història dels sistemes operatius

Més manuals a: http://www.exabyteinformatica.com/manuales-y-apuntes-freeware/

© Roger Casadejús Pérez | Exatienda

Història dels sistemes operatius

Un Sistema Operatiu és una part important de qualsevol sistema de computació. Un sistema

de computació pot dividir-se en quatre components: el maquinari, el Sistema Operatiu, els

programes d'aplicació i els usuaris.

El maquinari (Unitat Central de Processament (UCP), memòria i dispositius d'entrada/sortida

(E/S)) proporciona els recursos de computació bàsics. Els programes d'aplicació (compiladors,

sistemes de bases de dades, jocs de vídeo i programes per a negocis) defineixen la forma en

què aquests recursos s'empren per resoldre els problemes de computació dels usuaris.

Això és a grans trets un concepte de sistemes operatius en el contingut que a continuació

presentem existeixen diversos conceptes, així com també la seva història, característiques i la

seva classificació.

Concepte i definició de Sistemes Operatius

Existeixen diverses definicions del que és un Sistema Operatiu, però no hi ha una definició

exacta, és a dir una que sigui estàndard; a continuació es presenten algunes:

1.- Es poden imaginar un Sistema Operatiu com els programes, instal·lats al programari o

firmware, que fan utilitzable el maquinari. El maquinari proporciona la "capacitat bruta de

còmput"; els sistemes operatius posen aquesta capacitat de còmput a l'abast dels usuaris i

administren acuradament el maquinari per aconseguir un bon rendiment.

2.- Els Sistemes Operatius són abans de res administradors de recursos; el principal recurs que

administren és el maquinari de l’ordinador; a més dels processadors, els mitjans

d'emmagatzematge, els dispositius d'entrada/sortida, els dispositius de comunicació i les

dades.

3.- Un Sistema Operatiu és un programa que actua com a intermediari entre l'usuari i el

maquinari de l’ordinador i el seu propòsit és proporcionar l'entorn en el qual l'usuari pugui

executar programes. Llavors, l'objectiu principal d'un Sistema Operatiu és, aconseguir que el

sistema de computació s'usi de manera còmoda, i l'objectiu secundari és que el maquinari del

computador s'empri de manera eficient.

4.- Un Sistema Operatiu és un conjunt de programes que controla l'execució de programes

d'aplicació i actua com una interfície entre l'usuari i el maquinari d'un ordinador, això és, un

Sistema Operatiu explota i administra els recursos de maquinari de l’ordinador amb l'objecte

de proporcionar un conjunt de serveis als usuaris del sistema.

En resum, es podria dir que els Sistemes Operatius són un conjunt de programes que creen la

interfície del maquinari amb l'usuari, i que té dues funcions primordials, que són:

• Gestionar el maquinari.- Es refereix al fet d'administrar d'una forma més eficient els recursos

de la màquina.

• Facilitar el treball a l'usuari.-Permet una comunicació amb els dispositius de la màquina.

El Sistema Operatiu es troba emmagatzemat en la memòria secundària. Primer es carrega i

executa un tros de codi que es troba en el processador, el qual carrega el BIOS, i aquest al seu

torn carrega el Sistema Operatiu que carrega tots els programes d'aplicació i programari variat.



Característiques dels Sistemes Operatius

En general, es pot dir que un Sistema Operatiu té les següents característiques:

• Conveniència. Un Sistema Operatiu fa més convenient l'ús d'un ordinador.

• Eficiència. Un Sistema Operatiu permet que els recursos de l’ordinador s'usin de la manera

més eficient possible.

• Habilitat per evolucionar. Un Sistema Operatiu haurà de construir-se de manera que permeti

el desenvolupament, prova o introducció efectiva de noves funcions del sistema sense

interferir amb el servei.

• Encarregat d'administrar el maquinari. El Sistema Operatiu s'encarrega de gestionar d'una

millor manera els recursos de l’ordinador en quant a maquinari es refereix, això és, assignar a

cada procés una part del processador per poder compartir els recursos.

Relacionar dispositius (gestionar a través del kernel). El Sistema Operatiu s'ha d'encarregar de

comunicar als dispositius perifèrics, quan l'usuari així ho demani.

• Organitzar dades per a accés ràpid i segur.

• Gestionar les comunicacions en xarxa. El Sistema Operatiu permet a l'usuari gestionar amb

alta facilitat tot el referent a la instal·lació i ús de les xarxes de computadores.

• Processament per bytes de flux a través del bus de dades.

• Facilitar les entrades i sortides. Un Sistema Operatiu ha de fer-li fàcil a l'usuari l'accés i gestió

dels dispositius d'Entrada/Sortida de l’ordinador.

• Tècniques de recuperació d'errors.

• Evita que altres usuaris interfereixin. El Sistema Operatiu evita que els usuaris es bloquegin

entre ells, informant-los si aquesta aplicació aquesta sent ocupada per un altre usuari.

• Generació d'estadístiques.

• Permet que es puguin compartir el maquinari i les dades entre els usuaris.

El programari d'aplicació són programes que s'utilitzen per dissenyar, tal com el processador

de text, llenguatges de programació, fulles de càlcul, etc.

El programari de base serveix per interactuar l'usuari amb la màquina, són un conjunt de

programes que faciliten l'ambient plataforma, i permet el disseny del mateix.

El Programari de base està compost per:

• Carregadors.

• Compiladors.

• Assembladors.

• Macros.

Objectius d'un Sistema Operatiu

✓ Ocultar tota la complexitat del maquinari al programador.



Presenta un conjunt de funcions més fàcil de programar que el maquinari.

✓ Administrar els recursos de la màquina.

• Assigna els recursos (processadors, memòries, dispositius d'entrada/sortida) de forma

ordenada.

• Porta el compte de qui empra els recursos, comptabilitza la seva utilització i decideix la

concessió a diferents programes o usuaris en cas de conflicte.

Components d'un Sistema Operatiu

✓ Administrador de processos:

o Crear i eliminar processos.

o Suspendre i reprendre l'execució dels processos.

o Proporcionar mecanismes:

▪ de sincronització.

▪ per a la comunicació.

▪ per al gestió de bloquejos.

✓ Administrador de la memòria principal:

o Controlar les zones de memòria utilitzades i qui les utilitza.

o Decidir quins processos es carregaran en memòria si queda espai disponible.

o Assignar i recuperar espai.

✓ Administrador del sistema d'E/S:

o Gestors per a dispositius maquinari específic.

o Presentar una interfície general amb els gestors.

✓ Administrador d'arxius:

o Gestió de l'espai en disc.

o Gestió de fitxers (crear i esborrar).

o Gestió de directoris.

o Correspondència entre arxius i emmagatzematge secundari.

o Gestió de còpies de seguretat.

✓ Sistema de protecció:

o Controlar l'accés als recursos.



✓ Sistema de comunicació:

o Gestionar els accessos a la xarxa.

o Connexió a través de la xarxa dels diferents processadors.

o Accés als recursos compartits.

Funcions dels Sistemes Operatius

1.- Acceptar tots els treballs i conservar-los fins a la seva finalització.

2.- Interpretació de comandes: Interpreta les comandes que permeten a l'usuari comunicar-se

amb l'ordinador.

3.- Control de recursos: Coordina i manipula el maquinari de l’ordinador, com la memòria, les

impressores, les unitats de disc, el teclat o el Mouse.

4.- Gestió de dispositius d'E/S: Organitza els arxius en diversos dispositius d'emmagatzematge,

com a discos flexibles, discos durs, discos compactes o cintes magnètiques.

5.- Gestió d'errors: Gestiona els errors de maquinari i la pèrdua de dades.

6.- Seqüència de tasques: El sistema operatiu ha d'administrar la manera en què es reparteixen

els processos. Definir l'ordre. (Qui va primer i qui després).

7.- Protecció: Evitar que les accions d'un usuari afectin el treball que està realitzant un altre

usuari.

8.- Multiaccés: Un usuari es pot connectar a una altra màquina sense haver d'estar prop d'ella.

9.- Comptabilitat de recursos: estableix el cost que se li cobra a un usuari per utilitzar

determinats recursos.

Història dels Sistemes Operatius

Per tractar de comprendre els requisits d'un Sistema Operatiu i el significat de les principals

característiques d'un Sistema Operatiu contemporani, és útil considerar com han anat

evolucionant aquests amb el temps.

Existeixen diferents enfocaments o versions de com han anat evolucionant els Sistemes

Operatius.

La primera d'aquestes versions podria ser aquesta:

En els 40's, s'introdueixen els programes bit a bit, per mitjà d'interruptors mecànics i després

es va introduir el leng. Màquina que treballava per targetes perforades.

Amb les primeres computadores, des de finals dels anys 40 fins a la meitat dels anys 50, el

programador interactuava de manera directa amb el maquinari de l’ordinador, no existia

realment un Sistema Operatiu; els primers ordinadors utilitzaven bulbs, l'entrada de dades i els

programes es realitzaven a través del llenguatge màquina (bits) o a través d'interruptors.

Durant els anys 50's i 60's.- A principi dels 50's, la companyia General Motors va implementar

el primer sistema operatiu per al seu IBM 170. Comencen a sorgir les targetes perforades les

quals permeten que els usuaris (que en aquest temps eren programadors, dissenyadors, etc.),

s'encarreguin de modificar els seus programes. Establien o apartaven temps, ficaven o



introduïen els seus programes, corregien i depuraven els seus programes en el seu temps. A

això se li anomenava treball en sèrie. Tot això es traduïa en pèrdua de temps i temps de

programes excessius.

En els anys 60's i 70's es genera el circuit integrat, s'organitzen els treballs i es generen els

processos Batch (per lots), la qual cosa consisteix a determinar els treballs comuns i realitzar-

los tots junts d'una sola vegada. En aquesta època sorgeixen les unitats de cinta i el carregador

de programes, el qual es considera com el primer tipus de Sistema Operatiu.

En els 80's, es va iniciar INTERNET als Estats Units d'Amèrica. A la fi dels anys 80's comença

l’evolució dels Sistemes Operatius. Es descobreix el concepte de multiprogramació que

consisteix a tenir carregats en memòria a diversos treballs al mateix temps, tema principal dels

Sistemes Operatius actuals.

Els 90's i el futur, entrem a l'era de la computació distribuïda i del multiprocessament a través

de múltiples xarxes de computadores, aprofitant el cicle del processador.

Es tindrà una configuració dinàmica amb un reconeixement immediat de dispositius i

programari que s'afegeixi o elimini de les xarxes a través de processos de registre i

localitzadors.

La connectivitat es facilita gràcies a estàndards i protocols de sistemes oberts per

organitzacions com la Org. Intern. de normes, fundació de programari obert, tot estarà mes

controlat pels protocols de comunicació OSI i per la xarxa de serveis digital ISDN.

S'ha desenvolupat una altra versió.

1a. Etapa (1945-1955) : Bulbs i connexions.

Després dels infructuosos esforços de Babbage, va haver-hi poc progrés en la construcció dels

ordinadors digitals, fins a la Segona Guerra Mundial. A meitat de la dècada dels 40's, Howard

Aiken (Harvard), John Von Newman (Institut d'Estudis Avançats, Princeton), J. Prespe R. Eckert

i Williams Mauchley (Universitat de Pennsylvania), així com Conrad Zuse (Alemanya), entre

d’altres van aconseguir construir màquines de càlcul mitjançant bulbs. Aquestes màquines

eren enormes i omplien cambres completes amb desenes de milers de bulbs, però eren molt

més lentes que l’ordinador casolà més econòmica en els nostres dies.

Tota la programació es duia a terme en llenguatge de màquina absolut i amb freqüència

s'utilitzaven connexions per controlar les funcions bàsiques de la màquina. Els llenguatges de

programació eren desconeguts (fins i tot el llenguatge assemblador). No se es tenia

coneixement dels Sistemes Operatius la manera usual d'operació consistia en que el

programador reservava cert període en una fulla de reserva enganxada a la paret, anava a la

cambra de la màquina, inseria la seva connexió a l’ordinador i passava unes hores esperant

que cap dels 20,000 o més bulbs es cremés durant l'execució. La immensa majoria dels

problemes eren càlculs numèrics directes, per exemple, el càlcul de valors per a taules de sinus

i cosinus.

A principi de la dècada dels 50's la rutina va millorar una mica amb la introducció de les

targetes perforades. Va ser llavors possible escriure els programes i llegir-los en comptes

d'inserir connexions, d'altra banda el procés era el mateix.



2a. Etapa. (1955-1965) : Transistors i Sistemes de Processament per lots

La introducció del transistor a mitjans dels anys 50's va modificar en forma radical el

panorama. Els ordinadors es van tornar confiables de manera que podien fabricar-se i vendre's

a clients, amb l'esperança que elles continuessin funcionant prou com per realitzar un treball

en forma.

Donat l'alt cost de l'equip, no ha de sorprendre el fet que les persones van buscar-se la vida

per altres ràpides vies per reduir el temps invertit. La solució que, en general es va adoptar, va

ser la del sistema de processament per lots.

3ra Etapa (1965-1980 ) : Circuits integrats i multiprogramació

La 360 d'IBM va ser la primera línia principal d’ordinadors que va utilitzar els circuits integrats,

la qual cosa va proporcionar un gran avantatge en el preu i acompliment pel que fa a les

màquines de la segona generació, construïdes a partir de transistors individuals. Es va treballar

amb un sistema operatiu enorme i extraordinàriament complex. Malgrat la seva enorme

grandària i els seus problemes el sistema operatiu de la línia IBM 360 i els sistemes operatius

similars d'aquesta generació produïts per altres fabricants d’ordinadors realment van poder

satisfer, en forma raonable a la majoria dels seus clients. També van popularitzar diverses

tècniques fonamentals, absents dels sistemes operatius de la segona generació, de les quals la

més important era la de multiprogramació.

Una altra característica era la capacitat de llegir treballs de les targetes al disc, tan aviat com

arribés a la cambra de còmput. Així, sempre que conclogués un treball el sistema operatiu

podia carregar un nou treball del disc en la partició que quedés desocupada i executar-ho.

4ta Etapa (1980-Actualitat) : Ordinadors personals

Un interessant desenvolupament que va començar a dur-se a terme a mitjans de la dècada

dels vuitanta ha estat el creixement de les xarxes d’ordinadors personals, amb sistemes

operatius de xarxa i sistemes operatius distribuïts.

En els sistemes operatius de xarxa, els usuaris són conscients de l'existència de diversos

ordinadors i poden connectar-se amb màquines remotes i copiar arxius d'una màquina a una

altra. Cada màquina executa el seu propi sistema operatiu local i té el seu propi usuari.

Per contra, un sistema operatiu distribuït és aquell que apareix davant els seus usuaris com un

sistema tradicional d'un sol processador, tot i que estigui composat per diversos processadors.

En un sistema distribuït veritable, els usuaris no han de ser conscients del lloc on el seu

programa s'executi o del lloc on es trobin els seus arxius; això ha de ser gestionat de manera

automàtica i eficaç pel sistema operatiu.

Estructura dels Sistemes Operatius

✓ Estructura modular.

✓ Estructura per Microkernel.



✓ Estructura per capes.

✓ Estructura client-servidor.

Estructura modular

Aquest tipus d'organització és amb escreix la més comuna; bé podria rebre el subtítol de "el

gran garbuix". L'estructura consisteix en que no existeix estructura alguna. El sistema operatiu

s'escriu com una col·lecció de procediments, cadascun dels quals pot cridar als altres cada

vegada que així ho requereixi. Quan s'usa aquesta tècnica, cada procediment del sistema té

una interfície ben definida en termes de paràmetres i resultats i cadascun d'ells és lliure de

cridar a qualsevol un altre, si aquest últim proporciona cert càlcul útil per al primer. No obstant

això fins i tot en aquest tipus de sistemes és possible tenir almenys una mica d'estructura. Els

serveis (crides al sistema) que proporciona el sistema operatiu se sol·liciten col·locant els

paràmetres en llocs ben definits, com en els registres o en la pila, per després executar una

instrucció especial de parany de nom "crida al nucli" o "crida al supervisor".

Aquesta instrucció canvia la màquina de la manera usuària a la manera nucli i transfereix el

control al sistema operatiu. El sistema operatiu examina llavors els paràmetres de la crida, per

determinar quines d'elles es desitja realitzar. A continuació, el sistema operatiu analitza una

taula que conté en l'entrada k un apuntador al procediment que realitza la k-èssima crida al

sistema. Aquesta operació identifica el procediment de servei a com es diu. Per últim, la crida

al sistema acaba i el control torna al programa de l'usuari.

La forma en què ha de fer-se una crida al sistema:

(1) El programa de l'usuari és atret cap al nucli.

(2) El sistema operatiu determina el nombre del servei sol·licitat.

(3) El sistema operatiu localitza i crida al procediment corresponent al servei.

(4) El control torna al programa de l'usuari.

Aquesta organització suggereix una organització bàsica del sistema operatiu:

1.- Un programa principal que crida al procediment del servei sol·licitat.

2.- Un conjunt de procediments de servei que duen a terme les crides al sistema.

3.- Un conjunt de procediments utilitaris que ajuden al procediment de servei.

En aquest model, per a cada crida al sistema existeix un procediment de servei que s'encarrega

d'ell. Els procediments utilitaris fan coses necessàries per a diversos procediments de servei,

per exemple buscar les dades dels programes de l'usuari.

Estructura per microkernel

Les funcions centrals d'un S.O. controlades pel nucli (kernel) mentre que la interfície de l'usuari

és controlada per l'entorn (shell). Per exemple, la part més important del DOS és un programa

amb el nom "COMMAND.COM" Aquest programa té dues parts. El kernel, que es manté en

memòria en tot moment, conté el codi màquina de baix nivell per gestionar l'administració de



maquinari per a altres programes que necessiten aquests serveis, i per a la segona part del

COMMAND.COM el shell, el qual és l'intèrpret de comandes.

Les funcions de baix nivell del S.O. i les funcions d'interpretació de comandos estan separades,

de tal forma que pots mantenir el kernel DOS corrent, però utilitzar una interfície d'usuari

diferent. Això és exactament el que succeeix quan càrregues Microsoft Windows, el qual pren

el lloc del shell, reemplaçant la interfície de línia de comandes amb una interfície gràfica de

l'usuari. Existeixen molts "shells" diferents al mercat, exemple: NDOS (Norton DOS), XTG,

PCTOOLS, o inclusivament el mateix S.O. MS-DOS a partir de la versió 5.0 va incloure un Shell

anomenat DOS SHELL.

Estructura per anells concèntrics (capes)

El sistema per "capes" consisteix a organitzar el sistema operatiu com una jerarquia de capes,

cadascuna construïda sobre la immediata inferior. El primer sistema construït d'aquesta

manera va ser el sistema THE (Technische Hogeschool Eindhoven), desenvolupat a Holanda per

I. W. Dijkstra (1968) i els seus estudiants.

La capa 0 treballa amb l'assignació del processador i alterna entre els processos quan ocorren

les interrupcions o expiren els cronòmetres. Sobre la capa 0, el sistema consta de processos

seqüencials, cadascun dels quals es podria programar sense importar que diversos processos

estiguessin executant-se en el mateix processador, la capa 0 proporcionava la

multiprogramació bàsica de la CPU.

La capa 1 realitzava l'administració de la memòria. Assignava l'espai de memòria principal per

als processos i un recipient de paraules de 512K s'utilitzava per emmagatzemar parts dels

processos (pàgines) per a les que no existia lloc en la memòria principal. Per sobre de la capa 1,

els processos no havien de preocupar-se si estaven en la memòria o en el recipient; el

programari de la capa 1 s'encarregava de garantir que les pàgines arribessin a la memòria quan

fossin necessàries.

La capa 2 s'encarregava de la comunicació entre cada procés i la consola de l'operador. Per

sobre d'aquesta capa, cada procés té la seva pròpia consola d'operador.

La capa 3 controla els dispositius d'E/S i guarda en magatzems (buffers) els fluxos d'informació

entre ells. Per sobre de la capa 3, cada procés pot treballar amb dispositius exactes d'E/S amb

propietats adequades, en comptes de dispositius reals amb moltes peculiaritats.

La capa 4 és on estaven els programes de l'usuari, aquests no havien de preocupar-se pel

procés, memòria, consola o control d'E/S. el procés operador del sistema es localitzava en la

capa 5.

Una generalització més avançada del concepte de capes es va presentar en el sistema

MULTICS. En lloc de capes, MULTICS estava organitzat com una sèrie d'anells concèntrics, sent

els anells interiors els privilegiats. Quan un procediment d'un anell exterior desitjava cridar a

un procediment d'un anell interior, va haver de fer l'equivalent a una crida al sistema.

Mentre que l'esquema de capes de THE era en realitat un suport al disseny, a causa que totes

les parts del sistema estaven lligades entre si en un sol programa objecte, en MULTICS, el

mecanisme d'anells estava mes present durant el temps d'execució i era reforçat pel

maquinari. L'avantatge del mecanisme d'anells és la seva facilitat d'extensió per estructurar

subsistemes de l'usuari.



|5 |L'operador |

|4 |Programes de l'usuari |

|3 |Control d'entrada/sortida |

|2 |Comunicació operador-procés |

|1 |Administració de la memòria i del disc |

|0 |Assignació del processador i multiprogramació |

Estructura client – servidor

Una tendència dels sistemes operatius moderns és la d'explotar la idea de moure el codi a

capes superiors i eliminar la major part possible del sistema operatiu per mantenir un nucli

mínim. El punt de vista usual és el d'implantar la majoria de les funcions del sistema operatiu

en els processos de l'usuari. Per sol·licitar un servei, com la lectura d'un bloc de cert arxiu, un

procés de l'usuari (denominat procés client) envia la sol·licitud a un procés servidor, que

realitza llavors el treball i torna la resposta. En aquest model l'única cosa que fa el nucli és

controlar la comunicació entre els clients i els servidors. En separar el sistema operatiu en

parts, cadascuna d'elles controla una faceta del sistema, com el servei a arxius, serveis a

processos, servei a terminals o servei a la memòria, cada part és petita i controlable. A més

com tots els servidors s'executen com a processos en manera usuària i no en manera nucli, no

tenen accés directe al maquinari. En conseqüència si hi ha un error en el servidor d'arxius,

aquest pot fallar, però això no afectarà en general a tota la màquina.

Una altra dels avantatges del model client-servidor és la seva capacitat d'adaptació per al seu

ús en els sistemes distribuïts. Si un client es comunica amb un servidor mitjançant missatges, el

client no necessita saber si el missatge es gestiona de forma local, en la seva màquina, o si

s'envia per mitjà d'una xarxa a un servidor en una màquina remota. Pel que fa al client, el

mateix ocorre en tots dos casos: s’envia una sol·licitud i es rep una resposta.

història dels sistemes operatius

Documents