Sistemas Operacionais I

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1 Sistemas Operacionais I Revisão de conceitos Sistemas Operacionais I Dionisio Gava Junior

2 Componentes básicos

3 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...

4 Características e Tendências dos elementos Hardware Diminuição do custo Aumento da capacidade Miniaturização Integração Software 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. Uso Intenso de TI Principal de meio de integração e comunicação entre empresas, instituições e indivíduos Cultura - Organização Estrutura social Estrutura fîsica Tecnologia

5 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

6 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

7 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

8 Interação entre os elementos do hardware do computador CPU Memória PES PES PES Periférico Periférico Periférico

9 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. Memória CPU Instruções Dados

10 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). CPU Memória PES PES PES Periférico Periférico Periférico

11 PES-CPU-MEM Interação entre os elementos do Hardware 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. CPU Memória PES PES PES Periférico Periférico Periférico

12 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 funcionalidades específicas. 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...

13 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.

14 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

15 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

16 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 Unidade de controle Memória PES PES PES Registradores Periférico Periférico Periférico

17 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 Registradores Memória PES PES PES Periférico Periférico Periférico

18 Processador (CPU) ULA Operações aritméticas (+,-,*,/) Operações Lógicas (OR, AND, NOT, XOR) A velocidade é elevada (ns) Tabelas verdade A B A OR B A AND B A XOR B NOT A

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

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

21 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

22 Processador PSW Formato Exemplos: Maquina em modo Supervisor Endereço da próxima instrução Maquina com estado Ativa

23 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.

24 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.

25 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

26 Compilação e Montagem Linguagem de Alto Nível Ler arq1 Somar A,B em C Se C >= 0 Gravar reg1 Compilacão Linguagem de Máquina Assembler Ler Montagem Get arq1,reg1 Add R1,R2 St R1,R3 Clc R1,=f 0 Be ler B gravar b b b b b b

27 Tradução Bibliotecas Códigos Instruções de Máquina Linguagem de Alto Nível Programa Fonte Tradutor Compilador ou Interpretador b b b b b b Código objeto Programa executável

28 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?

29 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.

30 Tipos de memória Memória 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.

31 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

32 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

33 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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