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Sistemas Operacionais

1. Introdução

2. Conceitos

                2.1.     Níveis do computador
                2.1.1. Hardware
                2.1.2. Unidade Central de Processamento (UCP)
                2.1.3. Clock
                2.1.4. Registradores
                2.1.5. Memória Principal (MP)
                2.1.6   Memória Cache (MC)
                2.1.7. Memória Secundária (MS)
                2.1.8. Dispositivos de Entrada e Saída (I/O)
                2.1.9. Barramento
                2.1.10.Inicialização do sistema (Boot)

                2.2.      Software
                2.2.1.   Tradutor
                2.2.1.1.Compilador
                2.2.1.2.Interpretador
                2.2.2.   Linker
                2.2.3.   Montador
                2.2.4.   Loader
                2.2.5.   Depurador
                2.2.6.   Linguagem de controle
                2.2.7.   Linguagem de máquina
                2.2.8.   Microprogramação

                3.         Alguns Sistemas Operacionais

1 - Introdução

Sistema operacional (OS) é um conjunto de rotinas executadas pelo processador, da mesma forma que nossos programas. Tem como principal função controlar o funcionamento do computador gerenciando varios recursos disponíveis no sistema. Facilitando ao usuário controlar o hardware.

  O OS tem como funções básicas:

- Facilidade de acesso aos recursos do sistema

É o acesso aos dispositivos periféricos e comunicação com os mesmos. Quando fazemos a leitura de um disquete, por exemplo, existem uma serie de rotinas específicas, controladas pelo OS, responsável por acionar a cabeca de leitura e gravação, posicionar na trilha onde estão os dados, transferir os dados do disco para a memória e, informar ao programa a chegada dos dados.

O OS serve como interface entre usuário e dispositivos do sistema. Este conceito é denominado maquina virtual (virtual machine) e está presente de alguma forma na maioria dos sistemas atuais. Temos diversos níveis de máquina a depender da forma como iremos utilizar o computador, este assunto está mais detalhado em Estrutura de computadores.
Os compiladores, linkers, bibliotecas e outras ferramentas não fazem parte do OS e são apenas utilitários que facilitam o trabalho no sistema operacional.

- Compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida

Quando, em sistemas multiusuários, onde diversos recursos são compartilhados o OS é o responsável por permitir o acesso concorrente a estes recursos sem que um usuário interfira no trabalho do outro.

A mais importante função do sistema operacional é a organização do sistema de arquivos que significa um meio de acesso aos arquivos de um disco.

2 - Conceitos Básicos

2.1. Níveis do computador- o computador pode possuir quantos níveis forem necessários para se adequar às aplicações do usuário. Está basicamente dividido em:

Aplicativos

Utilitários

Sistema Operacional

Linguagem de máquina

Microprogramação

Dispositivos Físicos

 * Sabendo que os três primeiros níveis (de baixo para cima) são os níves de Hardware.

2.1.1 Hardware - É basicamente constituído de UCP, MP e I/O

2.1.2. UCP

    Controla as funções realizadas de todos os dispositivos periféricos do computador.Mantém também controlada a execução de todos os programas que, obrigatoriamente deverão estar na memória.
    Composta basicamentede:
    Unidade lógica de controle (UC)
    Unidade lógica e aritmética (ULA)
    UC- controla as atividades de todos os componentes, através da emissão de pulsos elétricos.
    ULA- realiza operações lógicas e aritméticas.

2.1.3. Clock

Localizado na UCP, gera pulsos elétricos síncronos em um instervalo de tempo. A cada período do sinal de clock damos o nome de Estado. O sinal de clock é utilizado pela UCP para execução das instruções. Para sabermos o tempo de duração de um processo devemos saber quantos estados este processo possui e o tempo de cada um deles.

2.1.4. Registradores

Dispositivo de alta velocidade para armazenamento temporário de dados.
Alguns tipos de registradores:

Contador de Instruções (CI) ou program counter (PC), responsável pelo armazenamento do endereço da próxima instrução que a UCP deverá executar;

Apontador da Pilha (AP) ou stack pointer (SP), contém o endereço de memória do topo da pilha, que é a estrutura onde o sistema mantém informações sobre tarefas que estavam sendo processadas, e tiveram que ser interrompidas por algum motivo;
Registrador de Estado (RE) ou program status word (PSW), armazena informações de execução do programa, como a ocorrência de carry e overflow.

2.1.5. MP

    É composta por unidades de acesso chamadas células, sendo que cada célula ocupa um determinado número de bits. O a cesso ao conteúdo é realizado através de um número denominado endereço, este endereço é uma referência única que se faz uma célula de memória.
    O endereço é especificado através de um registrador de endereço de memória (memory register adress - MAR). Através do conteúdo desse registrador a UCP sabe qual célula de memória será acessada.
    Outro registrador é o registrador de dados da memória (memory buffer register - MBR), neste registrador é guardado o
conteúdo de uma célula de memória, após a leitura ou, para guardar o dado que será transferido para a célula numa gravação.

Veja na tabela abaixo:

Operação de leitura	Operação de gravação
A UCP armazena no MAR, o endereço da célula a ser lida	A UCP armazena no MAR, o endereço da célula que será gravada.
A UCP gera um sinal de controle para a memória principal, indicando que uma operação de leitura deve ser realizada.	A UCP armazena no MBR, a informação que deverá ser gravada.
O conteúdo da célula, identificada pelo endereço contido no MAR, é transferido pelo MBR.	A UCP gera um sinal de controle para a memória principal, indicando que uma operação de gravaçào dever ser realizada.
	A informação contida no MBR é transferida para a célula de memória endereçada pelo MAR.

    A capacidade de memória é limitada pelo tamanho do MAR. A memória principal poderá endereçar 2ⁿ células, isto é, do endereço 0 ao 2ⁿ -1.
    Pode ser classificada de acordo com sua volatilidade - capacidade de armazenamento mesmo sem alimentação
    Memórias voláteis: RAM (Random Acces Memory)
    Memórias não voláteis: ROM (Read only memory), vem pré-gravada do fabricante, tem seu conteúdo preservado mesmo sem alimentação.

EPROM - variação da ROM, erasable programmable

2.1.6. MC

É uma memória de alta velocidade.Toda vez que o processador faz referência a um dado ele verifica primeiro na MC, caso o dado não esteja na cache, este irá pesquisar na principal. Estando na MP, o processador transfere um bloco de dados para a cache. O uso é limitado devido ao seu alto custo.

2.1.7. MS

É não volátil e permanente no armazenamento de dados. Acesso lento. Pode-se citar os hds, mídias magnéticas etc.

2.1.8. I/O

Todos os dispositivos utilizados para comunicação entre o computador e o usuário. Compreende o teclado, mouse etc

2.1.9. Barramento

Interliga os I/O e a memória principal. É também chamado de via, conjunto de fios paralelos, onde trafegam dados, endereços ou sinais de controle.

2.1.10. Boot

É realizado geralmente por um programa localizado numa posição específica do disco, geralmente o primeiro bloco. Setor 0 do disco, com um programa chamado bootstrap.

2.2. Software

2.2.1. Tradutor

Lê o código escrito em linguagem de alto nível e o converte para código de máquina. É gerado um módulo-objeto que está em código de máquina (binário) e, este módulo não é executável. Está dividido em montador ou compilador.

2.2.1.1. Compilador

Gera, a partir de um programa escrito em linguagem de alto nível um módulo-objeto. Não existe a preocupação em saber a arquitetura do processador, cabendo ao programador se preocupar apenas com a compilação do programa. Permite o desenvolvimento de aplicações independentes do equipamento. Opera sob supervisão do sistema operacional.

2.2.1.2. Interpretador

A partir de um programa fonte, escrito em linguagem de alto nível, o interpretador traduz cada instrução e a executa em seguida. Não gera código executável. Ex: Dbase, Basic.

2.2.2. Linker

Gera a partir do módulo-objeto um programa executável. Resolve as referências simbólicas entre e reserva memória para execução do programa).
Para resolver as referências simbólicas, o linker também pode pesquisar em bibliotecas do sistema ou do usuário, nestas bibliotecas encontramos diversos módulos-objetos e/ou definição de símbolos, relocação da região de memória que o programa irá usar.
Nos sistemas multiprogramáveis o linker não pode alocar região de memória, sendo esta fução de relocação de memória feita pelo loader.

2.2.3. Montador (Assembler)

Gera, a partir de um programa escrito em liguagem de montagem, um módulo-objeto. A linguagem de montagem consiste num conjunto de símbolos associados às instruções da linguagem de máquina do processador, ou seja, programação diretamente ligada às características do processador, sendo assim cada tipo de processador tem a sua linguagem diferente.

2.2.4. Loader (Carregador)

Carrega fisicamente na memória um programa para execução. O carregamento varia de acordo com o código gerado pelo linker, em função disto o loader é absoluto ou relocável.
Absoluto : O Loader só precisa conhecer o endereço de memória inicial e o tamanho do módulo, então o loader transfere da MS para MP.
Relocável: O programa pode ser carregado em qualquer posição de memória, o loader é responsável pela relocação no momento do carregamento.

2.2.5. Depurador

Permite a execução instrução por instrução. Possibilita alteração e visualização do estado de variáveis. Implementa "pontos de parada" dentro do programa, quando solicitado.

3. Alguns sistemas operacionais

Linux -

Windows NT -

OS/2 -

DOS - A organização do sistema de arquivos é feita através de hierarquia de diretórios. Os diretórios são arquivos especiais do sistema que armazenam informações relativas aos arquivos que fazem parte dele e seus subdiretórios subordinados. Contém o cadastro de nome de arquivo, seu endereço no disco, tamanho, datas de criação e última alteração, tipos de armazenamento e permissões (somente leitura, oculto). É monousuário, monotarefa e é mantido por três programas que estão constantemente na memória enquanto o sistema estiver operando, são estes:

- IO.SYS
- MSDOS.SYS
- COMMAND.COM

O COMMAND.COM gerencia basicamente todo o computador e permite ao usuário que tenha acesso ao sistema, é o shell do dos, também denominado interpretador de comandos, dentro deste programa temos embutido uma série de comandos dir, del entre outros para a manipulação essencial do sistema. O COMMAND.COM fornece ao usuário um prompt onde é digitado um comando e este comando é acionado através da tecla <enter>.

Os arquivos IO.SYS e MSDOS.SYS são mantidos ocultos e somente leitura pois são essenciais ao funcionamento do sistema.

Os arquivos no MS/DOS estão divididos em duas partes: a primeira constitui o nome do arquivo que pode conter até no máximo 8 caracteres alfanuméricos sem espaço em branco. A outra parte é chamada extensão de arquivo que irá definir o tipo de arquivo, .sys, .txt entre outras. O nome do arquivo e extensão são separados por . (ponto). Cada extensão de arquivo no DOS tem seu significado específico:

.txt - Texto ASCII
.doc - Texto tipo WORD
.sys - arquivo de sistema, driver ou tabela
.exe - programa executável
.bat - programa de lote
.c - programa fonte em C
.bmp - arquivo gráfico formato bitmap
.jpg - arquivo gráfico comprimido, geralmente alta qualidade de imagem
.gif - arquivo gráfico, o mais usado na internet

O DOS não é sensitive case, ou seja, tanto minúscula como maiúscula como uma única.
Wildcards:
O * (asterisco) e ? (interrogação) devem ser evitados na nomeação e usados em casos como localização, procura, são caracteres de substituição.

>, <, | - não podem ser usados na nomeação pois são sinais de redirecionamento e canalização.

Nomes de arquivos válidos:

eu.txt
io.sys
system.ini
carta.doc

Inválidos:

m eu.txt (espaço em branco)
>oi.txt (redirecionamento)
ola|oi.txt (canalização)
joazinho.besta (maior número de caracteres)
.com (arquivo sem nome)

Alguns comandos do DOS, no help do DOS tem a explicaçao com exemplos de cada comando e suas funções basta apenas digitar help no prompt:

ATTRIB - atribuições dos arquivos, permissão de escrita, oculto.
COPY - copiar arquivos
DEL - deletar arquivos
FORMAT - formata disco,disquete
TYPE - exibe o conteúdo de um arquivo

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