2 - Arquitetura

Arquitetura de Sistemas
Operacionais
Técnico em Informática
Turmas: MBI1 e NBI1
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
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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
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Processador
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)
– Responsável por operações lógicas (testes
e comparações) e aritméticas (expressões
matemáticas)
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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).
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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
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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.
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Memória Principal
• Memória principal com 64 Kbytes
0
instrução ou dado
1
endereços
2
16
2 -1
célula = 8 bits
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Memória Principal
• Memória principal com 64 Kbytes
– 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
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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
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Dispositivos de E/S
• Memória secundária
– Discos
– Fitas magnéticas
• Interface usuário-máquina
– Teclados
– Monitores
– Impressoras
– Plotters
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Barramento
• Barramentos UCP-memória-E/S
Memória
Principal
UCP
Barramento processador-memória
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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
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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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Pipelining
• Pipeline em quatro estágios
P1
P2
P3
P4
Unidade de
busca da
instrução
Analisador
da
instrução
Unidade de
busca dos
dados
Unidade de
execução da
instrução
P1
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7
P2
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6
P3
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5
P4
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4
tempo
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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
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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
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Tradutor
• Tradutor: montador e compilador
programa fonte
Tradutor
programa objeto
Compilador
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Linker
• Linker
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Depurador
• Permite acompanhar a execução de um
programa e detectar erros
• Visualização e alteração de variáveis
• Breakpoints - Pontos de paradas
dentro do sistema
• Watchpoints – Alerta quando o
conteúdo de uma variável for alterada.
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Interpretador de Comandos
• Interpretador de comandos ou shell
permite ao usuário interagir com o
sistema
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Ativação/Desativação do SO
• Ativação do sistema
Área do
Sistema
Operacional
boot
Sistema
Operacional
Disco
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Memória
Principal
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Lista 2
Cap. 2 – Conceitos de HW e SW
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