discos impressora CPU memória AULA 04 - Estruturas de Sistemas Computacionais Operação dos sistemas de computação Controlador de disco

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1 AULA 04 - Estruturas Sistemas Computacionais Nosso objetivo é apenas revisar conceitos relacionados a estrutura geral um sistema computacional para pois explicarmos os talhes operação do sistema e como o sistema operacional garante a correta execução das atividas associadas a cada elemento hardware. Operação dos sistemas computação Um sistema computação uso geral consiste uma CPU e uma série controladoras dispositivos que são conectadas através um barramento comum que fornece acesso à memória compartilhada. discos impressora Unidas fita CPU disco impressora unidas fita memória memória Para que o computador começe a funcionar ele precisa ter um programa inicial para executar: bootstrap program. Este programa inicializa registradores da CPU, controladores dispositivos, conteúdo da memória, carrega o sistema operacional e torna o sistema apto a ser utilizado. Prof. Dr Jean M. Laine 1

2 Alguns mecanismos, como interrupções (traps ou excessões) e chamadas sistemas (system call) são gerados por hardware e por software durante a execução dos programas e vem ser tratados pelo kernel do sistema operacional. Para cada interrupção, uma rotina serviço é signada responsável para tratar a interrupção. Uma tabela ponteiros para as rotinas interrupção po ser usada. Estrutura I/O Cada controladora dispositivo está encarregada um tipo específico dispositivo, penndo da controladora, po haver mais um dispositivo conectado (por exemplo, controladora SCSI). Uma controladora mantém um buffer local e um conjunto registradores propósito geral sendo responsável pela passagem dados entre os periféricos que ela controla e seu buffer. Interrupções I/O A CPU carrega informações nos registradores da controladora que examina o conteúdo sses registradores para terminar as ações que vem ser tomadas (leitura ou escrita). A controladora utiliza seu buffer interno para armazenar os dados que serão lidos ou escritos no periférico que ela controla. Ao finalizar a operação, a controladora informa a CPU através um sinal interrupção. Prof. Dr Jean M. Laine 2

3 Processo que solicita a operação E/S (esperando) Processo que solicita a operação E/S Rotina controle do dispositivo (vice driver) Rotina controle do dispositivo (vice driver) núcleo Tratador Interrupção (handler) Tratador Interrupção (handler) núcleo Transferência dados (hardware) Transferência dados (hardware) tempo E/S: síncrono E/S: assíncrono I/O Síncrona: a operação I/O é iniciada, quando ela tiver sido concluída o controle é volvido ao. I/O Assíncrona: o controle ao processo é volvido sem esperar que a operação I/O termine. Operações I/O As formas realização operação I/O são: entrada e saída programada, entrada e saída por interrupção e acesso direto à memória. Existem 3 métodos efetuar operações entrada e saída: 1. Entrada/saída programada; 2. Entrada/saída com emprego interrupção; 3. Acesso direto à memória (DMA). Prof. Dr Jean M. Laine 3

4 DMA Um controlador transfere blocos dados inteiros um dispositivo ou sua própria área dados para a memória, sendo gerada uma interrupção por bloco, ao invés uma interrupção por byte. O controlador DMA inicia a operação E/S, informado pelo vice driver com os enreços início e término e o tamanho do bloco a ser transferido. A CPU fica livre para executar outros programas. O controlador DMA interrompe a CPU quando a transferência termina. Estrutura Armazenamento Existem diversas estruturas armazenamentos que pom ser utilizadas pelo sistema computacional para armazenar informações s ou programas, ntre elas citamos: memória principal, discos, fitas, etc. Custo e velocida capacida registradores Cache L1 Cache L2 Memória Discos Unidas fita, CDs, etc. Proteção Hardware Inicialmente, quando os sistemas computação eram sistemas operados por um único e só permitia que uma tarefa por vez fosse executada, não era preciso implementar certos mecanismos proteção. No entanto, quando esquemas compartilhamento recursos começou Prof. Dr Jean M. Laine 4

5 a ser utilizado e permitiu a execução várias tarefas simultaneamente foi necessário senvolver esquemas proteção para garantir a integrida das informações e dos dispositivos. A proteção hardware é utilizada quando alguma operação ilegal é feita sobre dispositivos físicos. Por exemplo: 1. acesso a uma posição inválida memória, alterações invidas sobre as células memória, etc (proteção memória) 2. os s só pom fazer solicitações operações I/O através do sistema operacional (proteção I/O). 3. evitar que um programa fique preso em um laço infinito sem nunca volver o controle da CPU para o sistema operacional (proteção CPU). Operação em Modo Dual Proteção oferecida pelo hardware através um bit que indica o modo operação: modo e modo monitor. O hardware utiliza um bit, chamado bit modo, para indicar o modo execução correto: 0 (monitor) e 1 (). Através sse bit pomos distingüir tarefas que vem ser executadas pelo sistema operacional e pelo. 1. Modo : antes executar um programa, muda para este modo; 2. Modo supervisor (ou monitor): utilizado para executar rotinas do sistema operacional => sempre que ocorre interrupção. O modo dual operação fornece uma forma proteger o sistema operacional contra s mal intencionados e s outros s. Essa proteção é alcançada signando parte das instruções máquina que pom causar dano como instruções privilegiadas para serem executadas no modo monitor. Os processadores mais novos dispõe ssa proteção hardware. Bibliografia SILBERSCHATZ, A. et al. Sistemas Operacionais: conceitos e aplicações. Campus, (Cap. 2). Prof. Dr Jean M. Laine 5

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