Unidad 0: RepasoLaboratorio de Sistemas OperativosJosé Ignacio Orlando

¿Qué es una computadora?

•Máquina electrónica que recibe datos y los procesa para convertirlos en información útil.

•Compuesta por circuitos capaces de ejecutar instrucciones.▫Conjunto de rutinas = Programa.▫Quien escribe las rutinas = Programador.

ComputadoraDatos Información

Arquitectura de una computadora

Máquina de Von Neumann (1940)

Arquitectura de Von Neumann

•Computadora formada por 4 componentes:▫Unidad Aritmético-Lógica (ALU).▫Unidad de Control.▫Memoria Central.▫Dispositivos de E/S.

•Todas estas partes están interconectadas a través del bus del sistema.

Memoria

•Secuencia de celdas de almacenamiento numeradas.

•La unidad de almacenamiento es el bit.•Las celdas de la memoria contienen:

▫Datos a procesar.▫Información de salida.▫Secuencias de instrucciones que la

computadora debe ejecutar (programas).

Tipos de memoria• RAM

▫Random Access Memory (Memoria de Acceso Aleatorio).

▫Puede leerse/escribirse.• ROM

▫Read Only Memory (Memoria de Sólo Lectura).▫Se escribe una sola vez, y luego no puede

reescribirse.▫Sólo puede leerse.▫Ejemplo: Firmware de los celulares.

Procesador (CPU)• Unidad Central de Procesamiento.• Lee intrucciones/datos de la memoria en código

binario, las interpreta y las ejecuta.• Formada por:

▫ALU: lleva a cabo operaciones matemáticas básicas, lógicas, comparaciones, etc.

▫UC (Unidad de Control): interpreta las instrucciones y se las dicta a la ALU, además de seguir el flujo de control del programa.

• A veces incorporan un coprocesador para operaciones de punto flotante.

Dispositivos de E/S• Sirven para introducir los datos de entrada

(input) u obtener la información de salida (output).

• No son unidades de almacenamiento masivo!• Dispositivos de Entrada:

▫Teclado, mouse, cámara web, micrófono, escáner.• Dispositivos de Salida:

▫Monitor, parlantes, impresoras.• Dispositivos de Entrada/Salida:

▫Placas de red, monitores touch.

Arquitectura real

1. Monitor2. Placa madre

(Motherboard).3. Procesador (CPU).4. Puertos ATA.5. Memoria RAM.6. Placas de expansión.7. Fuente de alimentación.8. Unidad de CD/DVD.9. Disco rígido.10.Teclado.11.Mouse.

Monitor

•Formados por un conjunto de celdas denominadas píxeles.

•Cada píxel contiene 3 partes:•256 niveles de color por parte:

▫log2256=8 bits.▫256 * 256 * 256 = 16.777.216 de colores!

•El tamaño del monitor se mide en pulgadas (de la diagonal).

•La calidad se mide en el número de píxeles de base y de altura.

R G B

Monitor - Tipos

CRT Plasma LCD

LED

Monitor - Tipos•Tubos de Rayos Catódicos (CRT):

▫Económicos, duran mucho tiempo, la sobreexposición a ellos daña la vista.

•Plasma: ▫No dañan la vista, pero duran entre 7 y 10

años.•Cristal líquido (LCD):

▫No dañan la vista, duran más.•Diodos LED:

▫Gran calidad.

Monitor - Conexiones

•3 tipos de conectores.•VGA: trabajan con el estándar

VGA o SVGA. No es útil paraconectar monitores de alta calidad.

•DVI: raramente utilizado.Mejora problemas de ruido delVGA.

•HDMI: para HD. Camino a serestándar.

Placa madre

•Circuito en el que se conectan todos los componentes de la computadora.

•Tiene preinstalados una serie de circuitos que interconecta los componentes (chipset).

•Incluye un firmware, el BIOS, que prueba si los dispositivos funcionan correctamente y también carga el SO.

Placa madre - Componentes• Conectores de alimentación.• Zócalo de CPU.• Ranuras para la RAM (entre 2 y 6).• Chipset.• Reloj: mantiene sincronizados los dispositivos.• CMOS: memoria donde se guarda la

configuración general del equipo, la fecha y hora, etc.

• Pila de CMOS: le da energía al CMOS.• BIOS.

Placa madre - Estructura

Northbridge

Southbridge

CPU + Memoria + GPU

Períféricos

Procesador - Consideraciones

•Su velocidad determina en un 70% la velocidad de la computadora.

•Se mide en GHz o FLOPs.•Amplia gama en el mercado:

▫Intel.▫AMD.

•Existen de más de un núcleo (multi-core):▫Intel Core Duo, I5, I7, …

Puertos SATA

•Serial ATA = Serial Advanced Technology Attachment.

•Transfiere datos entre la placa madre y las unidades de almacenamiento masivo.

Conectordel disco.

Conectordel mother.

Memoria RAM

•Determina otro 10% de la velocidad de la computadora.

•Su tamaño se mide en GB.•Se ensamblan al mother en zócalos

especializados.•Se pueden sumar tantas como zócalos

haya.•Las mejores son las de tipo DDR3.

Zócalos de expansión•Se utilizan para agregar nuevas placas a la

computadora.▫Placa de red.▫Placa de video.▫Banco de puertos.▫Placa de sonido.▫…

•Las placas se conectan en los zócalos y sus entradas quedan exhibidas fuera del gabinete.

Fuente de alimentación

•Brinda energía a la computadora para poder operar ella y sus periféricos.

•Versiones:▫Antigua: “Ahora puede apagar el equipo”.▫Nuevas: apagado automático.

•Genera campos magnéticos que pueden interferir otros dispositivos (por ejemplo, la radio AM).

Unidades de CD/DVD

•Permiten leer/grabar discos ópticos (CDs y DVDs).

•Se los llama así porque un láser recorre su superficie para leerlos.

•Útiles para hacer back-ups o almacenamiento terciario en general.

•CD: 700 MB.•DVD: 4.7 GB. (Blue-Ray: 25 GB por capa!)

Disco rígido

•Brinda soporte para almacenar datos (memoria secundaria) y para la memoria virtual.

•Su tamaño se mide en GB o TB.

(A)Pista(B)Sector(C)Sector de una

pista(D)Clúster.

Disco rígido - Consideraciones•Estructura Winchester:

▫El disco está aislado del exterior herméticamente.

▫Si no fuera así, un grano de polvo podría producir rayas en la superficie al meterse debajo del cabezal.

•Pueden crearse particiones lógicas/físicas en él.

•Existen discos externos con conexión USB 3.0 de máxima velocidad.

Placa gráfica

•Determinan casi el otro 20% de la velocidad de la computadora.

•Es la encargada de realizar todo el procesamiento gráfico.▫Tiene un procesador propio, el GPU

(Graphic Processor Unit).▫Tiene una memoria local propia.

•Si no está la GPU, todo el pintado de los píxeles queda a cargo de la CPU.

Velocidad de la computadora

Procesador(GHz, cantidad de núcleos, marca)

Placa gráfica(Modelo, velocidad, cantidad de memoria

integrada)

Memorias(Velocidad y capacidad)

Otros

Historia: sistemas mainframe

•Un equipo central con capacidad de cómputo que recibe entradas vía tarjetas perforadas o cintas magnéticas.

Mainframe

Tarjetas perforadas

Cintas magnéticas

Historia: sistemas mainframe•Un equipo central con capacidad de cómputo y

terminales bobas para la entrada de datos.

MainframeTerminales bobas

Historia de las computadoras: ENIAC

• Creada en 1947 en la Universidad de Pennsylvania.

• Primer computadora electrónica.• Ocupada todo el sótano de la universidad.• Utilizaba 18.000 válvulas o tubos de vacío.• Consumía 200 KW de energía eléctrica.• Necesitaba todo un sistema de aire acondicionado.• Realizaba 5.000 operaciones por segundo.• Culminó cuando se incorporó Von Neumann al

proyecto.

Historia de las computadoras: ENIAC

Mujeres programando la ENIAC

Válvula de vacío

Historia: el transistor•Creado en 1948 por un conjunto de físicos.•Mejoras respecto a las válvulas de vacío:

▫Mucho más pequeños -> Mejora la integrabilidad.

▫Necesitan menos voltaje.▫No necesitan disipar energía (calientan menos).▫Construidos en Silicio.

•El I7 de Intel tiene, en su versión más potente, 731 millones de transistores en unos pocos centímetros.

Historia: UNIVAC

•UNIVersAl Computer.•Disponía de 1.000 palabras en memoria

principal.•Podía leer desde cintas magnéticas.•Se utilizó para procesar los datos de

censo de EE.UU. de 1950.•Las 2 primeras generaciones de la

UNIVAC usaban como entrada tarjetas perforadas.

Historia: UNIVAC

Mujer operando la UNIVAC

Tarjeta perforada

Historia: circuitos integrados•1960-1970.•Pastillas de Silicio con miles de transistores.•Las computadoras se hicieron:

▫Más pequeñas.▫Más rápidas.▫Disipaban mejor el calor.▫Aprovechaban más la energía eléctrica.

•Permitieron universalizar la industrialización de computadoras.

Historia: microprocesador

•1971.•Circuitos de alta velocidad y alta

densidad.•Las computadoras se tornaron

extremadamente pequeñas y baratas.•Favorece el surgimiento de las

computadoras personales (PC).•Artífices de la “revolución informática”.

Software•Equipamiento lógico de un sistema

informático.• Incluye:

▫Aplicaciones informáticas (ej.: software de ofimática).

▫Software del sistema (ej.: sistema operativo).▫Software para la creación de nuevo software

(ej.: IDEs para desarrollo, compiladores).

Software - Clasificación

•Software del sistema▫Desvincula al usuario y al programador de

los detalles del sistema, aislándolo de las particularidades del hardware.

▫Brinda interfaces de comunicación de alto nivel con el hardware.

▫Ejemplos: Sistemas operativos. Controladores de dispositivos (drivers). Herramientas de diagnóstico y corrección.

Software - Clasificación

•Software de programación▫Herramientas que permiten al programador

desarrollar programas informáticos, usando diferentes alternativas y lenguajes de programación de manera práctica.

▫Ejemplos: Editores de texto. Compiladores e intérpretes. Entornos de desarrollo integrados (IDEs).

Software - Clasificación•Software de aplicación

▫Permite a los usuarios llevar a cabo una o varias específicas, en cualquier campo de actividad susceptible a ser automatizado o asistido.

▫Ejemplo: Software de ofimática. Software de diseño asistido (CAD). Bases de datos. Videojuegos. Telecomunicaciones.

¿Cómo se crea un programa?• Un programa se crea utilizando un lenguaje de

programación.• Un lenguaje de programación brinda la

abstracción necesaria para poder escribir programas sin conocer el código máquina del procesador.

Escritura

Compilador

Ejecución

Lenguaje de programación

Compilador Sistema Operativo

Código fuenteCódigo

máquina

El compilador• Traduce el lenguaje de programación al código

de la máquina (binario).• Hay un compilador para cada par de lenguaje y

procesador.

Compilador

…static int lim = 90;for (int i=0;i<lim;i++) {

a[i]=a[i+1] * i;}…

Archivode

texto

…10010111010101110101000101000101111010101110111010101110101010111101010111111010…

Programa

ejecutable

Lenguajes de programaciónLenguajes de alto nivel• Utilizan palabras del lenguaje del programador.• Fáciles de interpretar, bien documentados, fáciles de escalar.• Ejemplos: C, C++, Java, Pascal, …

Lenguajes de nivel medio• Representan las instrucciones del procesador con nombres cortos y fáciles de recordar (mnemónicos).• Lenguaje Ensamblador (Assembler).Lenguajes de bajo nivel• Instrucciones del procesador.• Código binario.