Aulasarquivos 2011-11-111321009862104

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Aulasarquivos 2011-11-111321009862104

  1. 1. PROFESSOR  ÉVERSON MATIAS DE MORAIS Graduação em Processamento de Dados Especialização em Ciência da Computação Mestrado em Ciência da Computação SISTEMAS OPERACIONAIS Aula 1 Sistemas Operacionais Sistemas operacionais (so) Sistema Operacional (SO); Recursos; Camadas; História; Gerência de Recursos; Gerência de Recursos – Eventos; Gerência de Recursos – Processador. Roteiro O que é um Sistema Operacional ? SO
  2. 2. 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. SO SO ‐ Principais Recursos  São interligados através de  barramentos. SO ‐ Localização em Relação às Camadas de um  Sistema Computacional Hardware Sistema Operacional Aplicação 2 Aplicação 3Aplicação 1 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 ‐ História Mac OS; MS‐DOS; Novell (rede); OS/2; Unix/Linux; Windows; Solaris. SO ‐ Exemplos Para dispositivos  móveis: Palm OS; Symbian OS; Windows Mobile; BREW; Android. Gerência de Recursos SO
  3. 3. Um sistema computacional consiste na execução  de instruções. SO – Gerência de Recursos Ao ser iniciada a máquina, uma instrução, é colocada no IR. IR (Registro de Instrução): um dos  registradores do processador. Mas de onde vem essa instrução??? 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. SO – Gerência de Recursos ‐ Bootstrap Kernel Gerencia as principais funções dentro do S.O. Ex.: Memória, processos, arquivos e dispositivos E/S. 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. SO – Gerência de Recursos ‐ Bootstrap BIOS: armazenado em uma  memória não volátil (permanente), como exemplo:  ROM, PROM, EPROM, EEPROM ou Flash. Para que serve o firmware? Cite exemplos de equipamentos que utilizam um  firmware. Perguntas. 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. Atividade em Sala Exemplos: Um clique em um programa que será executado; Um comando de impressão; Salvar um documento. SO – Gerência de Recursos Eventos Após sua inicialização, o S.O. permanece em execução e fica no aguardo de algum evento. 
  4. 4. 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 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 Portanto, a partir do gerenciamento do  processador, memória e dispositivos de E/S pelo  SO. SO – Gerência de Recursos Eventos é possível a execução de várias tarefas ao “mesmo tempo”, como: jogar, escutar música  e Imprimir um documento. Multiprogramação Trânsito de motos em Saigon Vídeo Indique o evento essencial na multiprogramação; Principal objetivo da multiprogramação; Perguntas. Atividade em Sala
  5. 5. Respostas: Indique o evento essencial na multiprogramação?  R.: Interrupção. Principal objetivo da multiprogramação. R.: Permite a execução de várias tarefas ao  “mesmo tempo”. Atividade em Sala  SO – Gerência de Recursos: Processador 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 8086 Possui 2 processadores no mesmo  chip: Unidade de Execução (EU); Unidade de Interface de Barramento  (BIU). Cada processador possui seus  próprios registros. SO – Gerência de Recursos:  Processador 8086 Trabalham de maneira assincrona com o outro. Unidade de Execução EU Unidade de Interface de Barramento BIU 8086 SO – Gerência de Recursos:  Processador 8086 Unidade de Interface de Barramento (BIU)
  6. 6. 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. Unidade de Interface de Barramento (BIU) Igual aoIR 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 8086 Unidade de Interface de  Barramento BIU Se a BIU estiver processando uma pré‐busca,  e se  a EU requisitar uma operação, a BIU terminará primeiramente a execução de busca. BIU ‐ Funcionamento BIU: utiliza um mecanismo de  pré‐busca. Busca instruções deixando‐ as na fila (QUEUE), proporcionando um aumento  da velocidade de  processamento. O registro fila é do tipo FIFO:  o primeiro byte armazenado  será o primeiro a ser retirado pela EU. 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. Atividade em Sala
  7. 7. SO – Gerência de Recursos:  Processador 8086 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. 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 Na execução a EU testa os flags de estado e controle. Modifica estes flags conforme a instrução. Geralmente, o registro fila contém no mínimo 1 byte de código de instrução. Dessa forma, a EU não precisa esperar pela busca na memória. +Agilidade Quando a EU executa uma instrução de  desvio, ela transfere o controle para uma  nova localização de memória; Neste instante, a BIU reinicia o registro da  fila, e passa a executar a pré‐busca das  instruções da nova localização. EU ‐ Funcionamento
  8. 8. 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. Atividade em Sala Nanotecnologia Inovação Nanoestrutura: Memória  de computador Vídeo 8086 – Registradores Elementos de memória muito  rápidos, alocados dentro do  processador: Dados; Indicadores/ponteiros e de  índice; Segmento; Estado/flags e indicador de  instrução. Registradores São utilizados nas operações aritméticas e lógicas,  e são divididos em: Registradores de dados AX: funciona como acumulador.  Ex: multiplicação. BX: utilizado p/ referenciar  posições de memória. DX: é usado em operações, como exemplo,  na divisão para armazenar o resto. E ainda,  para especificar endereço de E/S. CX: tem a função de contar o número de  bytes/palavras de uma string.
  9. 9. Armazenam valores de deslocamento a fim de  acessar certas posições de memória muito usadas,  como, pilha ou uma array, sendo: Registradores indicadores/ ponteiros e de índice SP e BP: armazenam deslocamentos no segmento  de pilha. SI e DI: usados p/ armazenar deslocamentos no  segmento de dados. Áreas alocadas para o programa; Os dados e a pilha são endereçadas  separadamente, mas podem se misturar a  qualquer momento. Registradores de segmento IP: no segmento de código  corrente, localiza a posição  da próxima instrução a ser  executada. CS, DS, SS, ES: são usados  para apontar a base dos 4  segmentos endereçáveis de  memória: código, dados,  pilha e extra. 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 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). Registradores de flags Exemplo de registrador de 16 bits 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. Linguagem de Máquina 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.  Programa em Assembler
  10. 10. 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.  Atividade em Sala 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. Aprendizado © 2011 – Todos os direitos reservados.Uso exclusivo no Sistema de Ensino Presencial Conectado.

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