Hardware, Processamento e Estrutura de Sistemas Operacionais

Componentes Principais de Hardware

• CPU (Central Processing Unit): É responsável por controlar, coordenar e executar todas as operações de um sistema de computador. Seus dois elementos principais são a Unidade de Controle e a Unidade Lógica Aritmética (ULA).
• Memória Principal: Armazena programas e dados utilizados posteriormente pela CPU.
• Unidade de Entrada/Saída (E/S): Responsável pela conexão de periféricos à CPU e à memória principal.
• Periféricos: São dispositivos que interagem com o computador, permitindo a entrada ou saída de informações. Os periféricos podem ser:
  • Apenas de entrada (ex: teclado, scanner).
  • Apenas de saída (ex: impressora, monitor).
  • De entrada/saída (ex: armazenamento em disco).

Formas de Processamento em Sistemas Operacionais

Para entender os sistemas operacionais, é fundamental conhecer as duas formas possíveis de exploração (processamento):

• Processamento em Lotes (Batch): Este sistema foi usado pela primeira vez na segunda geração de computadores. Esse tipo de processamento é agora obsoleto, pois a informação passa por diferentes etapas em diferentes sistemas, e cada fase exige um tempo de conclusão.
• Processamento em Tempo Real: É semelhante ao anterior, exceto que é o usuário quem insere os dados e inicia o programa para processá-los, sendo tudo executado em um único sistema de computador e em um curto espaço de tempo.

Classificação por Número de Usuários

Dependendo do número de usuários que podem utilizar os recursos do sistema, o sistema operacional pode ser:

• Usuário Único (Single-user): São sistemas que só podem servir a um único usuário, devido a limitações impostas pelo hardware, software ou pelo tipo de aplicação em execução.
• Multiusuário (Multiuser): Ao contrário dos sistemas de usuário único, nesta categoria estão todos os sistemas que atendem simultaneamente às necessidades de dois ou mais usuários, que compartilham os mesmos recursos. Tais sistemas são usados principalmente em redes.

Estrutura em Camadas dos Sistemas Operacionais

Atualmente, os sistemas operacionais são organizados em camadas. Basicamente, os cinco níveis que compõem a estrutura de um sistema operacional são:

1. Nível 1: Gerenciamento do Processador. Este nível é responsável pela gestão da CPU e por atribuir prioridades aos processos em execução.
2. Nível 2: Gerenciamento de Memória. Responsável pela alocação de memória para processos, bem como pela proteção da área de memória ocupada por um processo contra outros processos.
3. Nível 3: Gerenciamento de Processos. Este nível inicia, pausa e termina processos em função das solicitações de outros níveis ou do próprio usuário.
4. Nível 4: Gerenciamento de Armazenamento e Periféricos de E/S. Este nível é responsável por interagir com os dispositivos de armazenamento externos e periféricos de entrada e saída.
5. Nível 5: Gerenciamento da Informação. Este nível lida com nomes lógicos de arquivos, diretórios e atributos de arquivo. É responsável por criar, destruir e modificar arquivos.

Técnicas de Gerenciamento de Memória

Paginação (Paging)

Esta técnica envolve dividir a RAM em partes iguais, chamadas de quadros, e os programas em partes do mesmo tamanho, chamadas páginas. Para localizar um programa na memória, o sistema operacional verifica os quadros da memória física que estão livres.

Usando a tabela de páginas, são atribuídos endereços físicos dos quadros às páginas em que o programa foi dividido. A alocação dos quadros não precisa ser contígua.

Segmentação (Segmentation)

A segmentação é uma técnica semelhante à paginação, mas que permite definir blocos de memória de tamanho variável. O tamanho de cada segmento pode variar de 0 até um máximo, dependendo das necessidades do aplicativo.

A desvantagem deste tipo de gerenciamento é a fragmentação externa, ou seja, devido ao tamanho variável dos blocos, podem existir partes da memória que não são utilizadas.