Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Sistemas Operacionais (SOP A2)

Transcrição

1 Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas Sistemas Operacionais (SOP A2) Conceitos de Hardware e Software Referências: Arquitetura de Sistemas Operacionais. F. B. Machado, L. P. Maia. Editora LTC. 4ª ed Capítulo: 2 (exceto seções e 2.2.9)

2 Um sistema computacional é um conjunto de circuitos eletrônicos interligados, formado por: Processadores, memórias, registradores, barramentos, monitores de vídeo, impressoras, mouse, discos magnéticos, além de outros dispositivos físicos (hardware).

3 Todos os componentes de um sistema computacional são agrupados em três subsistemas básicos, chamados unidades funcionais: Processador ou unidade central de processamento (UCP); Memória principal, e Dispositivos de entrada/saída.

4 Esses subsistemas estão presentes em qualquer tipo de computador digital, independente da arquitetura ou fabricante.

5 Processador Gerencia todo o sistema computacional controlando as operações realizadas por cada unidade funcional. A principal função do processador é controlar e executar instruções presentes na memória principal, através de operações básicas como somar, subtrair, comparar e movimentar dados.

6 Um processador é composto por unidade de controle, unidade lógica e aritmética e registradores. Unidade de controle: é responsável por gerenciar as atividade de todos os componentes do computador, como a gravação de dados em discos ou a busca de instruções na memória.

7 Unidade lógica e aritmética (ULA), como o nome indica, é responsável pela realização de operações lógicas (testes e comparações) e aritméticas (somas e subtrações); Registradores: são dispositivos com a função principal de armazenar dados temporariamente. O conjunto de registradores funciona como uma memória de alta velocidade interna do processador, porém com uma capacidade de armazenamento reduzida e custo maior que o da memória principal. O número de registradores e sua capacidade de armazenamento variam em função da arquitetura de cada processador.

8 Memória Principal É o local onde são armazenadas as instruções e dados. O acesso ao conteúdo de uma célula é realizado através de um número chamado endereço. Quando um programa deseja ler ou escrever um dado em uma célula, deve primeiro especificar qual o endereço de memória desejado, para depois realizar a operação.

9 Memória Cache É uma memória volátil de alta velocidade, porém com pequena capacidade de armazenamento. O tempo de acesso a um dado é menor que se o mesmo estivesse na memória principal. A função principal é minimizar a disparidade existente entre a velocidade com que o processador executa instruções e a velocidade com que dados são lidos e gravados na memória principal.

10 Apesar de ser uma memória de acesso rápido, a capacidade de armazenamento das memórias cache é limitada em função do seu alto custo. A memória cache armazena uma pequena parte do conteúdo da memória principal. Toda vez que o processador faz referência a um dado armazenado na memória, é verificado, primeiramente, se o mesmo encontra-se na memória cache.

11 Caso o processador encontre o dado, não há necessidade do acesso à memória principal, diminuindo assim o tempo de acesso. Se a informação desejada não estiver na cache, o acesso à memória principal é obrigatório. E, o processador transfere um bloco de dados da memória principal para a cache.

12 Hierarquização da cache em múltiplos níveis é uma solução para aumentar o desempenho no funcionamento das memórias caches. O nível mais alto é chamado de L1 (Level 1), com baixa capacidade de armazenamento e com altíssima velocidade de acesso. O segundo nível, L2 (level 2), possui maior capacidade de armazenamento, porém com velocidade de acesso inferior a L1.

13 Quando a CPU necessita acessar um dado na memória principal, primeiramente é verificado se o dado encontra-se na cache L1. Caso o dado seja encontrado, obtém-se um excelente desempenho no acesso à informação, porém, caso o dado não seja encontrado, a busca prossegue para a L2.

14 Memória Secundária É uma memória de armazenamento permanente, isto é, não volátil. Enquanto a memória principal precisa estar sempre energizada para manter suas informações, a memória secundária não precisa de alimentação.

15 O acesso à memória secundária é lento, se comparado com o acesso à memória principal, porém seu custo é baixo e sua capacidade de armazenamento é bem superior. Exemplos de memória secundária: Fita magnética, disco magnético, disco óptico.

16 Registradores Maior capacidade de armazenamento Memória Cache Memória Principal Maior custo e velocidade de acesso Memória Secundária Relação entre dispositivos de armazenamento

17 Dispositivos de Entrada e Saída São utilizados para permitir a comunicação entre o sistema computacional e o mundo externo. São divididos em duas categorias: os que são utilizados como memória secundária; os que servem para a interface usuáriomáquina.

18 Dispositivos utilizados como memória secundária: Discos e fitas magnéticas; Caracterizam-se por ter capacidade de armazenamento bastante superior ao da memória principal; Custo relativamente baixo.

19 Dispositivos com a finalidade de comunicação usuário-máquina: Teclado, monitores de vídeo, impressoras e plotters, scanner, caneta ótica, mouse, dispositivos sensíveis a voz humana.

20 Barramento ou BUS É um meio de comunicação compartilhado que permite a comunicação entre as unidades funcionais de um sistema computacional. Através de condutores, informações como dados, endereços e sinais de controle trafegam entre processadores, memórias e dispositivos de E/S.

21 Em geral, um barramento possui linhas de controle e linhas de dados. Através dessas linhas trafegam informações de sinalização como, por exemplo, o tipo de operação que está sendo realizada. Pela linha de dados, informações como instruções, operandos e endereços são transferidos entre unidades funcionais.

22 Pipelining É uma técnica que permite ao processador executar múltiplas instruções paralelamente em estágios diferentes. Se assemelha muito a uma linha de montagem. Nesse caso, uma instrução (tarefa) pode ser dividida em subtarefas: Busca da instrução e dos operandos, execução e armazenamento dos resultados.

23 O processador, através de suas várias unidades funcionais pipeline, funciona de forma a permitir que, enquanto uma instrução se encontra na fase de execução, uma outra instrução possa estar na fase de busca simultaneamente.

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25 SOFTWARE Software Para que o hardware tenha utilidade prática, deve existir um conjunto de programas utilizado como interface entre as necessidades do usuário e as capacidades do hardware. O termo utilitário faz referência a softwares relacionados mais diretamente com serviços complementares do sistema operacional. Compiladores, linkers e depuradores.

26 SOFTWARE Os softwares desenvolvidos pelos usuários são denominados aplicativos ou aplicações.

27 SOFTWARE Tradutor Nos primeiros sistemas computacionais, o ato de programar era bastante complicado. O programador deveria possuir muito conhecimento; Programar em painéis através de fios; Programas desenvolvidos em linguagem de máquina; Carregados diretamente na memória principal para execução.

28 SOFTWARE Com o surgimento das primeiras linguagens de montagem e das linguagens de alto nível, o programador deixou de se preocupar com muitos aspectos pertinentes ao hardware: Qual região da memória o programa deveria ser carregado; Quais endereços de memória seriam reservados para as variáveis.

29 SOFTWARE Apesar dessa facilidade, os programas escritos nessas linguagens ainda não estão prontos para serem executados pelo processador (programa-fonte). Os programas devem passar por uma etapa de conversão, onde toda representação simbólica das instruções é traduzida para código de máquina. Essa conversão é realizada por um utilitário chamado tradutor.

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31 SOFTWARE O módulo gerado pelo tradutor é denominado módulo-objeto, que, apesar de estar em código de máquina, na maioria das vezes não pode ser ainda executado: Um programa pode conter chamadas à subrotinas externas, e, neste caso, o tradutor não tem como associar o programa principal às sub-rotinas chamadas. Esta função é realizada pelo utilitário denominado linker.

32 SOFTWARE Dependendo do tipo do programa-fonte, existem dois tipos distintos de tradutores que geram módulos-objeto: montador e compilador. Montador: traduz um programa-fonte em linguagem de montagem para um programa-objeto não executável (módulo-objeto).

33 SOFTWARE Compilador: gera a partir de um programa escrito em uma linguagem de alto nível, um programa em linguagem de máquina não executável. Os programadores de alto nível devem se preocupar apenas com o desenvolvimento de suas aplicações, não tendo a necessidade de se envolver com detalhes sobre a arquitetura do processador.

34 SOFTWARE Um compilador é uma interface entre o sistema operacional e o usuário. Interpretador É considerado um tradutor que não gera módulo-objeto. A partir de um programa-fonte escrito em linguagem de alto nível, o interpretador, durante a execução da instrução do programa, traduz cada instrução e a executa imediatamente.

35 SOFTWARE Linker Linker ou editor de ligação é o utilitário responsável por gerar, a partir de um ou mais módulos-objeto, um único programa executável. Suas funções básicas: Resolver todas as referências simbólicas existentes entre os módulos, e; Reservar memória para a execução do programa.

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37 SOFTWARE Outra função importante do linker: Relocação. Determina a região da memória na qual o programa será carregado para execução. Nos primeiros sistemas operacionais, a relocação era realizada somente uma vez, na etapa de linkedição. Todos os endereços simbólicos do programa eram traduzidos para endereços físicos. O programa somente poderia ser carregado a partir de uma única posição da memória.

38 SOFTWARE Em sistemas multiprogramáveis esse tipo de relocação é de difícil implementação, já que a memória é compartilhada entre diversos programas. A solução é permitir que o programa seja carregado em regiões diferentes toda vez que for trazido para a memória (código relocável). Esse tipo de relocação é realizado pelo utilitário loader, que é responsável por carregar os programas na memória.

39 SOFTWARE Loader Loader ou carregador é o utilitário responsável por carregar na memória principal um programa para ser executado. O procedimento varia de acordo com o código gerado pelo linker. Portanto, o loader é classificado como sendo do tipo absoluto ou relocável.

40 SOFTWARE Tipo absoluto: o loader necessita conhecer apenas o endereço de memória inicial e o tamanho do módulo para realizar o carregamento. Então o loader transfere o programa da memória secundária para a memória principal e inicia a sua execução.

41 SOFTWARE Tipo relocável: o programa deve ser carregado em qualquer posição de memória, e o loader é responsável pela relocação no momento do carregamento.

42 SOFTWARE Depurador É um utilitário (debugger) que permite ao usuário acompanhar toda a execução de um programa a fim de detectar erros na sua lógica. Acompanhar a execução de um programa instrução por instrução; Possibilitar a alteração e a visualização do conteúdo de variáveis; Implementar pontos de parada (breakpoints); Especificar que, toda vez que o conteúdo de uma variável for modificado, o programa envie uma mensagem (watchpoint).

43 TIPOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS Dúvidas?