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Sistemas Operacionais I. Arquitetura de computadores – Revisão de conceitos. Sistemas Operacionais I Dionisio Gava Junior. Arquitetura de computadores Componentes b ásicos . Arquitetura de computadores. Componentes B ásicos da Tecnologia da Informação. Hardware

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slide1

Sistemas Operacionais I

Arquitetura de computadores – Revisão de conceitos

Sistemas Operacionais I

Dionisio Gava Junior

slide2

Arquitetura de computadores

Componentes básicos

slide3

Arquitetura de computadores

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...
slide4

Arquitetura de computadores

Características e Tendências dos elementos

Hardware

  • Diminuição do custo
  • Aumento da capacidade
  • Miniaturização
  • Integração

Uso Intenso de TI

Software

Principal de meio de integração e comunicação entre empresas, instituições e indivíduos

  • 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.

Cultura - Organização

Estrutura social

Estrutura fîsica

Tecnologia

slide5

Arquitetura de computadores

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
slide6

Arquitetura de computadores

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
slide7

Arquitetura de computadores

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

slide8

CPU

PES

PES

Memória

PES

Periférico

Periférico

Periférico

Arquitetura de computadores

Interação entre os elementos do hardware do computador

slide9

Memória

Instruções

CPU

Dados

Arquitetura de computadores

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.

slide10

Arquitetura de computadores

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).

slide11

Arquitetura de computadores

Interação entre os elementos do Hardware

  • PES-CPU-MEM
  • 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.
slide12

Arquitetura de computadores

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 funcionalidadesespecíficas.
  • 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...
slide13

Arquitetura de computadores

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.
slide14

Arquitetura de computadores

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
slide15

Arquitetura de computadores

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
slide16

Arquitetura de computadores

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

CPU

Unidade de controle

PES

PES

PES

PES

Memória

Memória

PES

PES

Registradores

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

slide17

Arquitetura de computadores

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

CPU

Registradores

PES

PES

PES

PES

Memória

Memória

PES

PES

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

slide18
ULA

Operações aritméticas (+,-,*,/)

Operações Lógicas (OR, AND, NOT, XOR)

A velocidade é elevada (ns)

Tabelas verdade

A

0

0

1

1

B

0

1

0

1

A OR B

0

1

1

1

A AND B

0

0

0

1

A XOR B

0

1

1

0

NOT A

1

1

0

0

Arquitetura de computadores

Processador (CPU)

slide19

Arquitetura de computadores

Processador

  • Registradores
  • São circuitos de armazenamento
  • De rápido acesso

Unidade

Aritmética e Lógica

Unidade de controle

CPU

CPU

PES

PES

PES

PES

Memória

Memória

PES

PES

Registradores

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

slide20

Arquitetura de computadores

Processador

  • Unidade de Controle
  • Responsável pelo sincronismo dos eventos
  • Controla o acesso a memória

Unidade

Aritmética e Lógica

CPU

CPU

Unidade de controle

PES

PES

PES

PES

Memória

Memória

PES

PES

Registradores

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

Periférico

slide21

Arquitetura de computadores

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
slide22

Arquitetura de computadores

Processador

PSW – Formato

Exemplos:

Maquina em modo Supervisor

Endereço da próxima instrução

02

0001

000010120000

0000

07

Maquina com estado Ativa

slide23

Arquitetura de computadores

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.
slide24

Arquitetura de computadores

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.
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

Tradutores

Arquitetura de computadores

compila o e montagem
Compilação e Montagem

Arquitetura de computadores

Assembler

Linguagem de Alto Nível

  • Ler Get arq1,reg1
  • Add R1,R2
  • St R1,R3
  • Clc R1,=f’0’
  • Be ler
  • B gravar
    • Ler arq1
    • Somar A,B em C
    • Se C >= 0
  • Gravar reg1

Compilacão

Linguagem

de Máquina

Montagem

  • 01001101b
  • 00101010b
  • 11100000b
  • 11110101b
  • 11001010b
  • 10000101b
tradu o
Tradução

Arquitetura de computadores

Códigos

Instruções de

Máquina

Bibliotecas

Linguagem

de Alto Nível

  • 01001101b
  • 00101010b
  • 11100000b
  • 11110101b
  • 11001010b
  • 10000101b

Tradutor

Compiladorou Interpretador

Programa Fonte

Código objeto

Programa executável

slide28

Arquitetura de computadores

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?

slide29

Arquitetura de computadores

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.
slide30
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.

Arquitetura de computadores

Memória

Tipos de memória

slide31

Arquitetura de computadores

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

slide32

Arquitetura de computadores

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
slide33

Arquitetura de computadores

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.