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Conceptos Arquitectónicos de la Computadora Sistemas Operativos I Prof. Yanmelia Crespo

Conceptos arquitectónicos

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presentación que detalla el contenido del tema 1 de la asignatura Sistemas Operativos I

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Page 1: Conceptos arquitectónicos

Conceptos Arquitectónicos de la Computadora

Sistemas Operativos I

Prof. Yanmelia Crespo

Page 2: Conceptos arquitectónicos

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

Page 3: Conceptos arquitectónicos

Estructura y Funcionamiento de la Computadora

Máquina destinada a procesar datosMáquina destinada a procesar datos

ProcesadorDatos Resultados

Instrucciones de máquina

Page 4: Conceptos arquitectónicos

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

Page 5: Conceptos arquitectónicos

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

Page 6: Conceptos arquitectónicos

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.

Page 7: Conceptos arquitectónicos

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.

Page 8: Conceptos arquitectónicos

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.

Page 9: Conceptos arquitectónicos

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

Page 10: Conceptos arquitectónicos

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.

Page 11: Conceptos arquitectónicos

EL RELOJ

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

Generador de interrupciones periódicas.

Contador de fecha y hora.

Page 12: Conceptos arquitectónicos

Jerarquía de Memoria

Reg.

M. cache

Memoria Principal

Disco

Nivel 0

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Gestión HW

Gestión SO

Gestión SO

Page 13: Conceptos arquitectónicos

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

Page 14: Conceptos arquitectónicos

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.

Page 15: Conceptos arquitectónicos

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

Page 16: Conceptos arquitectónicos

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

Page 17: Conceptos arquitectónicos

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

Page 18: Conceptos arquitectónicos

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.

Page 19: Conceptos arquitectónicos