Sistemas Operacionais. Revisando alguns Conceitos de Hardware

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1 Sistemas Operacionais Revisando alguns Conceitos de Hardware

2 Sumário Hardware Processador Memória principal Cache Memória secundária Dispositivos de E/S e barramento Pipelining Arquiteturas RISC e CISC

3 Hardware Sistema computacional = 3 Unidades funcionais (subsistemas) Processador / UCP Unidade Lóg ica e Aritmética Unidade de Controle Reg istradores M emória Principal Dispositivos de E/S

4 Processador Unidade Central de Processamento (CPU) - gerencia todo o sistema computacional (unidades funcionais). Principal função é controlar e executar instruções presentes na memória principal (soma, subtração, comparação e movimentação de dados). É composta por: Unicade de Controle (UC) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Clock Registradores

5 Processador Unicade de Controle (UC) - Gerencia as atividades de todos os componentes do sistema, como a gravação de dados em discos ou busca de instruções na memória. Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Realização de operações lógicas (testes e comparações) e aritméticas (somas e subtrações).

6 Processador Clock - Sincroniza todas as funções do processador através do sinal de clock. Pulso gerado ciclicamente a partir de um cristal de quartzo polarizado. Registradores - Armazenam dados temporariamente. Contador de instruções: CI ou Program Counter: PC contém o endereço da próxima instrução a ser executada. Toda vez que o processador busca nova instrução, CI é atualizado com o endereço de memória da instrução seguinte.

7 Processador Registradores - Apontador da pilha AP ou Stack pointer SP: Contem o endereço de memória do topo da pilha, que é a estrutura de dados onde o sistema mantém informações sobre os programas que estão sendo executados e foram interrompidos. Registrador de status ou program status word: PSW armazena informações sobre a execução de instruções, como overflow.

8 Memória Principal Memória principal, primária ou real é o local onde são armazenadas instruções e dados. É composta por unidades de acesso chamadas de células de tamanho n bits Acesso ao conteúdo de uma célula através de um endereço único. Especificação do endereço é feita com o MAR memory address register. O memory buffer register MBR guarda o conteúdo de uma ou mais células.

9 Memória Principal Memória principal com 64 Kbytes instrução ou dado endereços célula = 8 bits

10 Memória Principal Operação de leitura UCP armazena no MAR o endereço da célula a ser lida. UCP gera sinal de controle para a memória principal, indicando que uma operação de leitura deve ser realizada Conteudo da célula identificada pelo endereço contido no MAR é transferido para o MBR. O conteúdo do MBR é transferido para um registrador da UCP.

11 Memória Principal Operação de Gravação UCP armazena no MAR o endereço da célula que será gravada. UCP armazena no MBR a informação que deverá ser gravada. UCP gera sinal de controle para a memória principal, indicando que uma operação de gravação deve ser realizada. O conteúdo do MBR é transferido para uma célula de memória endereçada pelo MAR.

12 Memória Classificação de acordo com a sua volatilidade: RAM (random access memory) são voláteis. ROM (read only memory) e EPROM (erasable programable ROM) são memórias não-voláteis.

13 Memória Cache Volátil Alta velocidade Pequena capacidade de armazenamento Alto custo Cache hit (processador encontra o dado no cache) não há necessidade de acesso a memoria principal Cache miss obriga o acesso a memória principal.

14 Memória Secundária Rel. dispositivos de armazenamento Registradores M emória Cache maior capacidade de armazenamento M emória Principal maior custo e velocidade de acesso M emória Secundária

15 Dispositivos de E/S Utilizados para permitir a comunicação entre o sistema computacional e o mundo externo. Podem ser utilizados como: Memória secundária Discos Fitas magnéticas Interface usuário-máquina Teclados Monitores Impressoras Plotters

16 Barramento Meio físico de comunicação entre unidades funcionais. Podem ser UCP-memória ou E/S (mais lentos). UCP M emória Principal Barramento processador-memória A daptador A daptador Barramento de E/S Barramento de E/S

17 Pipelining Permite ao processador executar múltiplas instruções paralelamente em estágios diferentes. Uma tarefa é dividida em uma subsequencia de tarefas (busca da instrução, execução e armazenamento dos resultados).

18 Pipelining Pipeline em quatro estágios P1 P2 P3 P4 Unidade de busca da instrução Analisador da instrução Unidade de busca dos dados Unidade de execução da instrução P1 Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7 P2 Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 P3 Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 P4 Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 tempo

19 Arquiteturas RISC e CISC Linguagem de máquina é a linguagem de programação realmente entendida pelo processador. Cada processador possui um conjunto definido de instruções de máquina. Um programa em linguagem de máquina pode ser executado diretamente pelo processador para o qual foi escrito, porém não pode ser executado em máquina de arquitetura diferente.

20 Arquiteturas RISC e CISC Processador RISC (Reduced Instruction Set Computer: Possui poucas instruções de máquina Instruções simples e executadas diretamente pelo hardware. Instruções não acessam memória principal e trabalham com registradores em grande numero. Facilta implementação de Pipelining.

21 Arquiteturas RISC e CISC Processador CISC (Complex Instruction Set Computer: Muitas instruções interpretadas por microprogramas > microinstruções. Instruções complexas que podem referenciar a memoria principal. Dificil implementação de Pipelining. Exemplos de processadores CISC: Intel Pentium Motorola 68xxx

22 Arquiteuras RISC e CISC Microprogramação Aplicativos Utiltários Sistema O peracional Linguagem de M áquina Arquitetura RISC M icroprogramação Circuitos Eletrônicos

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