Conceptos arquitectónicos

Conceptos Arquitectónicos de la Computadora

Sistemas Operativos I

Prof. Yanmelia Crespo

Puntos a Tratar:

Estructura y Funcionamiento de la computadora.

Modelo de programación

Interrupción

Reloj

Jerarquía de memoria

Memoria Virtual

Concurrencia de la E-S con el procesador

Mecanismos de protección

Estructura y Funcionamiento de la Computadora

Máquina destinada a procesar datosMáquina destinada a procesar datos

ProcesadorDatos Resultados

Instrucciones de máquina

Funcionamiento de la Computadora

Está compuesta por cuatro componentes básicos:

Memoria Principal

Unidad de E-S

Unidad de Control

Unidad aritmética-lógica

-Datos a procesar-Programa máquina-Resultados

Operaciones aritméticas y lógicas

Transferencia de información

Hace funcionar al conjunto

Componentes Básicos de la Computadora

Registros

U.A.L

Unidad de Control

Estado

Contador de Programa

Registro de Instrucción

Puntero de pila

UN

IDA

D D

E E

NTR

AD

A S

ALID

A

Memoria Principal

Datos

Código

ROM

PERIFERICOS

Funcionamiento de la computadora

• La memoria principal se construye con memoria RAM y memoria ROM. En ella residen los datos a procesar, el programa máquina a ejecutar y los resultados. La memoria está formada por un conjunto de celdas idénticas, por lo general el direccionamiento es a nivel de byte, pero el acceso se realiza sobre una palabra de varios bytes (4 o de 8 bytes).

• La Unidad Aritmética Lógica (ALU) permite realizar operaciones aritméticas y lógicas sobre uno o dos operandos. Los datos sobre los que opera están almacenados en un conjunto de registros o provienen de memoria principal.

Funcionamiento de la computadora• La Unidad de Control (UC) se encarga de hacer funcionar el conjunto,

mediante las siguientes funciones: Lee de memoria las instrucciones máquina que forman el programa, interpreta cada instrucción, lee los datos de memoria que utiliza cada instrucción, ejecuta cada instrucción y almacena el resultado. Tiene asociados una serie de registros que son:

• El contador de programa (PC): indica la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.

• El registro de instrucción (RI): almacena la instrucción máquina a ejecutar.

• Registro de estado (RE): almacena información resultante de la ejecución (bits de estado aritméticos, bits de interrupciones, nivel de ejecución, etc.).

• Puntero de pila (SP): permite manejar una pila en memoria principal.

Funcionamiento de la computadora

• La Entrada/Salida se encarga de hacer la transferencia de información entre la memoria principal o los registros y los periféricos.

INTERRUPCIONES

Se solicita activando una señal que llega a la unidad de control.

Se solicita activando una señal que llega a la unidad de control.

Consiste en las siguientes operaciones:Consiste en las siguientes operaciones:

•Salva registros del procesador

•Eleva nivel de ejecución del procesador

•Carga nuevo valor en el registro PC

INTERRUPCIONES

Se generan por diversas razones, que son:Se generan por diversas razones, que son:

•Excepciones de programa: cuando se presentan problemas en la ejecución de un programa: desbordamiento en operaciones aritméticas, división por cero, direccionar una posición de memoria prohibida, otros.

•Interrupciones de Reloj

•Interrupciones de E/S

•Excepciones de Hardware

•Instrucciones de TRAP: permiten que un programa genere una interrupción. Se emplean para solicitar los servicios del Sistema Operativo.

EL RELOJ

Señal que gobierna el ritmo de ejecución de las instrucciones máquina.

Generador de interrupciones periódicas.

Contador de fecha y hora.

Jerarquía de Memoria

Reg.

M. cache

Memoria Principal

Disco

Nivel 0

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Gestión HW

Gestión SO

Gestión SO

Jerarquía de MemoriaValores Típicos

Nivel de Memoria

Capacidad Tiempo de acceso

Tipo de acceso

Registros 64 a 256 bytes 1 a 5 ns. palabra

Caché de memoria principal

8 KB a 2 MB 5 a 20 ns. palabra

Memoria principal

128 MB a 64 GB 60 a 200 ns. palabra

Discos 50 MB a 40 GB 10 a 30 ms. sector

Memoria Virtual

Utiliza dos niveles de jerarquía:

Memoria Principal

Memoria de Respaldo

-Suele ser el disco, aunque puede ser una memoria expandida.-Es donde se establece un mapa uniforme de memoria virtual.-Es donde se originan los accesos reales.

Mapa de memoria Virtual(Direcciones generadas por el procesador)

MemoriaSecundaria

(Intercambio)

Memoria Principal

(RAM + ROM)

MMU

Fallo Página

DirecciónVirtual

Dirección Física

Procesador

Fundamento de la Memoria Virtual

Entrada-Salida• Tiene por objetivo el intercambio de información

entre los periféricos y la memoria o los registros del procesador

Dispositivo

Bus

Memoria

Procesador

Controlador

Registro Control

Registro Estado

Registro datos

Mecanismos de Protección

•Se comprueba en tiempo de ejecución

•Se basa en mecanismos hardware

•Se comprueba en tiempo de ejecución

•Se basa en mecanismos hardware

-Protección del

Procesador

-Protección de Memoria

Multiprocesador• Cada procesador ejecuta su propio programa

debiendo todos ellos compartir la memoria principal.

Multicomputadora

• Maquina compuesta por varios nodos, donde cada nodo esta formado por un procesador, su memoria principal, y elementos de E/S.