17/01/2012

Dr. Martn Heriberto Cruz Rosales. Depto.Computacin-UAEM

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Curso: Introduccin a los Sistemas Operativos. 1. Conceptos Bsicos El S.O. es un Gestor. La labor de un Sistema Operativo es administrar todos los dispositivos de un sistema de cmputo, incluyendo los programas de sistema y de aplicacin. El S. O. proporciona a los programas de usuario una interfaz sencilla para comunicarse con el hardware. Es decir, le proporciona al usuario una mquina extendida o virtual.Sist. de produccin Compiladores Reservacin de vuelos Editores Sistema Operativo Lenguaje de mquina Microarquitectura Dispositivos fsicos Hardware Navegador web Intrprete de comandos (shell) Progs. de aplicacin

Nivel de usuario

Progs. de sistema

Por lo regular los incluye el Fab. del HW

Fig. 1.1 Ubicacin del S.O. en un sistema de cmputo Microarquitectura. Donde los dispositivos fsicos se agrupan para formar unidades funcionales. Registros del CPU y ruta de datos. La ruta de datos a este nivel se controla: Mediante software, con un microprograma Mediante hardware, con circuitos electrnicos. Lenguaje de mquina. Conjunto de instrucciones HW y SW (instrucciones en lenguaje ensamablador). Por lo general de 50 a 300 instrucciones para transladar datos de un lugar a otro de la mquina (instrucciones ISA, Instruction Set Arquitecture), efectuar operaciones aritmticas y comparar valores.

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Sistema Operativo. Ncleo de SW que oculta (parcialmente) el HW y proporciona al programador un conjunto de instrucciones para trabajar. El S. O. tiene como labor, administrar todos los dispositivos que se muestran (algunos) en la Fig. 1.1 mas los perifricos. El S. O. opera en modo kernel (nucleo, el tradicional) o modo supervisor, los actuales S. O. estn protegidos por el HW contra intentos de modificacin por el usuario. Todo lo que se ejecuta en modo kernel forma parte del S. O.; sin embargo, se puede argumentar que algunos programas que no se ejecutan en este modo tambin forman parte de l, o al menos estn ntimamente asociados con l (Ej. Algunos programas de sistema). 1.1 El Sistema Operativo Bsicamente desempean dos funciones independientes: o Extender la mquina (el SW extiende al HW), y o Administrar recursos Mquina extendida. El S. O. oculta el HW y presenta una vista sencilla de los dispositivos, tambin oculta eventos desagradables como: Las interrupciones, temporizadores, administracin de memoria y otras funciones de bajo nivel. Es decir: Presenta una mquina extendida o virtual muy poderosa. Administracin de recursos. Tiene como objetivo, gestionar todos los recursos y utiliza el multiplexaje (comparticin de recursos) en tiempo y espacio. Por Ej. Asignar el tiempo compartido de CPU entre usuarios, asignar espacio de memoria o disco, disponibilidad de recursos para cada usuario, etc. 1.2 Historia de los sistemas operativos Los sistemas operativos han estado ligados con la evolucin de la tecnologa electrnica y las generaciones de las computadoras. La primera CPU fue diseada por el matemtico Charles Babbage (1792-1871), la mquina analtica, que nunca pudo lograr que funcionara como deba. Era mecnica por completo. La tecnologa de la poca no era capaz de producir ruedas, engranes y levas con la suficiente precisin. Obviamente esta mquina careca de S. O.

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Primera generacin (1945-1955). Tubos de vaco y tableros. Fueron: Howard Aiken, en Harvard; John Von Neumann, en el Inst. de Est. Avanzados de Princepton; J. P. Eckert y William Mauchley, en la Univ. De Pensilvania; K. Suze, en Alemania Construyeron mquinas mecnicas. Muy lentas y enormes. Los relevadores fueron sustituidos por tubos de vaco. Eran mquinas aun enormes aunque menos lentas que las mecnicas, con decenas de miles de tubos de vaco. Al inicio, la programacin se haca alambrando tableros de conexiones. Posteriormente, las primeras programaciones se efectuaba en lenguaje de mquina (ensamblador). Casi todos los problemas eran clculos numricos simples. Segunda generacin (1955-1965). Transistores y sistemas por lotes. El transistor modifica el panorama de manera radical. Por primera vez hay una distincin entre diseadores, constructores, operadores, programadores y mantenimiento. Existi el concepto de programa (Fortran o Ensamblador). Uso mas extendido de la tarjeta perforada. Desarrollar un programa implicaba actividades como: lo escriba un programador, luego lo perforaba en tarjetas. Despus, llevaba el programa (el mazo de tarjetas) y lo entregaba a un operador (del centro de cmputo) y esperaba que lo procesaran hasta que estaba lista la salida. Esperar el proceso ha veces tomaba ms de un da, ya que se atendan los proceso en cola y dependiendo de las prioridades de atencin. Si existan errores (lo ms seguro), haba que hacer las correcciones y repetir la actividad antes descrita. La evolucin del trabajo en batch (x lotes) para un solo usuario, evolucion al sistema por lotes. La idea fue juntar una bandeja llena de trabajos y pasarlos a cinta magntica (lectura + rpida que lector de tarjetas). Despus, el operador cargaba un programa especial (antecesor de un S. O.) que lea el 1er. trabajo (de la cinta) y lo ejecutaba. Las salidas se gravaban en otra cinta. Una vez terminado el 1er. trabajo continuaba con el 2do. y as sucesivamente.

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Posteriormente, la cinta de salida se utilizaba como entrada para imprimir las salidas (fuera de lnea). Ej. Fig. 1.2.

IBM 1401

IBM 7094

IBM 1401

Fig. 1.2 Sistemas por lotes. El uso de estos CPUs fue sobre todo para clculos y para ingeniera. Tercera generacin (1965-1980). Circuitos integrados y multiprogramacin. En esta poca, se fabrican mquinas pequeas para la produccin (como la 1401) y mquinas muy grandes enfocadas a cientficos (como la 7094). Adems, algunos clientes necesitaban en principio mquinas pequeas y despus mas grandes conforme crecan sus negocios. IBM trat de resolver el problema introduciendo el Sistema/360. Se disearon de modo que pudieran manejar clculos tanto cientficos como para la produccin. Puesto que todas las mquinas tenan la misma arquitectura y conjuntos de instrucciones, los programas escritos para una mquina podan ejecutarse en todas las dems, al menos en teora. Este sistema poda escalar de mquina reducida a mas grande. En aos posteriores IBM produjo sucesoras compatibles con la lnea 360. El S. O. creado para esta mquina fue enorme, naci entonces la multiprogramacin. Se empez a dividir la memoria para alojar un trabajo distinto en cada particin. Nace el concepto de tiempo compartido (CTSS). Otro evento importante. El crecimiento de las minicomputadoras. Nace el S. O. Multics antecedente de UNIX. Cuarta generacin (de 1980 al presente). CPUs personales.

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Con el desarrollo de los circuitos integrados a gran escala (LSI), chips que contienen miles de transistores en cada centmetro cuadrado de silicio, surgi la era de las computadoras personales (llamadas en un principio microcomputadoras). Su potencia y arquitectura no eran muy diferentes de las minicomputadoras de la clase PDP-11; pero si diferentes en precio. Gary Kildall, en Intel, escribi un sistema operativo basado en disco (CP/M) para el CPU 8080 (CPU de 8 bits de propsito general) que conect con disquete (disco flexible) y produjo asi la primera microcomputadora. Posteriormente, Kildall pidi los derechos del CP/M a Intel, Intel considerando que las microcomputadoras basadas en disco no tendran mucho xito se los concedi y Kildall fund una compaa, Digital Research, para seguir desarrollando y vender CP/M.