Sistemas Operacionais: Visão Geral da Arquitetura

O sistema operacional (SO) é, em sua essência, um conjunto de rotinas executado pelo processador. Sua principal função é gerenciar o funcionamento do computador, controlando o uso e o compartilhamento de recursos críticos como processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída (E/S).

O SO também serve como interface entre o usuário e o computador (hardware), tornando a utilização mais simples, rápida e segura. Sem ele, o usuário precisaria de um conhecimento detalhado do hardware, o que resultaria em um trabalho lento e com grande potencial de erros.

Embora o termo mais usual na literatura para o programa seja “sistema operacional”, ele também pode ser referido como sistema monitor, executivo, supervisor ou controlador.

Funções Básicas

Como foi dito acima, o sistema operacional também é um programa. Contudo, ele possui uma característica que o difere das aplicações convencionais: suas rotinas são executadas concorrentemente em resposta a eventos assíncronos – eventos que podem ocorrer a qualquer momento -, e não de forma linear. Por conta disso, ele é construído para desempenhar duas funções básicas cruciais:

1. Facilitar o acesso aos recursos do sistema: ele serve como uma interface para recursos diversos como impressoras, discos, monitores etc. Por exemplo, uma simples operação de leitura de arquivo em disco exige um complexo conjunto de rotinas gerenciadas pelo SO que deve tornar essa comunicação transparente para o usuário.
2. Compartilhar os recursos de forma organizada e protegida: Em ambientes onde múltiplos usuários acessam os mesmos recursos (como uma disco), o SO é responsável por controlar o uso concorrente, garantindo que a utilização seja organizada e protegida. O compartilhamento de recursos também proporciona redução de custos.

Importante destacar que programas utilitários como compiladores, linkers, bibliotecas e depuradores não são considerados como parte do sistema operacional, mas sim ferramentas para facilitar a interação do usuário.

Máquina de Camadas (Máquina Virtual)

O computador pode ser abstraído como uma máquina de camadas ou níveis. O nível mais básico (nível 0) é o hardware, e o nível imediatamente superior (nível 1) é o sistema operacional.

O surgimento do SO minimizou a necessidade da programação em linguagens de máquina, que exigia vasto conhecimento da arquitetura do hardware. Ao interagir diretamente com o SO, o usuário tem uma visão modular e abstrata da máquina, como se o hardware não existisse. Dessa forma, o computador passa a ter múltiplos níveis, cada um utilizando uma linguagem diferente, variando da mais elementar (baixo nível) à mais sofisticada (alto nível). A Figura 1 apresenta a abstração de um computador com o nível do sistema operacional incluído no esquema de camadas.

Histórico da Evolução dos Sistemas Operacionais

A evolução dos SOs está intrinsecamente ligada ao desenvolvimento do hardware. Quando a indústria se tornava capaz de aprimorar seus processos e oferecer produtos eletrônicos mais complexos e com mais recursos, os desenvolvedores de software necessitavam de sistemas operacionais mais robustos que conseguissem extrair o máximo de desempenho dos equipamentos disponíveis. Conforme Machado e Maia (2014), podemos elaborar um apanhado histórico segmentado por década.

Década de 1950

O advento do transistor contribuiu para o enorme avanço do computadores eletrônicos. Graças à essa revolução, surge o primeiro sistema operacional, chamado de Monitor. Ele foi desenvolvido em 1953 para os usuários do computador IBM 701, que pode ser visto em operação na Figura 2. Na mesma época foi introduzido o processamento batch, que eram lotes de programas submetidos em cartões perfurados/fitas e executados sequencialmente.

Nos anos 50 ainda podemos citar o sistema operacional Atlas, da Universidade de Manchester, que introduziu o conceito de memória virtual baseado em memória hierarquizada e paginação por demanda.

Década de 1960

A indústria eletrônica começa a difundir sistemas mais baratos para outros setores econômicos devido à criação dos circuitos integrados e a consequente redução de custos. No campo do software, surgem técnicas como multiprogramação, multiprocessamento e time-sharing.

Em 1963 é lançado o B-5000 com o SO Master Control Program (MCP). Em 1964, a IBM lança o System/360, cujo SO era conhecido por OS/360. No mesmo ano, o projeto MULTICS implementou memória virtual com segmentação e paginação, além de suportar múltiplos processadores e usuários. Em 1969, Ken Thompson cria um sistema operacional que seria conhecido como Unix. A Figura 3 apresenta fotos de máquinas e sistemas operacionais da época.

Década de 1970

Os componentes eletrônicos se tornam ainda menores e mais baratos com o avanço da tecnologia de construção dos processadores, memórias e demais dispositivos. Os computadores começaram a se popularizar para outros ambientes fora do ambiente acadêmico e militar, chegando especialmente nos grandes escritórios e nas empresas.

O sistema operacional dominante nos primeiros microcomputadores foi o Control Program Monitor (CP/M), da Digital Research. Nessa época também houve o desenvolvimento de recursos novos, como as redes de computadores e seus protocolos e a criação de novas linguagens de programação como C e Pascal.

A Figura 4 destaca dois computadores de certa expressão da década de 70.

Década de 1980

O sistema Unix (versão BSD) populariza-se e introduz o protocolo de rede TCP/IP. As estações de trabalho (também conhecidas como workstations) surgem, permitindo ambientes monousuário multitarefa.

Em 1981, a IBM lança o IBM PC que utilizava o Disk Operating System – DOS. Em 1982, a Sun Microsystems é fundada e lança o sistema operacional SunOS, que depois se tornou o Sun Solaris.

Além disso, podemos destacar o aparecimento de inúmeras versões do Unix, o começo da era dos sistemas gráficos com o lançamento do System 1/Macintosh Operating System (1984) e do Windows 1.0 (1985) e os sistemas específicos para controle de redes, como o Novell Netware e o Microsoft LAN Manager. A Figura 5 destaca dois sistemas operacionais desenvolvidos nos anos 80, em destaque a primeira interface gráfica do Windows 1.0.

Décadas de 1990 e 2000

Os anos 90 foram marcados pela rápida expansão da globalização e da consolidação da Internet, tornando o protocolo de rede TCP/IP um padrão de mercado. Com cada vez mais pessoas utilizando computadores pessoais – os chamados Personal Computers – PC – em suas residências, os sistemas operacionais baseados em interface gráfica se consolidaram como a tendência a ser seguida, com o Windows e Mac OS se consagrando como referências para o segmento de computadores pessoais. Em 1991, Linus Torvalds começa o desenvolvimento do sistema operacional Linux, se tornando bastante popular entre profissionais de redes, desenvolvedores de software e aficionados por tecnologia. Na Figura 6 são apresentadas a primeira interface do Linux, seu mascote oficial e uma foto do seu criador.

A partir dos anos 2000, começam a ganhar espaço no mercado os primórdios dos dispositivos móveis (palmtops, agendas eletrônicas, celulares etc.). Para suprir esta demanda, surgem os primeiros sistemas operacionais para dispositivos móveis, tais como o Symbian, o BlackBerry OS, o Palm OS e o Windows Mobile.

Década de 2010

A década de 2010 foi marcada pela queda de gigantes e a ascensão de novos personagens no segmento de dispositivos móveis. A Nokia e a BlackBerry, que até então eram líderes no setor de mobile, começaram a perder relevância com a ascensão dos smartphones e dos novos sistemas operacionais. A ascensão do Android com o lançamento do Samsung Galaxy S e a consolidação do iOS a partir do IPhone 4 ditaram as regras para o novo mercado de dispositivos móveis que se firmou.

Segundo Grego (2011, online), em 2010 “1,6 bilhão de dispositivos móveis foram vendidos (…), sendo 297 milhões smartphones”. Isso representou um aumento de 31% em comparação a 2009, sendo que a maior parte destes smartphones tinham como sistemas operacionais o iOS ou o Android.

Tipos de Sistemas Operacionais

A classificação dos SOs quanto ao tipo está ligada à forma como eles gerenciam a unidade de execução do computador. As primeiras unidades de execução eram chamadas de programa ou job. Em seguida, o conceito evoluiu para processo e, posteriormente, para a ideia do thread (conceitos que serão abordados em outro artigo). Na Figura 7 pode-se verificar os principais tipos de sistemas operacionais.

Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa

São tipicamente sistemas antigos ou sistemas pessoais/estações de trabalho da década de 1970. Caracterizam-se por dedicar todos os recursos a uma única tarefa, conforme demonstrado na Figura 8.

Nesse tipo de sistema, o processador permanece ocioso enquanto aguarda operações lentas (como digitação de dados), resultando em subutilização de memória e periféricos. Contudo, oferecem a vantagem de serem simples de implementar.

Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa

Os sistemas mais modernos permitem que vários programas coexistam na memória, concorrendo pelo processador, de acordo com o apresentado na Figura 9. Quando um programa espera por uma operação de E/S, outros podem utilizar o processador, mantendo a Unidade Central de Processamento (UCP) menos ociosa.

Esses sistemas possuem a redução de custos como uma vantagem, pois eles permitem o compartilhamento de recursos computacionais e a diminuição do tempo total de execução dos programas.

Observação: sistemas multiprogramáveis podem ser subclassificados pela quantidade de usuários que conseguem administrar. Eles podem ser Monousuário (um usuário, mas várias tarefas concorrentes, como em PCs) ou Multiusuário (vários usuários interagem simultaneamente).

Em linhas gerais, os sistemas multiprogramáveis são subclassificados pela forma de processamento. Machado e Maia (2014) elucidam essa categorização por meio da Figura 10, descrevendo-as como:

• Sistemas Batch: são os primeiros multiprogramáveis. O processamento não é interativo, ou seja, não exige interação do usuário. As entradas e saídas usam memória secundária. Possuem longos tempos de resposta, mas podem ser eficientes na utilização do processador.
• Sistemas de Tempo Compartilhado (Time-sharing): também chamados de sistemas online, permitem interação direta do usuário via comandos, com respostas esperadas em poucos segundos. Este modelo é a base da maioria das aplicações comerciais atuais.
• Sistemas de Tempo Real: são sistemas onde não existe a concorrência de programas por fatia de tempo. Nestes casos, o uso do processador é feito por ordem prioritária. Sistemas para controle de tráfego aéreo e monitoramento de refinarias são alguns exemplos de SOs de tempo real.

Sistemas com Múltiplos Processadores

Estes sistemas têm como principal objetivo acelerar a execução de aplicações e melhorar o desempenho, escalabilidade, confiabilidade e balanceamento de carga. Segundo Machado e Maia (2014), com este tipo de sistema computacional “foi possível a criação de sistemas voltados para processamento científico, desenvolvimento aeroespacial, prospecção de petróleo, simulações e processamento de imagens (…)”.

Eles podem ser categorizados em dois grupos:

Fortemente Acoplados: Os processadores compartilham uma única memória principal, ou seja, o espaço de endereçamento é compartilhado. Portanto, a comunicação entre os dispositivos é feita por meio de variáveis na memória principal. Os sistemas operacionais tradicionais para desktops, como o Windows e o Linux, são exemplos dessa categoria.

Fracamente Acoplados: são dois ou mais sistemas computacionais independentes, conectados por linhas de comunicação. Cada sistema possui seu próprio SO, CPU, memória e recursos, sendo a comunicação realizada por linhas de comunicação de alta velocidade. Os sistemas operacionais de rede e os sistemas distribuídos são exemplos dessa categoria.

Considerações finais

A evolução dos sistemas operacionais está intimamente atrelada à evolução dos componentes de hardware na indústria de eletrônicos. À medida que este mudava, aquele precisava se adaptar para extrair o máximo dos recursos disponíveis em cada geração.

Este processo nos deu uma gama vasta de tipos de sistemas operacionais, bem como marcas e modelos diferentes que devem ser vistos, estudados e compreendidos por estudantes de Computação e entusiastas por tecnologia.

Convido os leitores e leitoras para aprofundarem seu conhecimento lendo a referência original que foi utilizada para compor este artigo.

Obrigado pela leitura e bons estudos.

Referências

MACHADO, Francis Berenger; MAIA, Luiz Paulo. Arquitetura de sistemas operacionais. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.

IBM. The IBM 700 Series. Disponível em: <https://www.ibm.com/history/700>. Acesso em: 02 out 2025.

GREGO, Maurício. Vendas de smartphones cresceram 72% em 2010. Portal Exame Tecnologia. 2011. Disponível em: <https://exame.com/tecnologia/vendas-de-smartphones-cresceram-72-em-2010/>. Acesso em: 22 set. 2025.