Post on 24-May-2015
description
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.