Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais I Arquitetura de computadores – Revisão de conceitos Sistemas Operacionais I Dionisio Gava Junior

Arquitetura de computadores Componentes básicos

Arquitetura de computadores Componentes Básicos da Tecnologia da Informação • Hardware • CPU, Memória e Periféricos de E/S. • Software • Software básicos - Sistema Operacional • Aplicativos • Pessoas • Pessoas, outros computadores, maquinas • Redes • Banco de Dados • Procedimentos • Aplicações • Comerciais • Científicas • Utilitários • Editores de texto ou imagem • Planilhas • Jogos • Compiladores. • Correio Eletrônico • Visualizador WEB (Browser) • Transferidor de arquivos • Outros...

Arquitetura de computadores Características e Tendências dos elementos Hardware • Diminuição do custo • Aumento da capacidade • Miniaturização • Integração Uso Intenso de TI Software Principal de meio de integração e comunicação entre empresas, instituições e indivíduos • Aumento de funcionalidades • Facilidade de uso Redes • Infra-estrutura da informação e comunicação pública • Meio de integração do mercado • Principal meio de comunicação do indivíduo. Cultura - Organização Estrutura social Estrutura fîsica Tecnologia

Arquitetura de computadores Elementos do hardware do computador • Unidade Central de Processamento - UCP • É o elemento responsável pela execução das instruções. • Sincroniza os eventos entre os demais elementos do hardware. • Memória • É 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 MEMÓRIA • e PERIFÉRICOS • Periféricos

Arquitetura de computadores Arquitetura e organização dos computadores • 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 • 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 de computadores 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

CPU PES PES Memória PES Periférico Periférico Periférico Arquitetura de computadores Interação entre os elementos do hardware do computador

Memória Instruções CPU Dados Arquitetura de computadores Interação entre os elementos do Hardware CPU-MEM A CPU acessa a memória na busca de instruções e dados para a execução, e o armazenamento de resultados.

Arquitetura de computadores Interação entre os elementos do Hardware CPU-PES A CPU solicita ao PES (Processador de entrada e saída) a execução de operações de entrada e saída (E/S).

Arquitetura de computadores Interação entre os elementos do Hardware • 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.

Arquitetura de computadores 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...

Arquitetura de computadores Elementos que diferenciam arquiteturas • 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.

Arquitetura de computadores Elementos que diferenciam arquiteturas • 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

Arquitetura de computadores Exemplos de Arquiteturas • Mainframes • Sistema 390 – Sistema operacional OS/390 (IBM) • Servidores / Super Servidores • IBM Regatta – Sistema operacional AIX (IBM) • HP Superdome – Sistema operacional HPUX (HP) • SUN E10000 Series – Sistema operacional SUN SOLARIS (SUN) • Estações de trabalho / desktops / PCs • Intel Pentium Core 2 Duo - Windows / LINUX • SUN SPARC – Sistema Operacional SunOs

Arquitetura de computadores 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 Unidade Aritmética e Lógica CPU CPU Unidade de controle PES PES PES PES Memória Memória PES PES Registradores Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico

Arquitetura de computadores 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. Unidade Aritmética e Lógica Unidade de controle CPU CPU Registradores PES PES PES PES Memória Memória PES PES Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico

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 Arquitetura de computadores Processador (CPU)

Arquitetura de computadores Processador • Registradores • São circuitos de armazenamento • De rápido acesso Unidade Aritmética e Lógica Unidade de controle CPU CPU PES PES PES PES Memória Memória PES PES Registradores Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico

Arquitetura de computadores Processador • Unidade de Controle • Responsável pelo sincronismo dos eventos • Controla o acesso a memória Unidade Aritmética e Lógica CPU CPU Unidade de controle PES PES PES PES Memória Memória PES PES Registradores Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico Periférico

Arquitetura de computadores 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

Arquitetura de computadores Processador PSW – Formato Exemplos: Maquina em modo Supervisor Endereço da próxima instrução 02 0001 000010120000 0000 07 Maquina com estado Ativa

Arquitetura de computadores Processador Instrução de Maquina OP OPERANDO 1 OPERANDO 2 ... • OP – Identifica o código da operação, como por exemplo Somar, mover, etc • OPERANDOS – identificam os campos de memória que serão manipulados pela instrução.

Arquitetura de computadores 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.

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 Tradutores Arquitetura de computadores

Compilação e Montagem Arquitetura de computadores Assembler Linguagem de Alto Nível • Ler Get arq1,reg1 • Add R1,R2 • St R1,R3 • Clc R1,=f’0’ • Be ler • B gravar • Ler arq1 • Somar A,B em C • Se C >= 0 • Gravar reg1 Compilacão Linguagem de Máquina Montagem • 01001101b • 00101010b • 11100000b • 11110101b • 11001010b • 10000101b

Tradução Arquitetura de computadores Códigos Instruções de Máquina Bibliotecas Linguagem de Alto Nível • 01001101b • 00101010b • 11100000b • 11110101b • 11001010b • 10000101b Tradutor Compiladorou Interpretador Programa Fonte Código objeto Programa executável

Arquitetura de computadores 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?

Arquitetura de computadores Memória Conceitos básicos • 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.

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. Arquitetura de computadores Memória Tipos de memória

Arquitetura de computadores 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

Arquitetura de computadores Memória Hierarquia de 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

Arquitetura de computadores 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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