Sistemas Operacionais Aula 2

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Aula 2 Anderson L. S. Moreira anderson.moreira@recife.ifpe.edu.br Curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas de Informação Recife - PE 1/38

2 O que fazer com essa apresentação Anderson Moreira Sistemas Operacionais Aula 2 2

3 Créditos Professor: Anderson L. S. Moreira Disciplina: Sistemas Operacionais Home-page: Aula 2 que visa apresentar ao aluno conceitos de hardware e software passando as noções de memória, discos, dispositivos de E/S, entre outros. 2/38

4 Agenda Hardware Processador, memória principal, cache e memória secundária Dispositivos de E/S e barramento Pipelining Análise de desempenho Software Tradutor, interpretador e linker Loader e depurador Interpretador de comandos e linguagem de controle Ativação/desativação do sistema 3/38

5 Hardware Sistema computacional Processador / UCP Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Controle Registradores Memória Principal Dispositivos de E/ S 4/38

6 Processador Unidade Central de Processamento (UCP) Unicade de Controle (UC) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Clock Registradores CI ou PC AP ou SP PSW (registrador de status) 5/38

7 Processador / Arquitetura Básica Unidade de Controle e de Processamento; Control unit Processor Datapath Diferenças Unidade de Processamento é genérica; Unidade de controle não armazena algoritmo (memória). PC Controller IR Control /Status I/O ULA Registers Memory 6/38

8 Operações de Processamento Load Cópia de memória em registrador Operação na ULA Valores em Registradores são processados pela ULA e armazenados em registrador Store Cópia de registrador em memória PC Control unit Controller IR Processor Memory Control /Status I/O Datapath ULA +1 Registers /38

9 Unidade de Controle Ciclo de Instrução várias sub-operações (cada uma em um ciclo de relógio) Busca: armazena instrução em IR, atualiza PC Decodificação: determina o que a instrução significa Busca de Operandos: cópia de dados da memória para registradores na unid. Processamento Execução: Processa dados na ALU Armazena resultados: escreve resultados de registrador na memória PC Control unit Controller IR 100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1 Processor Memory Control /Status I/O R0 Datapath ULA Registers R1 8/38

10 Sub-operações da Unidade de Controle Busca Cópia da instrução em IR; PC: Contador de programa aponta para próxima instrução; IR: armazena instrução que foi buscada. PC Control unit 100 Controller load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Processor IR load R0, M[500] Memory Control /Status I/O R Datapath ULA Registers R1 9/38

11 Sub-operações da Unidade de Controle Decodificação Determina significado da instrução; Control unit Controller Processor Control /Status Datapath ULA Registers PC 100 IR load R0, M[500] R0 R load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Memory I/O /38

12 Sub-operações da Unidade de Controle Busca de Operandos Cópia de dados da memória para registradores no datapath; PC Processor Control unit Controller 100 IR load R0, M[500] Control /Status R0 Datapath ALU Registers 10 R load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Memory I/O /38

13 Sub-operações da Unidade de Controle Execução Processa dados na ALU (Para esta instrução em particular nada acontece durante esta sub-operação) PC Control unit 100 Controller load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Processor IR load R0, M[500] Memory Control /Status I/O R Datapath ALU Registers 10 R1 12/38

14 Sub-operações da Unidade de Controle Armazena resultados Escreve dado de registrador em memória (Para esta instrução em particular nada acontece durante esta sub-operação) PC Processor Control unit Controller 100 IR load R0, M[500] Control /Status R0 Datapath ALU Registers 10 R load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Memory I/O /38

15 Ciclos de uma Instrução PC=100 clk Fetch Decode Fetch ops Exec. Store results Control unit Controller Processor Control /Status Datapath ALU Registers PC 100 IR load R0, M[500] R0 10 R load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Memory I/O /38

16 Ciclos de uma Instrução PC=100 Fetch Decode Fetch ops clk Exec. Store results Control unit Controller Processor Control /Status Datapath ALU +1 PC=101 Fetch Decode Fetch ops Exec. Store results Registers clk PC 101 IR inc R1, R0 R0 10 R load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 Memory I/O /38

17 Ciclos de uma Instrução PC=100 Fetch Decode Fetch ops clk Exec. Store results Control unit Controller Processor Control /Status Datapath ALU PC=101 Fetch Decode Fetch ops Exec. Store results Registers clk PC 102 IR store M[501], R1 R R1 PC=102 clk Fetch Decode Fetch ops Exec. Store results load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 I/O Memory /38

18 Considerações da Arquitetura Processador de N-bits ALU, registradores, barramento, interface de memória N-bits Comum em aplic. emb: 8- bit, 16-bit, 32-bit Comum em Desktop/servidores: 32- bit, ou 64 Tamanho do PC determina espaço de endereçamento PC Control unit Controller IR Processor Control /Status Datapath ALU Registers I/O Memory 17/38

19 Memória / Primórdios / Estática 18/38

20 Memória / Dinâmica 19/38

21 Memória Principal Memória principal com 64 Kbytes instrução ou dado endereços célula = 8 bits 20/38

22 Memória Cache Volátil Alta velocidade Pequena capacidade Alto custo Cache hit e cache miss 21/38

23 Memória Secundária Rel. dispositivos de armazenamento Registradores Memória Cache maior capacidade de armazenamento Memória Principal maior custo e velocidade de acesso Memória Secundária 22/38

24 Dispositivos de E/S Memória secundária Discos Fitas magnéticas Interface usuário-máquina Teclados Monitores Impressoras Plotters 23/38

25 Barramento Barramentos UCP-memória-E/S UCP Memória Principal Barramento processador-memória Adaptador Adaptador Barramento de E/ S Barramento de E/ S 24/38

26 Barramento Barramento de backplane UCP Memória Principal Barramento processador-memória Adaptador Adaptador Adaptador Barramento de E/ S Barramento de E/ S Barramento de backplane 25/38

27 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 26/38

28 Tradutor Tradutor: montador e compilador programa fonte Tradutor programa objeto Compilador 27/38

29 Interpretador Tradutor que não gera módulo-objeto Traduz cada comando e executa Desvantagem: tempo na tradução Vantagem: dados dinâmicos Exemplos: Basic e Perl 28/38

30 Continuação Interpretador: tradutor que funciona em tempo de execução. Estes programas traduzem programas codificados em linguagem de alto nível para um código intermediário e o coloca em execução. Exemplos: o run do Pascal ou C; Java: sistemas distribuídos, diferentes equipamentos; (bytecode)» Cerca de 10 vezes mais lento que um código compilado C++;» Pode ser interpretado em plataformas diferentes; Programa Fonte Interpretador Código Intermediário em Execução 29/38

31 Tradutor / Interpretador Conceitos acerca da compilação: Tradutor: programa que transforma um programa fonte escrito numa linguagem em um programa equivalente escrito em uma linguagem diferente; Prog. Linguagem A Tradutor Prog. Linguagem B Pré-processador: programa que transforma um programa escrito em uma linguagem estendida em um programa equivalente escrito em linguagem original; Prog. Linguagem Estendida Préprocessador Prog. Linguagem Original Compilador 30/38

32 Montador Montador: tradutor que transforma um programa escrito em uma linguagem simbólica (de baixo nível) em instruções equivalentes em linguagem de máquina; Prog. Linguagem Simbólica Montador Instruções em Linguagem de Máquina Alto nível b := a+2; nx1 Simbólica MOV a, R1 ADD #2, R1 MOV R1, b 1x1 Instruções em Ling. de Máquina Compilação Montagem 31/38

33 Linker Linker 32/38

34 Loader Carregar na memória principal um programa para ser executado Loader absoluto Loader relocável 33/38

35 Depurador Permite acompanhar a execução de um programa e detectar erros Visualização e alteração de variáveis Breakpoints Watchpoints 34/38

36 Interpretador de Comandos Interpretador de comandos ou shell permite ao usuário interagir com o sistema Linguagem de controle são os comandos disponíveis pelo interpretador 35/38

37 Interpretador de Comandos Memória Principal Sistema Operacional Interpretador de comandos Executa programas Interpreta comandos Cria arquivos Carrega programas Outros comandos Outros módulos do SO Programas Aplicativos 36/38

38 Ativação/Desativação do SO Ativação do sistema Sistema Operacional boot Área do Sistema Operacional Disco Memória Principal 37/38

39 Dúvidas? Anderson Moreira Sistemas Operacionais Aula 2 junho de 11

40 Não percam no próximo episódio! Estrutura dos Sistemas Operacionais; E muito mais! Dúvidas? 38/38