Sistemas de Computação

(c) LSI-Tec 1999
Introdução aos
Sistemas de Computação
Volnys Borges Bernal
[email protected]
http://www.lsi.usp.br/~volnys
Edson Toshimi Midorikawa
[email protected]
http://www.lsi.usp.br/~emidorik
Laboratório de Sistemas Integráveis
http://www.lsi.usp.br/
1
(c) LSI-Tec 1999
Agenda
o
o
o
Introdução aos sistemas de computação
História dos sistemas de computação
Caracterização de um sistema de computação
2
(c) LSI-Tec 1999
Introdução aos
Sistemas de Computação
3
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Estrutura geral de um sistema de computação
Aplicativos
Sistema
Operacional
Interface de
hardware
Componentes
Físicos
4
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Estrutura geral de um sistema de computação
v Componentes Físicos
ï Componentes Básicos
ï Periféricos
ï Componentes Multimídia
ï Componentes de rede
v Sistema Operacional
ï Núcleo do sistema operacional
ï Programas de sistema (utilitários, bibliotecas, ...)
ï Arquivos de configuração
v Aplicativos
ï Browser (Netscape, Explorer)
5
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Estrutura geral de um sistema de computação
Aplicativos
Sistema
Operacional
Interface de
hardware
Componentes
Físicos
6
(c) LSI-Tec 1999
7
Sistemas de Computação
o
Componentes físicos
v Monitor Gráfico
ï Usualmente existe no máximo um monitor gráfico
ï A apresentação gráfica exige que o sistema realize
acesso à memória gráfica, que é varrida várias vezes
por segundo.
v Teclado
ï Para entrada de caracteres
v Mouse
ï De esfera ou optico
v Mouse Pad (suporte para o mouse)
ï No mouse de esfera:
Evita que a esfera “patine”
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Componentes físicos (cont)
v Gabinete de sistema
ï Placa principal
u
u
Processador
Memória
ï Placas
u
u
u
u
controladoras de periféricos
Placa controladora de vídeo
Placa controladora de disco
Placa controladora de rede
....
ï Unidades
u
u
de armazenamento
Discos Magnéticos
Unidade leitora de Floppy
Unidades leitora de CDROM
8
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Componentes Físicos (cont)
v Periféricos
ï Impressora
u
u
u
u
de linha
– imprime somente caracteres
matricial
– imprime pontos (matriz)
– baixa resolução
laser
– boa resolução
jato de tinta
– boa resolução
– colorida
9
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Componentes Físicos (cont)
v Periféricos
ï Ploter
u
Equipamento de impressão vetorial
ï Scanner
u
u
u
Equipamento de digitalização de imagens
Tipos
– Manual
– Mesa
– Rotatório
Quanto a cor
– Monocromática
– Tons de cinza
– Colorido
10
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Componentes Físicos (cont)
v Componentes Multimidia
ï Interfaces de audio
u
u
u
u
Entradas de audio
– Microfone
Saída de audio
– Autofalante
Luva
– Dispositivo para posicionamento em 3 dimensões
– Alguns modelos possuem teclas
– Alguns modelos permitem detectar movimento dos
dedos
Óculos
– Permite a visão estéreo de uma cena
11
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Componentes Físicos (cont)
v Componentes de rede
ï Cabeamento para rede local
u
u
Tipos
– Coaxial ou par trançado
Taxa de transmissão
– 10 Mbp/s, 100 Mbp/s
ï Equipamentos
u
u
u
u
u
HUBs e Repetidores
Bridges e Switches
Roteadores
Modens
Transceivers
MAU (Media Attachment Unit)
12
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Estrutura geral de um sistema de computação
Aplicativos
Sistema
Operacional
Interface de
hardware
Componentes
Físicos
13
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Sistema Operacional
v É composto por:
ï Núcleo (kernel) do sistema operacional
u
Permanece carregado em memória
ï Processos
de gerência
ï Arquivos de configuração
ï Utilitários do sistema
u
Programas básicos necessários para operação do sistema
– Ex: DOS: format, dir, edit, copy, type, ....
– Ex: UNIX: mkfs, ls, ps, vi, ...
14
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Sistema Operacional
v Classificação
ï Quanto ao número de processos simultâneos
u
u
Monotarefa
Multitarefa
ï Quanto
u
u
ao número de usuários simultâneos
Monousuário
Multiusuário
15
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Estrutura geral de um sistema de computação
Aplicativos
Sistema
Operacional
Interface de
hardware
Componentes
Físicos
16
(c) LSI-Tec 1999
Sistemas de Computação
o
Aplicativos
v
Exemplos
ï Browser (Netscape, Explorer)
ï Programa de editoração eletrônica
ï Progama de processamento de imagem
ï CAD
ï Banco de Dados
17
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de
computação
18
(c) LSI-Tec 1999
19
História dos sistemas de computação
o
Pode ser dividida em 5 gerações de sistemas
Geração
Tecnologia
Caracteristicas
Primeira
valvulas e plugues
não existia sist. operacional
Segunda
transistores e mem. magnéticas
processamento por lote
Terceira
circuitos integrados
sistemas multiprogrados
sistemas time-sharing
Quarta
microprocessadores
computadores pessoais
minicomputadores
estações de trabalho
Quinta
microprocessadores
redes de alta velocidade
sistemas multimidia
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Primeira geração - 1945-1955
v Tecnologia: Valvulas
v Sistema Operacional: não existia
v Linguagens de programação: plugues
v Memória: não existia
v Armazenamento secundário: não existia
v E/S: Plugues e “leds”
v Sem divisão de funções de trabalho
20
(c) LSI-Tec 1999
21
História dos sistemas de computação
o
Primeira geração - 1945-1955
v Sistemas principais
ï ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer)
u
u
u
u
18.000 válvulas, 10.000 capacitores, 70.000 resistores
30 toneladas
finalidade: cálculos balisticos
poder de processamento: ~calculadora
ï UNIVACI
u
u
v
(Universal Automatic Computer)
1a máquina de propósito geral comercial
Utilizada no Censo americano de 1950
1950: surge o cartão perfurado
(c) LSI-Tec 1999
22
História dos sistemas de computação
o
Segunda geração - 1955 a 1965
v Tecnologia: Transistores
v Sistema operacional: Processamento por lote
v Linguagens de programação: Assembler, Fortran, Cobol
v Memória: memórias magnéticas
v Armazenamento secundário: fita de papel, fita magnetica
v E/S:
ï cartão perfurado, fita de papel perfurada, fita
magnética, impressora
v Mais confiáveis
ï podiam já ser comercializados
v Sistema Operacional: criado para automatizar tarefas
usuais
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Segunda geração - 1955 a 1965 (cont)
v Necessidade de divisão de funções:
ï projetista, operador, programador, equipe de
manutenção
v Alto custo
ï Somente viavel para grandes empresas, agênicas de
governo e universidade
v Dois tipos distintos de sistemas:
ï processamento numérico (científico)
ï processamento de caraceres (comercial)
23
(c) LSI-Tec 1999
24
História dos sistemas de computação
o
Segunda geração - 1955 a 1965 (cont)
v 1a fase
ï Somente 1 job por vez
ï Problemas:
u
u
programa
desperdício de tempo nas transições de jobs
– Leitura de cartão muito lenta e sujeita a falhas
desperdício de tempo na espera por E/S
perfuradora
job
usuário
job
computador
operador
impressão
(c) LSI-Tec 1999
25
História dos sistemas de computação
o
Segunda geração - 1955 a 1965 (cont)
v 2a fase
ï Sistemas Batch (sistemas de lote)
u
u
u
u
Batch ~ lote
Lote: seqüência de jobs (programas)
Os jobs de um lote eram executados seqüêncialmente, um de
cada vez
Composto por: u
– 1 computador de processamento (alto custo)
– coputadores satélites para realizar E/S (baixo custo)
26
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Segunda geração - 1955 a 1965 (cont)
v 2a fase (cont)
ï Sistemas Batch (cont)
job
IBM
1401
fita
fita
IBM
1401
fita
IBM
7094
fita
fita
operador
fita
impr.
(c) LSI-Tec 1999
27
História dos sistemas de computação
o
Terceira geração - 1965 a 1980
v Tecnologia: Circuitos Integrados
v Linguagens de programação: Assembler, Fortran, Cobol,
C
v Memória: Circuitos Integrados
v Armazenamento secundário: discos
v Complexidade do sistema operacional
ï Exemplo: OS/360
u
u
u
v
v
complexo
atrazo na conclusão
muitos “bugs”
Menor preço
Melhor desempenho
(c) LSI-Tec 1999
28
História dos sistemas de computação
o
Terceira geração - 1965 a 1980 (cont.)
v Um único tipo de sistema para proc. cientifico e comercial
ï Exemplos
u
u
u
u
v
v
1961 - DEC PDP 1 (minicomputer) (4k palavras de 18bits,
US$ 120.000,00)
PDP 7, PDP 11
IBM 360/370
IBM 7094 (US$ 2.000.000,00)
Aplicações comerciais
ï 80% do tempo de CPU gasto na espera em operações
de E/S
Surgimento do disco magnético
ï Permitiu o surgimento da multiprogramação
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Terceira geração - 1965 a 1980 (cont.)
v Multiprogramação
ï Necessita de um sistema operacional mais robusto
ï Problemas:
u
u
u
Proteção de memória
– Solução: Hardware especial
Eficiência na carga de jobs
– Solução: Spooling de entrada
Conflito no acesso a impressoras
– Solução: Spooling de sáida
ï Spool
u
Simultaneous Peripheral Operation On Line
29
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Terceira geração - 1965 a 1980 (cont.)
v Spooling de entrada
30
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Terceira geração - 1965 a 1980 (cont.)
v Spooling de saída
31
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Terceira geração - 1965 a 1980 (cont.)
v Sistemas Time-sharing
ï Sistema Multi-usuário
u
u
Variante de sistema multiprogramado
Cada usuário tem um terminal de utilizaçào
ï Prioridade
na E/S de terminal pelo S. O.
ï Maior interação usuário - maquina
ï Maior produtividade
ï Exemplos sistemas timesharing
u
u
u
1962 - CTSS (IBM 7094) - Projeto do MIT, necessitava de
hardware especial de proteção
1965 - MULTICS (GE-645) - Somente protótipo
1978 - Primeia versão comercial UNIX (UNIX v7)
32
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Quarta geração - 1980 a 1990 (cont.)
v Tecnologia: Microprocessadores (CISC)
v Equipamentos: mini-computaores, comput. pessoais,
estações de trabalho
v Barateamento do sistema permitiu que
ï Empresas adquirissem
u
Minicomputadores com UNIX ou VMS (Dec)
ï Usuários:
u
v
adquirissem
Computadores pessoais
– Apple (CPM)
– IBM-PC (MS-DOS)
1985 - Primeiras estações gráficas
ï Primeiros sistemas com interfaces gráficas
33
(c) LSI-Tec 1999
34
História dos sistemas de computação
o
Quinta geração - 1990 a ....
v Tecnologia:
ï microprocessadores RISC
ï dispositivos multimidia
ï redes de computadores
v Interoperabilidade entre os sistemas
ï redes de computadores implicaram na necessidade de
interoperabilidade entre os sistemas
v Rede de computadores
ï Pilha TCP / IP (internet)
v Compartilhamento de recursos
v Multimedia
Interfaces Gráficas
(c) LSI-Tec 1999
História dos sistemas de computação
o
Proxima geração
v ?
v WebTv ?
v Palmtop ?
35
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
36
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Microcomputador pessoal
v Minicomputador
v Estação gráfica de trabalho
v Servidor
v Super estação gráfica de trabalho
v Supercomputador
v Mainframe
37
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Microcomputador pessoal
ï Objetivo:
u
u
Utilização por uma única pessoa
Baixo custo
ï Características
u
u
u
sistema operacional simplificado
– No passado: sistema monotarefa
– Atualmente: multitarefa, sem muitas restrições de
proteção
custo reduzido
– hardware barato e de baixo desempenho
capacidade de processamento reduzida
38
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Mini Computador
ï Objetivo:
u
u
Sistema que permita utilização por vários usuários
Sem necessidade de interface gráfica
ï Características
u
u
u
u
u
Vários terminais alfanuméricos (não grávicos)
Sem interface gráfica
Sistema operacional robusto (geralmente UNIX)
Hardware de médio custo
Processador de médio desempenho
39
(c) LSI-Tec 1999
40
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v “Workstation” (Estação gráfica de trabalho)
ï Objetivo:
u
Sistema para utilização em aplicações que necessitem de
interfaces gráficas
ï Características
u
u
u
u
u
Possui uma sistema gráfico de alta resolução (monitor +
hardware gráfico)
Possui software de gerenciamento de janelas (geralmente o
X-Windows)
Sistema operacional robusto (geralmente UNIX)
Hardware de médio custo
Processador de médio desempenho
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Super estação gráfica de trabalho
ï Objetivo:
u
Sistema para utilização em aplicações que necessitem de
interfaces gráficas de altissimo desempenho, geralmente
para apresentação de imagens em tempo real
ï Características
u
u
u
u
u
u
Características de uma estação gráfica
+
Possui um hardware acelerador gráfico
Alta capacidade de armazenamento (disco)
Alta taxa de E/S (disco)
Hardware de alto custo
Processador de bom desempenho
41
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Servidor
ï Objetivo:
u
Sistema cuja finalidade executar um determinado serviço
– Ex: servidor WEB, servidor de arquivos, ...
ï Características
u
u
u
u
Sistema operacional robusto (geralmente UNIX)
Processador de bom desempenho
Subsistema de E/S de bom desempenho
Outras características - de acordo com o tipo de serviço
oferecido
42
(c) LSI-Tec 1999
43
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Supercomputador
ï Objetivo:
u
Sistema para execução de aplicações que necessitem de
grande capacidade de processamento
ï Características
u
u
u
u
u
Usualmente possui uma única interface para operação (não
necessáriamente gráfica)
Alta capacidade de armazenamento (disco)
Alta Taxa de E/S (disco)
Processador de altíssimo desempenho
Sistema de custo muito elevado
(c) LSI-Tec 1999
44
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto ao tipo de sistema
v Mainframe
ï Objetivo:
u
Sisteam para execução de aplicações que necessitem de
confiabilidade de processamento
ï Características
u
u
u
u
u
Não possui interface gráfica
Bom subsistema de E/S
Processador de bom desempenho
Sistema geralmente não “interoperável” (não é um Sistema
Aberto)
Geralmente confiável
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Exercício
v Classifique os seguintes sistemas:
ï Sistema 1
u
u
u
u
Computador PC compatível
Pentium, 32 Mbytes de memória
Interface SVGA
Sistema operacional: Windows95
ï Sistema
u
u
u
u
2
Computador PC compatível
Pentium, 32 Mbytes de memória
Interface SVGA
Sistema operacional: UNIX
45
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto aos serviços oferecidos
v Cliente de serviço
v Servidor de serviço
46
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto aos serviços oferecidos
v Cliente de serviço
ï Cliente de serviço de arquivos
ï cliente de serviço de impressão
ï cliente de serviço de e-mail
ï cliente de serviço de WEB
ï cliente de serviço de FTP
ï cliente de serviço DNS
ï cliente de serviço de processamento
47
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto aos serviços oferecidos
v Servidor de serviço
ï Servidor de arquivos
ï Servidor de impressão
ï Servidor de e-mail
ï Servidor WEB
ï Servidor FTP
ï Servidor DNS
ï Servidor de processamento
48
(c) LSI-Tec 1999
49
Caracterização de um sistema de
computação
o
Quanto à utilização dos discos pelo sist. operacional
v Stand Alone
ï Os arquivos utilizados pelo sistema operacional ficam
em discos locais
ï OBS: Eventualmente, programas aplicativos e
arquivos e diretórios de usuários podem ser remotos
v Diskless
ï Não possui disco
ï Arquivos do sistema operacional
u
São fornecidos por outras máquinas
ï Programas
u
v
aplicativos e Arquivos de usuário
São fornecidos por outras máquinas
Dataless
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Caracterização de um terminal
v Terminal alfanumérico
v X-terminal
50
(c) LSI-Tec 1999
51
Caracterização de um sistema de
computação
o
Caracterização de um terminal
v Terminal alfanumérico
ï Composto por:
u
u
u
Monitor CRT (Tubo de raios Catódicos)
Teclado
Sistema de controle (interfaces: monitor, teclado, linha serial)
ï Permite
apresentação somente de caracteres
ï Comunicação entre terminal e computador
u
linha serial
ï Não
executa programa
ï Funções
u
u
Apresenta caracteres recebidos pela linha serial no monitor
Transmite caracteres digitados no terminal pela linha serial
ï Exemplo:
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Caracterização de um terminal
v X-Terminal
ï Composto por:
u
u
u
u
Monitor CRT gráfico
Teclado
mouse
Sistema de control
– micro-processador
– interfaces: monitor, mouse,teclado, rede
ï Processador
u
u
é utilizado para
executar o programa “servidor X-Windows”
executar os protocolos de comunicação (rede)
52
(c) LSI-Tec 1999
Caracterização de um sistema de
computação
o
Caracterização de um terminal
v X-Terminal (cont.)
ï Programa “servidor X-Windows”
u
u
u
Controla:
– Monitor gráfico
– Mouse
– Teclado
Gerencia o ambiente de janelas
Recebe/transmite requisições pela rede
ï Comunicação
u
u
entre X-erminal e computador
através da rede
pilha de protocolos TCP/IP
ï Não
executa outros programas
53