Aula 5 - Prof. Edilberto Silva

Sistemas
Operacionais
Aula 5
Estrutura de Sistemas de
Computação
Prof.: Edilberto M. Silva
http://www.edilms.eti.br
Baseado no material disponibilizado por:
SO - Prof. Edilberto Silva
Prof. José Juan Espantoso
Sumário
✔
✔
✔
✔
Operações de um computador
Estrutura de Entrada e Saída
Estrutura de Armazenamento
Hierarquia dos dispositivos de
armazenamento
✔ Proteção de Memória
✔ Proteção de Hardware
✔ Estrutura de Redes (LAN e WAN)
SO - Prof. Edilberto Silva
2
Arquitetura de um Computador
SO - Prof. Edilberto Silva
3
Operações de um computador
✔ Dispositivos de E/S e CPU podem executar tarefas
de forma concorrente.
✔ Cada controlador de dispositivo é responsável por
um tipo particular de equipamento.
✔ Cada controlador de dispositivo tem um buffer
local.
✔ A CPU move dados de/para memória principal ou
para/de buffers locais.
✔ A controladora de dispositivos informa a CPU que
terminou a operação através da geração de uma
interrupção.
SO - Prof. Edilberto Silva
4
Funções comuns das interrupções
✔ Transferir o controle para a rotina de serviço da
interrupção, geralmente através do vetor de
interrupção, o qual contém os endereços de todas as
rotinas de serviço
✔ A geração de novas interrupções é desabilitada
enquanto alguma interrupção está sendo processada
para evitar a perda de informação.
✔ Um trap é uma interrupção gerada por software
causada por uma requisição do usuário ou por um
erro.
✔ Um sistema operacional é acionado por
interrupções.
SO - Prof. Edilberto Silva
5
Tratamento de interrupções
✔O sistema operacional preserva o estado da CPU
armazenando os valores guardados nos registradores e
do contador de programas (PC).
✔Ele (SO) determina quais os tipos de interrupções
ocorreram:
➢ Baseadas
em polling (sondagem).
➢ Através de vetor de interrupções.
✔Segmentos de código separados determinam qual
ação deve ser realizada através de tipos específicos de
interrupção.
SO - Prof. Edilberto Silva
6
Linha de tempo de uma interrupção
para um único processo gerando saídas
SO - Prof. Edilberto Silva
7
Estrutura de Entrada e Saída
✔ Após o início de uma E/S, o controle retorna ao programa do
usuário
Instruções de espera (WAIT) liberam a CPU até a próxima
interrupção.
No máximo uma requisição de E/S está pendente de cada
vez.
✔ Após o início de uma E/S, o controle retorna ao programa do
usuário.
Chamada de Sistemas (SYSTEM CALL) - requisição ao
sistema operacional.
Tabelas de status de dispositivos contém uma entrada para
cada dispositivo de E/S indicando seu tipo, endereço e
estado.
✔ O sistema operacional acessa a tabela de dispositivos de E/S
para determinar a situação do dispositivo e modificar a
entrada na tabela para incluir a interrupção.
SO - Prof. Edilberto Silva
8
Dois métodos de E/S
Síncrono
Assíncrono
SO - Prof. Edilberto Silva
9
Tabela de estados dos dispositivos
SO - Prof. Edilberto Silva
10
Estrutura de acesso direto a
memória (DMA)
Usado para dispositivos de E/S de alta velocidade
capazes de transmitir informação a uma taxa
próxima da memória.
Controladores de dispositivo transferem blocos de dados
de um buffer de armazenamento diretamente para a
memória principal, sem intervenção da CPU.
SO - Prof. Edilberto Silva
11
Estrutura de Armazenamento
Memória principal- única grande área de armazenamento
que a CPU pode acessar diretamente.
Armazenamento secundário - extensão da memória
principal que fornece capacidade de armazenamento
persistente (não volátil).
Sistemas de armazenamento são organizados em
hierarquias levando em consideração:
Velocidade
Custo
Volatilidade
Temporalidade
Capacidade
Caching – copiar informação em um sistema mais
rápido de armazenamento; a memória principal
pode ser vista como um último cache para o
armazenamento secundário.
SO - Prof. Edilberto Silva
12
Hierarquia dos dispositivos de
armazenamento
SO - Prof. Edilberto Silva
13
Proteção de memória
✔
✔
✔
✔
Operação em dois modos
Proteção de E/S
Proteção de memória
Proteção de CPU
SO - Prof. Edilberto Silva
14
Operação em dois modos
O compartilhamento de recursos necessita da
garantia do sistema operacional de que programas
incorretos não causem a execução incorreta por
outro programas.
Provê suporte de hardware para diferenciar entre
dois modos de operação.
1. User mode – execução é feita de acordo com o usuário.
2. Monitor mode (ou modo supervisor ou do sistema) – a
execução é feita de acordo com o sistema operacional.
SO - Prof. Edilberto Silva
15
Operação em dois modos (Cont.)
Um bit de modo é adicionado ao HW para indicar o
modo atual: monitor (0) ou user (1).
Quando uma interrupção ou falta ocorre, o hardware
comuta o modo para monitor.
Interrupt/fault
monitor
user
set user mode
Instruções privilegiadas só podem ser executadas no modo
monitor.
SO - Prof. Edilberto Silva
16
Proteção de memória
Todas as instruções
de
E/S
privilegiadas.
são
Deve-se estar seguro
que um programa de
usuário
nunca
consiga o controle
da máquina no modo
monitor.
Uso de chamada de sistema para realizar
E/S
17
SO - Prof. Edilberto Silva
Proteção de memória
É necessário garantir a proteção de memória para
o vetor de interrupções e para as rotinas de
serviço das interrupções.
Adicionam-se dois registradores que determinam o
escopo dos endereços válidos que um programa
pode acessar:
Registrador base – armazena o menor endereço válido de
memória física.
Registrador limite – contém o tamanho da área
endereçável.
SO - Prof. Edilberto Silva
18
Registradores Base e limite definem
um espaço de endereçamento lógico
SO - Prof. Edilberto Silva
19
Proteção de Hardware (Cont)
Quando executando em modo monitor, o sistema
operacional tem acesso irrestrito tanto a memória
do monitor como do(s) usuários(s).
As instruções de carga dos endereços para os
registradores base e limite são instruções
privilegiadas.
SO - Prof. Edilberto Silva
20
Proteção de CPU
Timer – interrompe o computador após um período
específico de tempo para garantir o controle ao
sistema operacional
Timer é decrementado a cada pulso do clock (clock tick).
Quando o timer alcança o valor 0, ocorre uma interrupção.
Timer é comumente usado para implementar
compartilhamento de tempo (time sharing).
Carregar valores para o timer é também uma instrução
privilegiada.
SO - Prof. Edilberto Silva
21
Estruturas de Redes
Local Area Network Structure
SO - Prof. Edilberto Silva
22
Estruturas de Redes
Wide Area Network Structure
SO - Prof. Edilberto Silva
23