Arquitetura

Arquitetura de Sistemas
Operacionais
Técnico em Informática
Turmas: MAI1
Conceitos de Hardware e Software
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Sumário
• Hardware
– Processador, memória principal, cache e memória
secundária
– Dispositivos de E/S e barramento
– Pipelining e arquiteturas RISC e CISC
– Análise de desempenho
• Software
– Compilador, interpretador e linker
– Loader e depurador
– Interpretador de comandos e linguagem de
controle
– Ativação/desativação do sistema
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Hardware
• Sistema computacional
Processador / UCP
Unidade Lógica
e Aritmética
Unidade de
Controle
Memória
Principal
Registradores
Dispositivos
de E/ S
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Processador
• Unidade Central de Processamento
(UCP)
• Unidade de Controle (UC)
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)
• Clock
• Registradores
– CI ou PC
– AP ou SP
– PSW (registrador de status)
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Processador
• Unidade Central de Processamento
(UCP)
– Gerencia todo o sistema computacional
– Composto por:
• Unidade de controle (UC)
• Unidade lógica e aritmética (ULA)
• Registradores
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Processador
• Unidade de Controle (UC)
• Gerencia as atividades de todos os
componentes do computador, como
gravação de dados em disco ou a
busca de instruções na memória
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Processador
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)
– Responsável por operações lógicas (testes
e comparações) e aritméticas (expressões
matemáticas)
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Processador
• Clock
– A Unidade de Controle da UCP envia a
todos os componentes do computador um
sinal elétrico regular - o pulso de "clock" que fornece uma referência de tempo para
todas as atividades e permite o
sincronismo das operações internas. O
clock é um pulso alternado de sinais de
tensão, gerado pelos circuitos de relógio
(composto de um cristal oscilador e
circuitos auxiliares).
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Processador
• Registradores
– Dispositivos com a função principal de armazenar dados
temporariamente. Memória de alta velocidade interna
do processador. Capacidade de armazenamento baixa e
alto custo
– Tipos de registradores:
• Contador de instruções (CI) ou program counter
(PC)
– Contém o endereço da próxima instrução que o
processador deve buscar e executar
• Apontador da pilha (AP) ou stack pointer (SP)
– Contém o endereço de memória do topo da pilha,
estrutura de dados onde o SO mantém
informações sobre os programas que estão sendo
executados e foram interrompidos
• Registrador de status ou program status word (PSW)
– Armazena informações sobre a execução de
instruções, como a ocorrência de overflow
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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overflow
• Na informática, buffer overflow ou
transbordamento de dados acontece
quando o tamanho de um buffer ultrapassa
sua capacidade máxima de armazenamento.
• Se o programa não foi adequadamente
escrito, esse excesso de dados pode acabar
sendo armazenado em áreas de memória
próximas, corrompendo dados ou travando o
programa.
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Memória Principal
– Composta por unidades de acesso
chamadas células. Cada célula é composta
por um determinado número de bits
– O acesso ao conteúdo de uma célula é
realizado através da especificação de um
endereço (ponteiro)
– A memória principal é caracterizada pela
volatilidade
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Memória Cache
•
•
•
•
•
Volátil
Alta velocidade
Pequena capacidade
Alto custo
Cache hit (dado encontrado na
memória cache) e cache miss (dado
não encontrado em cache, a busca é
efetuada na memória principal)
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Memória Secundária
• Rel. dispositivos de armazenamento
Registradores
Memória Cache
maior
capacidade de
armazenamento
Memória Principal
maior custo e
velocidade
de acesso
Memória Secundária
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Dispositivos de E/S
• Memória secundária
– Discos
– Fitas magnéticas
• Interface usuário-máquina
– Teclados
– Monitores
– Impressoras
– Plotters
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Barramento
• Barramentos UCP-memória-E/S
Memória
Principal
UCP
Barramento processador-memória
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
Adaptador
Barramento de E/ S
Barramento de E/ S
Adaptador
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Barramento
• Barramento de backplane
Memória
Principal
UCP
Barramento processador-memória
Barramento
de backplane
Adaptador
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
Adaptador
Barramento de E/ S
Barramento de E/ S
Adaptador
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Barramento
• Barramento ou bus é um meio físico de comunicação
entre as unidades funcionais de um sistema
computacional
• São classificados em 3 tipos:
– Processador-memória
• Curta extensão e alta velocidade. Transferência de
informação entre processador e memória. Ex.: PCI
– E/S
• Possuem maior extensão e permitem a conexão de
diferentes dispositivos. Ex.: SCSI
– Backplane
• O barramento E/S não se conecta diretamente ao
barramento processador-memória. O barramento de
backplane é utilizado para efetuar esta conexão. A
vantagem é a redução do número de adaptadores
existentes no barramento processador-memória e
baixo custo.
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Arquiteuras RISC e CISC
• Máquina de níveis
Aplicativos
Utiltários
Sistema Operacional
Arquitetura
RISC
Linguagem de Máquina
Microprogramação
Circuitos Eletrônicos
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Arquiteuras RISC e CISC
• RISC (Reduced Instruction Set
Computer)
– Possui poucas instruções de máquina
– Geralmente estas instruções não acessam
a memória principal
– Grande número de registradores
– Devido às características acima, a
implementação do pipelining é facilitada
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Arquiteuras RISC e CISC
• CISC (Complex Instruction Set
Computer)
– Possui instruções complexas que são
interpretadas por microprogramas
– Pequeno número de registradores
– Devido às características acima, a
implementação do pipelining é dificultada
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Interpretador de Comandos
• Interpretador de comandos ou shell
permite ao usuário interagir com o
sistema
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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Ativação/Desativação do SO
• Ativação do sistema
Área do
Sistema
Operacional
boot
Sistema
Operacional
Disco
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
Memória
Principal
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