Sistemas Operativos I.

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1 Sistemas Operativos I

2 CPU Es un chip Cerebro del computador Procesador
Los objetivos de la CPU son Captar instrucciones Interpretar instrucción Captar datos Procesar datos Escribir datos Intercambia datos con la memoria (registros) Velocidad del Procesador 1.5 – 4 GHz, la velocidad se determina por la cantidad de operaciones x ciclo q puede realizar y ciclos x seg

3 Vista del procesador General Interna

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5 Funcionamiento

6 Flujo de datos, ciclo captación
tx = unidad de tiempo/ciclo de reloj) ()= denota “el contenido de” t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memoria) PC <- (PC) +1 t3: IR <- (MBR) t3: PC <- (PC) +1 IR <- (MBR) El contador del programa (PC) tiene la dirección de la siguiente instrucción a extraer El procesador extrae la instrucción de la dirección de memoria apuntada por PC Incrementa PC Al menos que se le indique otra cosa La instrucción se carga en el registro de instrucción (IR) El procesador interpreta la instrucción y ejecuta las acciones requeridas

7 Evolución del Procesador
4bits 8bits 16bits 32bits 32bits 32bits 64bits 64bits

8 Núcleo: Parte del procesador que realiza las actividades de un CPU Real Chipset: Circuitos Integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea Tendencia incorporar más núcleos en un mismo chip, control de puertos, slots

9 Interrupciones Una interrupción es la suspensión de la secuencia normal de ejecución de un proceso. Permite mejora la eficiencia del procesamiento. Permite que el procesador ejecute otras instrucciones mientras que una operación de I/O está en proceso. Es la suspensión de un proceso causado por un acontecimiento externo a ese proceso y ejecutado de tal forma que el proceso pueda ser reasumido más adelante.

10 Tipos de Interrupciones
De Programa. Generadas por la ejecución de alguna instrucción tales como: Overflow (desbordamiento aritmetico) Division por zero Intento de ejecutar una instrucción ilegal de la máquina Referencia fuera del espacio de memoria permitido para el usuario De Reloj. Generadas por el reloj interno del procesador (funciones regulares) De E/S. Generadas por el controlador de E/S, para indicar termino de E/S, condiciones de error. Por falla de Hardware. Error de paridad, falta de energía.

11 Vector de Interrupciones

12 Administración de Interrupciones
Es un programa que determina la naturaleza de la interrupción y ejecuta la acción que sea necesaria. El control es transferido a este programa. Por lo general es parte del S.O. Se denomina Rutina de Servicio de Interrupciones (ISR: Interrupt service routine) (interrupt handler). El proceso que es interrumpido no debe de tener algo en especial, esta función es responsabilidad total de la ISR

13 Transferencia de Control
Proceso actual ISR i .. m Interrupción

14 Tratamiento de una Interrupción
Hardware Software El controlador del dispositivo u otro sistema del hardware genera una interrupción Salvar el resto de la información de estado del proceso El procesador finaliza la ejecución de la instrucción en curso Interrupción del proceso El procesador acusa el recibo de la interrupción Restaurar la información de estado del proceso El procesador inserta la PSW y el PC en la pila Restaurar los valores anteriores de PSW y PC El procesador carga el nuevo valor del PC dependiendo de la interrupción

15 Interconexión con Buses
Un bus es un mecanismo de interconexión entre distintas unidades funcionales Medio de transmisión compartido Está compuesto por varias líneas donde cada línea es capaz de transmitir señales binarias “1” o “0” El bus principal es el “Bus del sistema” que conecta CPU con memoria y con módulos de E/S

16 Estructura del Bus Líneas/bus de datos: camino para transferir datos
entre el resto de componentes de un computador. Su anchura (número de líneas eléctricas) suele ser una potencia de dos (8=2^3, 16=2^4, 32=2^5, 64=2^6, ...). Líneas/bus de direcciones: designan la posición/dirección de los datos. Son salidas de la CPU/procesador y determinan capacidad de direccionamiento. Líneas/bus de control: controlan el acceso y uso de las líneas/buses anteriores. De 50 a 100 líneas cada línea tiene una función particular--dividen en tres grupos

17 Elementos de diseño del bus

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19 MEMORIA Memoria: Elemento de Estado Almacena Datos e Instrucciones de Programa(s)

20 Jerarquías de Memoria Varios Niveles de Memoria, Tamaño y Velocidad Tecnologías de Memoria

21 SRAM- RAM Estática DRAM – RAM Dinámica Los bits se almacenan como interruptores encendidos o apagados Construcciones más complejas Más grandes por bit Más cara No necesita circuitos de refrescado Más rápida Los bits se almacenan como carga en capacitores Los condensadores tienden a descargarse Requieren refrescos periódicos para mantener almacenados los datos Más pequeña por bit Más econónica Necesita circuitos de refrescado Más lenta

22 MEMORIA CACHÉ Corresponde al Primer Nivel de la Jerarquía de Memoria
Es Accesada Durante los Ciclos de Búsqueda de Instrucción y Durante los Accesos a Memoria de Datos Tiempo de Acceso a la Cache Debe ser Compatible con Velocidad del Procesador. El CPU y la memoria tienen tiempos de acceso muy diferentes. Para mejorar la situación se inserta una memoria intermedia, que se denomina Memoria Caché Cache Primer Nivel de la Jerarquía de Memoria

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24 LECTURA DE UNA CACHE

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26 Memoria Virtual Es el proceso que permite aumentar la memoria principal, usando la secundaria. Simula que existe una Memoria Principal de gran tamaño cuando se ejecuta un Programa. Memoria Principal

27 EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)
MEMORIA ROM Read Only Memory Memoria que conserva el contenido aún cuando se desconecta TIPOS EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory) Funciona con el principio de fusibles Puede borrarse mediante luz ultravioleta Se reprograma eléctricamente EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory) Puede borrarse con impulsos eléctricos controlados Flash Funciona igual que la EEPROM pero a una velocidad de operación y programación mayor.

28 MÉTODO DE ACCESO A LA MEMORIA
Acceso secuencial (SAM: Sequencial Access Memory). Gran capacidad de almacenamiento Acceso directo (DAM: Direct Access Memory). Acceso directo y luego uno secuencial Acceso aleatorio (RAM: Random Access Memory). Acceso asociativo (CAM: Content Addressable Memory). Modo de acceso por contenido se busca en toda la memoria al mismo tiempo Acceso secuencial (SAM: Sequencial Access Memory). Se emplea por ser de gran capacidad de almacenamiento, por ejemplo, cintas de audio. Es una memoria lenta. Acceso directo (DAM: Direct Access Memory). Es una memoria en la que primero se produce un acceso directo y luego uno secuencial. Acceso aleatorio (RAM: Random Access Memory). Igual tiempo de acceso menos directo siempre. Acceso asociativo (CAM: Content Addressable Memory). Modo de acceso por contenido y funciona de la siguiente forma: se busca en toda la memoria al mismo tiempo y ,cuando se encuentra lo que buscamos, se da la direcci溶 donde se ha encontrado como, por ejemplo, en redes neuronales. M. cache

29 PROGRAMAS DE APLICACIÓN
COMPUTADOR SISTEMAS APLICACIONES JUEGOS PROGRAMAS DE APLICACIÓN COMPILADORES EDITORES INTERPRETE DE COMANDOS PROGRAMAS DEL SISTEMA SISTEMA OPERATIVO LENGUAJES DE MÁQUINA 0’s Y 1’s MICROPROGRAMACIÓN BIOS ST OP -> INDEPENDIENTE DEL HARDWARE DISPOSITIVOS FÍSICOS TARJETAS, CIRCUITOS

30 SO Gestor de procesos Gestor de memoria Gestor de E/S
Gestor de almacenamiento Ficheros De protección y seguridad De comunicaciones por red Interprete de comandos Programas de sistema Utilidades Básicos Servidores

31 Sistema Operativo Los Sistemas Operativos son programas para la administración eficiente de los recursos del computador. Explota los recursos de hardware de uno o más procesadores. Provee un conjunto de servicios al usuario del sistema Administra la memoria y los dispositivos de E/S

32 Sistema Operativo USUARIOS ADMINISTRADORES PROGRAMADORES

33 BIBLIOGRAFÍA Sistemas Operativos, Diseño e Implementación, Andrew S. Tanenbaum. Sistemas Operativos, William Stalling Material del ISED Vídeos de Youtube