Aulas interativas, simuladores e simulado
Conteúdo completo das 14 aulas — teoria didática, simulações para testar os conceitos direto no navegador, atividades em grupo e um simulado estilo ENADE com gabarito comentado.
Dados da disciplina
O que você vai desenvolver
Compreender a interface entre o hardware e o software no nível do sistema operacional; projetar e analisar mecanismos de baixo nível (interrupções, MMU, drivers de dispositivo); aplicar conceitos de sistemas de tempo real e embarcados; avaliar desempenho, confiabilidade e segurança em plataformas computacionais.
Ementa
Fundamentos e arquitetura dos sistemas operacionais. Processo. Thread. Sincronização e comunicação entre processos. Gerência do processador. Gerência de memória e memória virtual. Sistemas de arquivos. Gerência de dispositivos e virtualização. Na ênfase de Engenharia da Computação, cada tema é aprofundado na interface com o hardware — modos de operação da CPU, interrupções, MMU, drivers e DMA — e em escalonamento de tempo real e sistemas embarcados.
Objetivos
Compreender o sistema operacional como gerenciador de recursos; dominar processo, thread, sincronização e escalonamento; analisar gerência de memória, memória virtual e sistemas de arquivos; entender a gerência de dispositivos e a virtualização; e, na ênfase de Engenharia da Computação, relacionar cada mecanismo ao hardware que o sustenta, incluindo tempo real e plataformas embarcadas.
Cronograma de 14 semanas
Uma aula por semana. Clique em cada semana para ver os tópicos.
| Unidade | Assunto / atividades | Teórica | Prática | Semanas |
|---|---|---|---|---|
| U1 | Fundamentos e Arquitetura dos Sistemas Operacionais | 12h | 8h | 1 a 4 |
| U2 | Processo | 4h | 8h | 5 e 6 |
| U3 | Thread | 4h | 4h | 7 |
| U4 | Sincronização e Comunicação entre Processos | 4h | 4h | 8 |
| U5 | Gerência do Processador | 4h | — | 9 |
| U6 | Gerência de Memória e Memória Virtual | 4h | — | 10 |
| U7 | Gerência de Memória Virtual | 4h | — | 11 |
| U8 | Sistemas de Arquivos | 4h | 4h | 12 |
| U9 | Gerência de Dispositivos e Virtualização | 4h | — | 13 |
| — | Total | 44h | 28h | 14 |
Distribuição em 14 semanas, uma aula por semana:
1U1 · Fundamentos e Arquitetura dos SO (1/4)Semana 1▾
- Funções do sistema operacional e visão como gerenciador de recursos
- Evolução histórica e tipos de SO: propósito geral, embarcado, tempo real
- aprofundamento EC: onde o SO encosta no hardware
2U1 · Fundamentos e Arquitetura dos SO (2/4)Semana 2▾
- Ciclo de instrução e modos de operação da CPU
- Mecanismo de interrupções e exceções
- aprofundamento EC: MMU e TLB no caminho do endereço
3U1 · Fundamentos e Arquitetura dos SO (3/4)Semana 3▾
- Kernel e modo privilegiado
- Arquiteturas: monolítica, microkernel, em camadas e híbrida
- Chamadas de sistema (syscalls)
4U1 · Fundamentos e Arquitetura dos SO (4/4) — práticaSemana 4▾
- Boot, firmware e inicialização do kernel
- Serviços, daemons e ferramentas de observação
- Laboratório: acompanhar chamadas de sistema e a inicialização do sistema
5U2 · Processo (1/2)Semana 5▾
- Conceito de processo e bloco de controle (PCB)
- Estados e transições
- Troca de contexto e seu custo
- aprofundamento EC: o que o hardware salva e restaura na troca de contexto
6U2 · Processo (2/2) — práticaSemana 6▾
- Criação e término de processos, hierarquia e processos órfãos/zumbis
fork,exece o ciclo de vida no Linux- Laboratório: criar, inspecionar e encerrar processos
7U3 · ThreadSemana 7▾
- Threads de usuário e de núcleo; modelos de multithreading
- Concorrência × paralelismo em multicore
- Laboratório: paralelizar uma tarefa com threads
8U4 · Sincronização e Comunicação entre Processos · Prova 1Semana 8▾
- Condição de corrida e exclusão mútua
- Semáforos e monitores
- IPC: memória compartilhada, troca de mensagens, pipes e sinais
- Deadlock: condições, prevenção, detecção e recuperação
- aprofundamento EC: inversão de prioridade e herança de prioridade
- Avaliação 1 (unidades 1 a 4)
9U5 · Gerência do ProcessadorSemana 9▾
- Critérios de escalonamento
- FCFS, SJF, Round-Robin, prioridades e filas multinível
- aprofundamento EC: escalonamento de tempo real — Rate Monotonic e EDF, com simuladores
10U6 · Gerência de Memória e Memória VirtualSemana 10▾
- Alocação contígua, particionamento e fragmentação
- Paginação e segmentação
- aprofundamento EC: MMU e TLB na tradução de endereços
11U7 · Gerência de Memória VirtualSemana 11▾
- Paginação por demanda
- Algoritmos de substituição: FIFO, LRU e ótimo (simulador)
- Thrashing, working set e o impacto da hierarquia de cache
12U8 · Sistemas de ArquivosSemana 12▾
- Arquivos, diretórios e atributos
- Métodos de alocação e gerência de espaço livre
- Armazenamento HDD/SSD e escalonamento de disco (simulador)
13U9 · Gerência de Dispositivos e VirtualizaçãoSemana 13▾
- Subsistema de E/S: polling × interrupção × DMA
- Estrutura de um driver de dispositivo
- Virtualização e contêineres
- aprofundamento EC: RTOS e embarcados — determinismo, latência e estudo de caso FreeRTOS
14Revisão geral · Prova 2 / ExameSemana 14▾
- Apresentação dos projetos
- Revisão geral das 9 unidades
- Avaliação 2 e exame, quando aplicável
Como as aulas acontecem
Aulas expositivas e dialogadas com forte componente prático em laboratório: Linux, microcontroladores e RTOS, além de simuladores de arquitetura.
- Aulas expositivas e dialogadas
- Questionários escritos (Quiz)
- Práticas em laboratório (Linux, microcontroladores, RTOS)
- Projeto embarcado
- Recursos multimídia e artigos digitais
- Plataformas embarcadas / microcontroladores
- RTOS (ex.: FreeRTOS) e simuladores
- Plataforma Moodle
Composição da nota
Avaliação processual, diagnóstica, formativa e contínua ao longo de toda a disciplina.
| Instrumento | Atividade | Natureza | Peso |
|---|---|---|---|
| Avaliação | Prova teórica/prática individual | Conceitual | 6,0 |
| Projeto | Projeto prático embarcado / RTOS | Procedimental | 2,0 |
| Quiz | Exercícios / questionamentos individuais | Atitudinal e conceitual | 2,0 |
Referências
Básica
- TANENBAUM, A. S.; BOS, H. Sistemas operacionais modernos. 4. ed. São Paulo: Pearson, 2016.
- SILBERSCHATZ, A.; GALVIN, P. B.; GAGNE, G. Fundamentos de sistemas operacionais. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2015.
- STALLINGS, W. Sistemas operacionais: princípios e práticas. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2010.
Complementar
- HENNESSY, J. L.; PATTERSON, D. A. Arquitetura de computadores: uma abordagem quantitativa. Elsevier, 2014.
- BARRY, R. Mastering the FreeRTOS Real Time Kernel. Real Time Engineers, 2016.
- LI, Q.; YAO, C. Real-Time Concepts for Embedded Systems. CMP Books, 2003.
- MAZIERO, C. A. Sistemas operacionais: conceitos e mecanismos. UFPR, 2019.