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FATEC SPSistemas Operacionais

Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais IDionisio Gava Junior

Arquitetura de computadores – Revisão de conceitos


Arquitetura de computadoresComponentes básicos


Componentes Básicos da Tecnologia da Informação

• HardwareCPU, Memória e Periféricos de E/S.

• Software• Software básicos - Sistema Operacional• Aplicativos

• PessoasPessoas, outros computadores, maquinas

• Redes

• Banco de Dados

• Procedimentos

Arquitetura de computadores

Aplicações• Comerciais• Científicas • Utilitários• Editores de texto ou imagem• Planilhas• Jogos• Compiladores.• Correio Eletrônico• Visualizador WEB (Browser)• Transferidor de arquivos• Outros...


Hardware• Diminuição do custo• Aumento da capacidade• Miniaturização• Integração


Software• Aumento de funcionalidades• Facilidade de uso

Características e Tendências dos elementos

Redes• Infra-estrutura da informação e comunicação pública• Meio de integração do mercado• Principal meio de comunicação do indivíduo.

Principal de meio de integração e comunicação entre empresas, instituições e indivíduos

Uso Intenso de TI

Cultura - OrganizaçãoEstrutura socialEstrutura fîsicaTecnologia


Elementos do hardware do computador

Unidade Central de Processamento - UCPÉ o elemento responsável pela execução das instruções. Sincroniza os eventos entre os demais elementos do hardware.

MemóriaÉ o elemento responsável pelo armazenamento dos programas e dos dados.

Processadores ou Controladores de e/s É o elemento responsável pela transferência dos dados entre MEMÓRIAe PERIFÉRICOS

Periféricos



Arquitetura e organização dos computadores

Organização• Componentes físicos específicos• Tecnologia utilizada na construção dos componentes• Características e capacidades dos componentes (velocidade da CPU)• Conhecimento de construção do fabricante, não necessário a programação


Arquitetura• Conjunto de instruções do processador • Modo de acesso à memória, endereçamento das instruções• Tamanho dos dados manipulados pelo processador• Os interfaces de E/S• Tecnicas de virtualização• Conhecimento desejado pelo programador


Arquitetura e organização dos computadores


• O fabricante define uma família de processadores dentro de uma mesma arquitetura, visando

atender as diversas necessidades do mercado.

• Dentro da família, cada processador terá uma organização específica.

• Os diversos modelos dentro da família oferecerão características e desempenho distintos

Exemplos:

A) Intel 486, Pentium, Pentium 2, Pentium 3, Pentium 4

B) Intel Dual Core, Core 2 Duo, Dual Quad


Interação entre os elementos do hardware do computador

PESPES

PeriféricoPeriférico

CPU

Memória PES

Periférico



Interação entre os elementos do Hardware

Memória

CPUInstruções

Dados

CPU-MEM

A CPU acessa a memória na busca de instruções e dados para a execução, e o armazenamento de resultados.




CPU-PES

A CPU solicita ao PES (Processador de entrada e saída) a execução de operações de entrada e saída (E/S).

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico




PES-CPU-MEM

• O Processador E/S busca na memória a operação de E/S a ser realizada• Inicia a operação de entrada e saída• Avisa a CPU assim que a transferência dos dados for concluída• Armazena na MEM informações sobre a condição desta transferência.

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico



Elementos que diferenciam arquiteturas

Conjunto de Instruções (de maquina)• Instruções aritméticas, lógicas e outras• Denominadas instruções de máquina• De acordo com a arquitetura terão formato, tamanho e funcionalidadesespecíficas.

Acesso a Memória• Mecanismo utilizado pela CPU para buscar ou armazenar um dado na memória. • Exemplos: Acesso absoluto, indireto com a utilização de registradores, pilha, etc...




Interface de E/S

• A interface de e/s envolve não somente a conexão fisica, mas também o protocolo específico de comunicação, inerente a organização.

• Os dispositivos do hardware interagem de acordo com este protocolo de comunicação, baseado em um conjunto de comandos de e/s.




Técnicas de Virtualização

• Técnicas utilizadas pela arquitetura, com o objetivo de aumentar estender as funções e eficiência do sistema.

• Tais técnicas utilizam dispositivos especiais do hardware, implementados através de controles do sistema operacional



Exemplos de Arquiteturas

MainframesSistema 390 – Sistema operacional OS/390 (IBM)

Servidores / Super ServidoresIBM Regatta – Sistema operacional AIX (IBM)HP Superdome – Sistema operacional HPUX (HP)SUN E10000 Series – Sistema operacional SUN SOLARIS (SUN)

Estações de trabalho / desktops / PCsIntel Pentium Core 2 Duo - Windows / LINUXSUN SPARC – Sistema Operacional SunOs



Processador Unidade Central de processamento - Funções básicas

• Executar as instruções• Ler e Gravar na memória• Sincronizar eventos para o uso da memória• Enviar comandos ao PES• É composta basicamente pela UAL, UC e Registradores


PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

Unidade Aritmética e Lógica

Unidade de controle

Registradores


Processador

Unidade Aritmética e Lógica - UAL

Compreendem os circuitos que executam as instruções de maquina, tais como Somar, Multiplicar, dividir, mover, ou instruções de booleanas, ou ainda, instruções que iniciarão e/s.

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico



Unidade de controle

Registradores


ULA• Operações aritméticas (+,-,*,/)• Operações Lógicas (OR, AND, NOT, XOR)• A velocidade é elevada (ns)

Tabelas verdade

A

0

0

1

1

B

0

1

0

1

A OR B

0

1

1

1

A AND B

0

0

0

1

A XOR B

0

1

1

0

NOT A

1

1

0

0


Processador (CPU)


Processador

Registradores

• São circuitos de armazenamento• De rápido acesso


PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico


Unidade de controle

Registradores


Processador

Unidade de Controle

• Responsável pelo sincronismo dos eventos• Controla o acesso a memória


PESPES


CPU

Memória PES

Periférico

PESPES


CPU

Memória PES

Periférico


Unidade de controle

Registradores


Processador

Palavra de estado do Processador - PSW

É um registrador que registra em seu conteúdo diversas informações relevantes, como por exemplo:

• O endereço da próxima instrução que será executada• O estado em que maquina se encontra (ativa, inativa, etc.)• O modo de execução (Supervisor, ou programa)• Indicará se o processo em execução pode ou não ser interrompido



Processador

PSW – Formato

000010120000

Endereço da próxima instrução

02

Maquina com estado Ativa

07

Maquina em modo Supervisor

0001 0000

Exemplos:



Instrução de Maquina

• OP – Identifica o código da operação, como por exemplo Somar, mover, etc

• OPERANDOS – identificam os campos de memória que serão manipulados pela instrução.


Processador

OP OPERANDO 1 OPERANDO 2 ...


Processador

Instrução de Maquina - Operandos

OP OPERANDO 1 OPERANDO 2

• O número de operandos é variável

• A instrução pode ter 0,1,2 ou 3 operandos

• O operando contém ou indica o endereço de memória, e o tamanho implícito ou explícito do campo.

• A arquitetura estabelece o conjunto e o formato das instruções.


...


Tradutores

Assembler ou Montador• Monta programas convertendo o código assembler para linguagem de máquina• A montagem é um para um

Compilador• Converte código fonte em linguagem de alto nível para linguagem de máquina• Agrega N instruções de máquina para uma instrução de alto nível

Interpretador• Mesma função do compilador, só que vai executando linha a linha• É feito em tempo de execução



Compilação e Montagem

Ler arq1Somar A,B em CSe C >= 0Gravar reg1

Ler Get arq1,reg1Add R1,R2St R1,R3Clc R1,=f’0’Be lerB gravar

01001101b00101010b11100000b11110101b11001010b10000101b

Linguagem de Alto Nível Assembler

Linguagem de Máquina


Compilacão

Montagem


Tradução

Linguagem de Alto Nível

Bibliotecas

TradutorCompilador

ou InterpretadorPrograma Fonte

CódigosInstruções de

Máquina


01001101b00101010b11100000b11110101b11001010b10000101b

Código objeto Programa executável


Processador

Ciclo de instrução de maquina

• Busca – A CPU busca a instrução na memória, com base na PSW• Decodificação – Identifica qual a operação a ser realizada• Endereçamento – Faz o acesso aos operandos na memória e traz os dados.• Execução – ativa o circuito especifico que realizará a operação• Verificação – verifica o resultado da operação• Armazenamento – armazena resultados da operação na memória• Posicionamento – Reposiciona a PSW com a próxima instrução a ser executada

Questão: Quais os erros comuns acontecem na execução das instruções?



Memória

• É o elemento do computador onde são armazenadas as informações.• A unidade é o bit, Que assume dois estados: 0 ou 1• O byte contém 8 bits sequenciais.• O byte é a unidade de acesso, e de endereçamento• Para cada byte na memória existe um endereço acessível.• Os programas possuem instruções e dados.• As partes que contém instruções, não sofrem alteração no seu conteúdo.

Conceitos básicos



RAM - Random Access Memory• Memória volátil de leitura e escrita• As informações são perdidas caso o sistema de alimentação seja interrompido

ROM - Read Only Memory• Memória não-volátil apenas de leitura• Seu conteúdo é gravado no processo de fabricação

PROM - Programable ROM• Pode ser gravada apenas uma vez

EPROM - Erasable PROM• Pode ser apagada e regravada várias vezes.

Memória


Tipos de memória


Memória

Tempo de Acesso• Tempo requerido para leitura ou gravação na memória

Ciclo de processador• Menor unidade de tempo em que o processador (CPU) ao executar uma instrução, transfere uma informação.

O maior componente de tempo na execução de uma instrução é o acesso a memória



Memória

• Registradores – funcionam na velocidade da CPU, em frações de ns

• Cache – alguns ns

• Memória RAM, ou Memória principal – uma, ou duas dezenas de ns

• Disco Magnético (este poderá ter Cache) – até uma ou duas dezenas de ms

• Fita Magnética – Frações de segundos, crescendo com o tamanho do arquivo

Hierarquia de memória



Processador de entrada e Saída

• É um processador especializado em E/S

• Controla e coordena as operações de E/S

• Ao ser acionado pela CPU, busca na memória o que fazer.

• Reconhece o pedido, identifica o periférico, a localização dos dados

• Estabelece um sincronismo com o periférico

• Uma vez sincronizado, inicia a transferência dos dados para a memória (leitura), ou da

memória para o periférico (gravação).

• Identifica se a operação foi realizada com sucesso, registrando na memória.

• Ao concluir avisa a CPU, emitindo um sinal de controle, de que a operação foi finalizada.


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