computadores antigos era assim, hoje a técnica só é usada em máquinas simples) Toda interação entre CPU e o controlador é de responsabilidade do programador. O ciclo de funcionamento é baseado no envio de um comando ao controlar e na espera de sua realização. Exemplo: O processador envia um comando de leitura ao controlador e, em seguida, fica testando continuamente (em busy loop) o registrador de estado para verificar se o dado solicitado já está disponível. Em caso afirmativo, o processador efetua a leitura.

26 E/S PROGRAMADA O problema desse método é que as operações de E/S são muitos lentas em comparação com as operações de cálculo. Utilizar continuamente o processador para verificar o andamento de uma operação de E/S representa um desperdício muito grande de tempo de cálculo.

27 COMUNICAÇÃO VIA INTERRUPÇÃO
Nessa situação, o processador é responsável – via – software apenas por iniciar uma operação de E/S enviando comandos à interface. Após, o processador passa a executar outra tarefa, e o controlador, a operação de E/S. Quando a operação termina, o controlador interrompe o processador, provocando a execução do tratador de interrupção, o qual irá acionar o driver do dispositivo.

28 ACESSO DIRETO À MEMÓRIA
A técnica de DMA baseia-se no emprego de um hardware especial, o controlador de DMA. Para realizar a transferência de dados entre um dispositivo e a memória o DMA possui a capacidade de acessar diretamente a memória, sendo então conectado fisicamente ao barramento de dados e de endereços do computador. O controlador de DMA possui internamente uma série de registradores utilizados pela CPU para programar a transferência de dados. Existe um par de registradores para o armazenamento dos endereços fonte e destino da transferência, um registrador que determina quantos bytes devem ser transferidos, um registrador de comando e um de estado. Após acionar o DMA, o processador pode se dedicar a outra tarefa. No término da transferência, o controlador de DMA sinaliza o processador através de uma interrupção de hardware. A técnica de DMA é mais eficiente que as discutidas anteriormente quando a operação de E/S envolve a leitura (ou escrita) de muitos dados como uma leitura de disco ou a recepção de uma mensagem em uma rede local.

29 Formas de Comunicação A comunicação entre o núcleo do computador e os dispositivos de E/S poderia ser classificada em dois grupos: Comunicação paralela; ou Comunicação serial.

30 Comunicação em Paralelo
Na comunicação em paralelo, grupos de bits são transferidos simultaneamente (em geral, byte a byte) através de diversas linhas condutoras dos sinais. Desta forma, como vários bits são transmitidos simultaneamente a cada ciclo, a taxa de transferência de dados ("throughput") é alta. Envolve um controle sofisticado e é razoavelmente complexo, o que o torna mais caro. Um dos problemas importantes diz respeito à propagação dos sinais no meio físico, isto é, no cabo de conexão entre o dispositivo e a interface.

31 Problemas na Comunicação em Paralelo
A propagação do sinais (os bits) de cada byte cdeve chegar simultaneamente à extremidade oposta do cabo, onde então serão re- agrupados em bytes. Como os condutores que compõem o cabo usualmente terão pequenas diferenças físicas, a velocidade de propagação dos sinais digitais nos condutores poderá ser ligeiramente diferente nos diversos fios. Dependendo do comprimento do cabo, pode ocorrer que um determinado fio conduza sinais mais rápido (ou mais lento) que os demais fios e que desta forma um determinado bit x em cada byte se propague mais rápido e chegue à extremidade do cabo antes que os outros n-1 bits do byte. Este fenômeno é chamado skew, e as conseqüências são catastróficas: os bits x chegariam fora de ordem (os bytes chegariam embaralhados) e a informação ficaria irrecuperável.

32 Solução e exemplos de aplicação
Solução: limitar o comprimento do cabo que interliga um dispositivo ao computador, quando se usa o modo paralelo. As restrições citadas contribuem para que a utilização da comunicação em paralelo se limite a aplicações que demandem altas taxas de transferência, normalmente associadas a dispositivos mais velozes tais como unidades de disco, CD-ROM, DVD, ou mesmo impressoras, e que se situem muito próximo do núcleo do computador. Em geral, o comprimento dos cabos paralelos é limitado a até um máximo de 1,5 metro.

33 Comunicação Serial Na comunicação serial, os bits são transferidos um a um, através de um único par condutor. Os bytes a serem transmitidos são serializados, isto é, são "desmontados" bit a bit, e são individualmente transmitidos, um a um. Na outra extremidade do condutor, os bits são contados e quando formam 8 bits, são remontados, reconstituindo os bytes originais. Nesse modo, o controle é comparativamente muito mais simples que no modo paralelo e é de implementação mais barata. Como todos os bits são transferidos pelo mesmo meio físico (mesmo par de fios), as eventuais irregularidades afetam todos os bits igualmente. Portanto, a transmissão serial não é afetada por irregularidades do meio de transmissão e não há skew. No entanto, a transmissão serial é intrinsecamente mais lenta (uma vez que apenas um bit é transmitido de cada vez).

34 Utilização Comunicação Serial
Como os bits são transmitidos seqüencialmente um a um, sua utilização é normalmente indicada apenas para periféricos mais lentos, como por exemplo teclado, mouse, etc. ou quando o problema da distância for mandatório, como nas comunicações a distâncias médias (tal como em redes locais) ou longas (comunicações via linha telefônica usando modems). Obs.: Comparativamente, a transmissão serial tem recebido aperfeiçoamentos importantes (seja de protocolo, de interface e de meio de transmissão) que vem permitindo o aumento da velocidade de transmissão por um único par de fios, cabo coaxial ou de fibra ótica. Como o aumento da velocidade de transmissão em interfaces paralelas ocasiona mais skew, a tendência tem sido no sentido do aperfeiçoamento das interfaces seriais que hoje permitem taxas de transferência muito altas com relativamente poucas restrições de distância. Em microcomputadores, a interface USB - Universal Serial Bus permite hoje ligar até 128 dispositivos a taxas muito altas (centenas de kbps).

35 Comparação Paralelo -Custo Maior - Distância Menor - Throughput alto Serial - Custo Menor - Distância sem Limite - Throughput Baixo

36 Exemplo de comunicação homem-máquina
Exemplos Exemplo de comunicação homem-máquina Entrada: teclado Saída: Monitor

37 Dispositivos de Entrada
Os dispositivos de entrada permitem ao usuário do computador introduzir dados, comandos e programas na CPU. O dispositivo mais comum é o teclado, utilizado na interação direta dos usuários com o computador. O princípio de operação do teclado é simples: gerar um símbolo para cada tecla pressionada. Ele pode ser visto com uma matriz de x linhas e Y colunas nas quais entram em contato quando uma tecla é pressionada. O teclado identifica a linha e a coluna associadas a essa tecla e gera um código denominado scan code (código de varredura) o qual é colocado no registrador de dados da interface do teclado. Outros dispositivos de entrada são as canetas óticas, que transmitem informações gráficas da mesa digitalizadora até o computador. O joystick é o mouse, que converte o movimento físico em movimento dentro de uma tela de computador.

38 Teclado O teclado é considerado o principal dispositivo de entrada nos computadores pessoais, pois permite o a entrada de dados na maioria das aplicações computadorizadas atualmente. O teclado está na categoria dos dispositivos que comunicam com o ser humano, como também são o vídeo e as impressoras. Nesse caso, eles precisam ser dotados de mecanismos que reconheçam de algum modo os símbolos utilizados pelos humanos (como caracteres alfabéticos e outros símbolos de nossa linguagem). No caso do teclado, este reconhecimento é realizado pela interpretação do significado elétrico de cada tecla ser pressionada.

39 Entrada Mouse

40 Scanner Os programas para scanners têm um sistema de reconhecimento ótico de caracteres que permite ao programa reconhecer os caracteres impressos e escritos, chamado de OCR - Optical Character Recognition – Reconhecimento óptico de caracteres.

41 Dispositivos de Saída Os dispositivos de saída são responsáveis pela exibição dos resultados do processamento realizado pelo computador para o usuário. Eles se caracterizam por “receber” os dados já processados e apresentar sob forma de som, imagem ou texto.

42 Dispositivos de saída Os dispositivos de saída permitem ao usuário ver o resultados dos cálculos ou das manipulações dos dados do computador, fazendo uma comunicação no sentido do computador para o usuário. O monitor é um dos dispositivos de saída de um computador que serve de interface ao usuário, na medida em que permite a visualização interação dos dados disponíveis. A impressora é um periférico que, quando conectado a um computador ou uma rede tem a função de dispositivo de saída imprimindo textos gráficos ou qualquer outro resultado de uma aplicação.

43 Monitor de Vídeo Na tela aparecem as informações do sistema operacional e dos programas e em que, também, se pode ver o resultado do trabalho feito. A tela é composta por pontos. Quanto maior for cada ponto menor será a resolução, ou seja, a nitidez da imagem. Quanto menor for o ponto, o mesmo vídeo possuirá mais pontos e melhor será a resolução. A resolução da tela é responsável pela nitidez das imagens e do texto e depende de dpi - dots per inch, pontos por polegada, que servem para formar as imagens na tela ou pixel - é uma abreviatura de picture elements e representa os pontos.Quanto maior forem dpi e o número de pixels melhor será a resolução. Placa de vídeo. A quantidade de cores e a resolução que o monitor pode apresentar, também dependem da placa.

44 Tipos e Resolução CRT - (Catodic Ray Tube - Tubo de Raios Catódicos).
Desvantagens: Tamanho do tubo de imagem (que implica num tamanho maior do monitor), Perda de qualidade de imagem nas extremidades da tela e a radiação emitida. Consumo de energia. Vantagens: Baixo custo; Compatibilidade com baixa resolução;

45 Tipos e Resolução LCD - (Liquid Crystal Display - Monitor de Cristal Líquido). Baseia-se nas propriedades do reflexo da luz através de um conjunto de substâncias de material líquido. Muitos fabricantes vêm conseguindo melhorar cada vez mais a qualidade dessas telas, tanto que, já existem até televisores de cristal líquido, que alcançam o tamanho de 40. Desvantagens: A sensibilidade, o ângulo de visão, a reprodução de cores e o tempo de vida de um LCD ainda podem ser inferiores a diversos monitores CRT. Vantagens: De modo geral, os monitores LCD consomem, em média, 50% a 70% menos energia do que os monitores convencionais CRT. Admite-se que monitores LCD de 15’’ consomem 30% da energia dos monitores CRT de 15’’ e que os LCD de 17’’ consomem aproximadamente 50% dos CRT de 17’’. Qualidade superior da imagem

46 Impressoras A qualidade de impressão é medida em pontos por polegada (dpi). Uma impressora com qualidade de 600x800 dpi imprime em cada polegada quadrada 600 pontos no sentido longitudinal e 800 pontos no comprimento.

47 Bibliografia Sistemas Operacionais Modernos, 2aedição
Andrew Tanenbaum, EditoraPearson, Operating Systems (4th edition),William Stallings, Prentice Hall, 2001


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