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Unidade II: 
Estruturas do Sistema Operacional
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
FACULDADE DE COMPUTAÇÃO
SISTEMAS OPERACIONAIS
Profª Fabíola Araújo
fpoliveira@ufpa.br
Objetivos desta Unidade...
▪ Descrever os serviços que um sistema operacional 
fornece para usuários, processos e outros sistemas;
▪ Apresentar a interface que ele torna disponível para 
usuários e programadores;
▪ Discutir os componentes de hardware e software 
gerenciados e suas interconexões;
▪ Explicar como os sistemas operacionais são 
inicializados;
Introdução
▪ Um sistema operacional fornece um ambiente para a 
execução de programas, pois é, antes de tudo, um 
gerenciador de recursos;
▪ Também fornece certos serviços para programas e para os 
usuários desses programas;
▪ Serviços específicos fornecidos diferem de um sistema 
operacional para outro, mas pode-se identificar classes 
comuns;
▪ À medida que os computadores evoluem, os SO devem se 
adaptar às tecnologias emergentes de hardwares e 
softwares e manter a compatibilidade com uma base já 
instalada de hardware e software mais antigos;
Serviços do Sistema Operacional
▪ Os serviços oferecidos pelos sistemas operacionais são 
fornecidos visando a conveniência do programador, para 
tornar mais fácil a tarefa de programar;
▪ Pode-se ter uma representação dos diversos serviços do 
SO e como eles estão relacionados;
Serviços do Sistema Operacional
▪ Um conjunto de serviços do sistema operacional fornece 
funções que são úteis para o usuário:
✔ Interface de Usuário: Quase todos os SO têm uma 
interface de usuário, que pode assumir várias formas:
Interface de linha de comando Interface gráfica de usuário (GUI)
• Interface batch, em que os comandos e suas diretivas de controle 
são inseridos em arquivos e estes são executados;
Serviços do Sistema Operacional
✔ Execução de Programas: O sistema deve ser capaz de carregar 
um programa na memória e executá-lo, além de poder ser 
encerrado de forma normal ou anormal (erro);
✔ Operações de E/S: Um programa em execução pode precisar de 
operações de E/S e isso pode envolver um arquivo ou um 
dispositivo de E/S;
✔ Manipulação do Sistema de Arquivos: O sistema de arquivos 
é de especial interesse, pois os programas precisam ler e gravar 
arquivos e diretórios, além de criar e excluí-los pelo nome. 
Procurar e listar arquivos específicos;
✔ Comunicações: Processos precisam trocar informações, estando 
no mesmo computador ou em sistemas diferentes conectados 
por uma rede.
• Também podem ser implementadas através de memória 
compartilhada ou troca de mensagens;
Serviços do Sistema Operacional
✔ Detecção de Erros: Os sistema operacional tem que estar 
sempre atento a possíveis erros:
• Os erros podem ocorrer no hardware da CPU e da memória; em 
dispositivos de E/S; no programa do usuário;
• Para cada tipo de erro, o SO deve tomar a medida apropriada para 
assegurar o processamento correto e consistente;
• Recursos de depuração podem melhorar muito as possibilidades 
de uso eficiente do sistema pelo usuário e pelo programador;
▪ Existe outro conjunto de funções do sistema operacional 
cujo objetivo não é ajudar o usuário, e sim assegurar a 
operação eficiente do próprio sistema;
▪ Sistemas com vários usuários podem ganhar eficiência 
compartilhando os recursos do computador entre os 
usuários;
Serviços do Sistema Operacional
✔ Alocação de Recursos: Necessidade de alocar recursos quando 
há vários usuários ou tarefas ativas ao mesmo tempo;
✔ Contabilização: Pode-se controlar quais usuários utilizam que 
quantidade e que tipos de recursos do computador;
• Pode ser para título de responsabilização ou simplesmente para 
acumulação de estatísticas de uso;
✔ Proteção e Segurança: Necessidade de controlar o uso de 
informações armazenadas em um sistema de computação 
multiusuário:
• Proteção: Significa garantir que qualquer acesso a recursos do 
sistema seja controlado;
• Segurança: Começa com a exigência de que cada usuário se 
autentique junto ao sistema
▪ Sistemas operacionais facilitam a programação de aplicações 
pelo fato de os programadores poderem escrever software 
que requisitem serviços e recursos, sem precisar escrever 
códigos para realizar o gerenciamento do dispositivo;
▪ Os SO são escritos para serem independentes da 
configuração de hardware particular de um sistema;
▪ Necessidade de descrever os componentes de hardware que 
um sistema operacional gerencia para atender às 
necessidades de computação de seus usuários;
Serviços do Sistema Operacional
▪ Um sistema computacional é um conjunto de circuitos 
eletrônicos interligados (processador, memórias, 
registradores, barramentos, impressoras, mouse, etc.);
▪ Todos os dispositivos manipulam dados na forma digital;
▪ Os componentes de um SO são agrupados em três 
subsistemas básicos, chamados unidades funcionais: 
Processador, Hierarquia de Memória e Dispositivos de 
E/S.
Dispositivos de Hardware
▪ PLACAS PRINCIPAIS
✔ É um componente de hardware que fornece encaixes e 
conexões elétricas entre dispositivos em vários lugares da 
placa, também chamada de placa-mãe;
✔ Possuem diversas camadas, extremamente delgadas de 
silício, denominadas de pistas, que servem de canais de 
comunicação, dando conectividade à placa;
• Um grande conjunto de pistas formam um canal de 
comunicação de alta velocidade – barramento (bus).
✔ São incluídos diversos chips de computador para realizar 
operações de baixo nível: BIOS (Basic Input/Output System);
• Armazena instruções para a iniciação e gerenciamento do 
hardware básico;
• Carregar na memória a porção inicial do SO 
(autocarregamento);
Dispositivos de Hardware
▪ PLACAS PRINCIPAIS
Dispositivos de Hardware
✔ É um componente de hardware que executa um fluxo 
de instruções em linguagem de máquina;
✔ A principal função do processador é controlar e 
executar instruções presentes na memória principal;
✔ Composição do Processador:
▪ PROCESSADOR
Dispositivos de Hardware
Cache de Dados L1
Unidade Lógica
e Aritmética
Unidade de
Busca/Decodificação
Registradores
Cache de Instrução L1
Processador
Unidade de 
Controle
Unidade de
Controle
▪ É responsável por gerenciar as atividades de todos os 
componentes do computador, como: gravação de 
dados em discos ou busca de instruções na memória.
▪ Carrega instruções na memória de alta velocidade 
denominada registradores de instruções, para que o 
processador possa executá-las rapidamente.
Unidade de 
Decodificação
▪ Interpreta a instrução e passa a entrada 
correspondente para a unidade de execução 
executá-la.
cache
▪ Memórias de alta velocidade que armazena cópias de 
dados na memória principal. Aumentam a eficiência 
do processador habilitando acesso rápido a dados e 
instruções.
▪ Podem ser: Nível 1 (L1), Nível 2 (L2) ou Nível 3 (L3)
▪ PROCESSADOR
Dispositivos de Hardware
Unidade de
Busca
Unidade Lógica
e Aritmética
Registradores
▪ Executa operações básicas de aritméticas e lógicas, 
como adição, multiplicação e comparações lógicas.
▪ São memórias de alta velocidade localizadas em um processador 
que guardam dados para uso imediato pelo processador;
▪ O número de registradores e sua capacidade de armazenamento 
variam em função da arquitetura do processador;
• Processadores de 64 bits podem armazenar 64 bits de dados em 
cada registrador;
▪ Registradores são conectados ao circuito do processador e 
localizados fisicamente próximos às unidades de execução.
▪ PROCESSADOR
Dispositivos de Hardware
Registradores
✔ Registradores de uso geral → Manipulados por Instruções;
✔ Registradores de uso específico → Armazenar informações de 
controle do processador e do sistema operacional:
• Contador de Instruções (Program Counter): Contém o endereço 
da próxima instrução que o processador deve buscar e executar.
• Apontador de Pilha (Stack Pointer): Contém o endereço de 
memória do topo da pilha, que é a estrutura de dados onde o 
sistema mantém informações sobre programas que estão sendo 
executadose tiveram que ser interrompidos;
• Registrador de Status: É responsável por armazenar 
informações sobre a execução de instruções (ocorrência de 
overflow).
▪ PROCESSADOR
Dispositivos de Hardware
OBS.: Co-Processador: É projetado para executar eficientemente um 
conjunto de instruções de finalidade especial.
▪ PROCESSADOR
Dispositivos de Hardware
http://www.im2.com.br/
✔ O tamanho e a velocidade da memória são limitadas pelas leis 
da física e da economia;
✔ O compromisso custo/desempenho caracteriza a hierarquia 
da memória;
✔ A memória mais veloz e mais cara está no topo e 
caracteristicamente tem pequena capacidade - Registradores; 
✔ A memória mais lenta e menos cara está na base e comumente 
tem grande capacidade – Disco Rígido (HD - Hard Disk);
○ SSD (Solid State Drive)
■ Mais caras e com capacidade menor do que um disco 
rígido.
▪ HIERARQUIA DE MEMÓRIA
Dispositivos de Hardware
SSD
Disco Rígido
Fita
CDs
DVDs
DRAM
SDRAM
DDR
SRAM
SRAM
Registradores
Cache L1
Cache L2
Memória Principal
Armazenamentos 
Secundários e Terciários
Armazenamento
Custo/Velocidade
▪ HIERARQUIA DE MEMÓRIA
Dispositivos de Hardware
✔ São utilizados para permitir a comunicação entre o sistema 
computacional e o mundo externo;
✔ Podem ser classificados em duas categorias: Utilizados 
como armazenamento secundário e Interface 
Homem-Máquina;
❑ Memória Secundária: Grande capacidade de 
armazenamento, baixo custo e alto tempo de acesso;
▪ DISPOSITIVOS DE E/S
Dispositivos de Hardware
❑ Interface Homem-Máquina: Possuem como finalidade a 
comunicação do sistema com o mundo exterior, sendo através 
dessas interfaces que podemos nos comunicar com o sistema 
e vice-versa.
▪ DISPOSITIVOS DE E/S
Dispositivos de Hardware
✔ É um conjunto de conexões elétricas que transportam 
informações como dados, endereços e sinais de controle que 
trafegam entre processadores, memórias e dispositivos de 
E/S;
✔ Para evitar que dois sinais colidam no barramento 
(processador e canais de E/S), um chip, conhecido como 
árbitro do barramento prioriza o acesso dos canais de E/S;
✔ Canais de E/S não podem ter o seu trabalho interrompido 
no meio, pois forçá-los esperar pode levar a perda de dados;
✔ Esse processo é conhecido como roubo de ciclo, que têm 
influência direta na piora do desempenho do computador.
▪ BARRAMENTO
Dispositivos de Hardware
✔ Podem ser: barramentos processador-memória, barramentos 
de E/S e barramentos de backplane.
❑ Barramentos Processador-Memória: São de curta extensão e alta 
velocidade para que seja otimizada a transferência de informação 
entre esses componentes;
❑ Barramentos de E/S: Possuem grande extensão, são mais lentos e 
permitem a conexão de diferentes dispositivos. 
▪ Barramento de Interconexão de Componente Periférico (PCI) 
que conecta dispositivos periféricos, como placas de som e 
placas de rede, ao resto do sistema.
❑ Barramentos de Backplane: O barramento de E/S não se conecta 
diretamente ao barramento processador-memória, tendo este 
barramento a função de integrar os dois barramentos
▪ BARRAMENTO
Dispositivos de Hardware
▪ BARRAMENTO
Dispositivos de Hardware
✔ Habilita dispositivos e controladores a transferir blocos 
de dados para a memória principal, o que libera o 
processador para executar instruções de software;
✔ Melhora significativamente o desempenho em sistemas 
que executam grandes números de operações de E/S;
✔ Usa um controlador de E/S para gerenciar 
transferência de dados entre dispositivos de E/S e a 
memória principal;
✔ O controlador de E/S gera uma interrupção quando a 
operação é concluída.
▪ DMA (Direct Memory Access)
Dispositivos de Hardware
▪ DMA (Direct Memory Access)
Dispositivos de Hardware
▪ Arquitetura de computador contêm recursos que 
executam funções de SO rapidamente em hardware para 
melhorar o desempenho;
▪ Também possuem recursos que habilitam o SO a impor 
rígida proteção, o que melhora a segurança e a 
integridade do sistema.
✔ Processadores: Implementam mecanismos de proteção 
impedindo processos de acessar instruções privilegiadas ou 
de acessar memórias que não lhe foram alocadas (alerta o SO 
para que o mesmo possa reagir).
• Interrupções: Sinal enviado por dispositivos ao processador 
quando ocorre um evento.
• Exceções: São interrupções geradas em resposta a erros, como 
falha de hardware, erros de lógica e violação de proteção.
Suporte de Hardware para Sistemas Operacionais
Interrupção 
ou exceção
Salva conteúdo dos 
registradores na 
pilha de controle.
Identifica a origem 
do evento
Obtém o endereço da 
rotina de tratamento
Restaura o conteúdo 
dos registradores
Rotina de 
Tratamento
Programa
▪ Interrupção
Suporte de Hardware para Sistemas Operacionais
✔ Temporizadores: Gera periodicamente uma interrupção que faz 
o processador invocar o sistema operacional, impedindo que 
processos monopolizem o processador.
✔ Relógio: Habilita o computador a seguir o horário normal do 
dia e da noite, com precisão típica de milésimos ou 
milionésimos de segundo.
✔ Plug and Play: Permite que sistemas operacionais configurem e 
usem hardware recém-instalados sem interação do usuário. Um 
dispositivo de hardware Plug and Play:
1. Identifica-se no Sistema Operacional;
2. Identifica os recursos e serviços que requer para funcionar 
adequadamente;
3. Identifica o seu driver correspondente e permite que o SO o 
utilize para configurar o dispositivo.
Suporte de Hardware para Sistemas Operacionais
▪ Um conjunto de programas utilizado como interface entre 
as necessidades do usuário e as capacidades do 
hardware;
✔ Programação inicialmente era rudimentar – linguagem de 
máquina (profundo conhecimento da arquitetura da 
máquina);
✔ Surgimento das linguagens de montagem e das 
linguagens de alto nível (programas não estão prontos 
para serem executados pelo processador);
✔ Conversão é realizada por um utilitário denominado 
TRADUTOR.
✔ Existem dois tipos de tradutores: Montador e 
Compilador.
▪ Tradutor
Dispositivos de Software
Programa Fonte Tradutor Programa Objeto
Linguagem de 
Montagem
Montador Módulo Objeto
Linguagem de 
Alto Nível
Compilador Módulo Objeto
▪ Tradutor
Dispositivos de Software
✔ É o utilitário responsável por traduzir um 
programa-fonte em linguagem de montagem para um 
programa em linguagem de máquina;
✔ A linguagem de montagem é particular para cada 
processador, assim como a linguagem de máquina;
✔ Programas assembly não podem ser portados entre 
máquinas diferentes;
▪ Tradutor - Montador
Dispositivos de Software
LOAD SALARIOBASE
ADD HORASEXTRAS
STORE PAGTOBRUTO
1300042774
1400593419
1200274027
Linguagem de montagem Linguagem de máquina
✔ É o utilitário responsável por gerar (de um programa 
escrito em linguagem de alto nível) um programa de 
linguagem de máquina não executável;
✔ As linguagens de alto nível não tem nenhuma relação 
direta com a máquina (fica a cargo do compilador);
✔ Programas-fonte podem ser portados entre computadores 
de diversos fabricantes;
✔ Converte o programa completo para depois ser executado;
Ex.: Pascal, Fortran, C, etc.
▪ Tradutor - Compilador
Dispositivos de Software
PAGTOBRUTO = 
SALARIOBASE + 
HORASEXTRAS
1300042774
1400593419
1200274027
Linguagem de montagem Linguagem de máquina
código-fonte código-objeto
✔ Durante a execução de um programa, traduz cada instrução 
(linha a linha) e a executa imediatamente;
✔ Podem traduzir para linguagem baixo nível que não é a 
linguagem de máquina;
✔ São mais lentos que os compilados.
▪ Desvantagem: Cada vez que o programa for executado, ele 
precisará ser traduzido e interpretado;
▪ Vantagem: Consumir menos memória;
▪ Linker 
✔ É o utilitário responsável por gerar, a partir de um ou mais 
módulos-objeto, um único programa executável.
✔ Resolve todas as referências simbólicas entre os módulos;
✔ Reserva memória para a execução do programa;
Ex.: JavaScript, Python, Perl, etc.▪ Interpretadores
Dispositivos de Software
✔ É o utilitário responsávelpor carregar na memória principal 
um programa para ser executado;
✔ Pode ser: Absoluto ou relocável;
• Absoluto: Só necessita conhecer o endereço de memória inicial e 
o tamanho do módulo para realizar o carregamento;
• Relocável: O programa é carregado em qualquer posição da 
memória (loader fica responsável pela relocação no momento do 
carregamento) o qual é convertido a partir de endereços 
relativos;
✔ É o utilitário responsável que permite ao usuário 
acompanhar toda a execução do programa a fim de detectar 
erros na sua lógica;
Dispositivos de Software
▪ Loader
▪ Depurador
✔ Permite que o usuário se comunique com o sistema 
operacional;
✔ O usuário pode ter acesso a diversas funções e rotinas 
específicas do sistema;
✔ O sistema operacional tem que ser carregado da memória 
secundária para a memória principal (denominado ativação 
ou boot do sistema);
✔ Também existe o processo de desativação (shutdown), que 
permite que as aplicações e componentes do SO sejam 
desativados de forma ordenada (garantindo integridade).
Dispositivos de Software
▪ Interpretador de Comandos
▪ Ativação/Desativação do Sistema
Dispositivos de Software
✔ O procedimento de iniciar um computador a partir da carga 
do kernel é conhecido como inicialização do sistema;
✔ Na maioria dos sistemas de computador, um pequeno bloco 
de código conhecido como programa bootstrap ou 
carregador bootstrap localiza o kernel, carrega-o na memória 
principal e inicia sua execução;
✔ Quando a CPU recebe um evento de reinicialização, o 
registrador de instruções é carregado com uma localização de 
memória pré-definida e a execução se inicia;
✔ Esse programa se encontra na forma de memória de leitura 
(ROM), porque a RAM está em um estado desconhecido na 
inicialização do sistema;
✔ Telefones celulares e consoles de jogos armazenam o sistema 
operacional inteiro em ROM (SO pequenos).
▪ Inicialização do Sistema
Dispositivos de Software
✔ Para sistemas operacionais grandes, o carregador bootstrap é 
armazenado em firmware e o sistema operacional fica em 
disco;
✔ O programa bootstrap executa diagnósticos e tem um trecho 
de código que pode ler um único bloco em uma localização 
fixa (por exemplo, bloco zero) do disco;
✔ Envia para a memória, esse bloco, e executa o código a partir 
desse bloco de inicialização;
✔ Dessa forma, o bootstrap pode percorrer o sistema de 
arquivos para encontrar o kernel do SO, carregá-lo na 
memória e iniciar sua execução;
✔ Só nesse momento é que se considera o sistema operacional 
em execução;
▪ Inicialização do Sistema
Conclusão
▪ Um sistema operacional é primeiramente um gerenciador de 
recursos, portanto o projeto desses sistemas está intimamente 
ligado aos recursos de software e hardware que devem 
gerenciar;
▪ Entre os componentes de hardware, destaca-se a placa-mãe, 
onde estão fixados e ligados, todos os componentes físicos que 
serão gerenciados pelo sistema;
▪ Para um sistema operacional começar a ser executado, a CPU 
deve ser inicializada e começar a executar o programa 
bootstrap em firmware;
▪ O programa bootstrap pode executar o sistema operacional 
diretamente se este também estiver em firmware;
▪ Pode concluir uma sequência em que carregue progressivamente 
programas mais “inteligentes” a partir do firmware e do disco até 
o SO ser carregado na memória e executado;
▪ Questões sobre a Estrutura de Sistemas Operacionais.
▪ Entrega pelo SIGAA.
❑ EXERCÍCIO
Atividade 02