Arquitectura Computacional

Octubre – 2014Ing. Raúl Hurel Guzmán

CAPÍTULO 1

• INTRODUCCIÒN: CONTENIDO• Ideas Preliminares:• Reseña Histórica• Arquitectura y Organización• Tendencias Tecnológicas

Ideas Preliminares

• La Arquitecturas de Computadores es parte de los Sistemas Digitales y constituye el fundamento de los llamados Sistemas de Computación.

• Los computadores constituyen sin duda el área de mayor dinamismo e innovación con un crecimiento espectacular desde su introducción alrededor del año 1940.

• Los computadores han cambiado la sociedad y lo seguirán haciendo.

• ¿Por qué estudiar Arquitecturas?• Conocer la arquitectura de un sistema permite construir SW de

mayor desempeño.• Ubicuidad de los procesadores: electrodomésticos, PDA,

celulares, etc...• Desarrollo de sistemas embebidos.• Desarrollo de procesadores propios.

• Los Procesadores han aumentado su velocidad a tasas increíbles, debido principalmente a la disminución del tamaño de sus componentes.

• Aumento del tamaño y velocidad de las memorias; y la velocidad de del sistema E/S.

• El desempeño relativo por unidad de costo tiene un crecimiento explosivo.

• 5.000 A.C. :Invención de la escritura, el hombre puede registrar los hechos de su historia para la posteridad.

• Se inventa la escritura cuneiforme, la cual consistía en cortes bajo relieve, sobre paletas de barro.

• Aparecen las bibliotecas.

Reseña Histórica

• 3.000 A.C.: Se inicia un registro histórico del imperio egipcio.• Se combina la representación gráfica (dibujos) con la

representación lingüística (ideogramas)• Se utiliza un soporte más liviano: el papiro (fibra vegetal

marcada con tintes)

• 2.100 A.C.: Invención del papel.• Los chinos a procesar fibras vegetales para producir papel• Inventan también procesos de impresión como xilografía y el

grabado.

• EDAD MEDIA: Los más ilustrados de esa época eran los clérigos, que copiaban los libros completamente a mano.

• Las principales escuelas y universidades nacen bajo el alero de reyes y la iglesia

• 1450: Se edita la primera biblia en imprenta.• 1600: Aparecen en Francia y Alemania los periódicos con un tiraje

semanal• 1700: En Inglaterra aparecen con un tiraje diario.

• 1826: Aparece la primera fotografía la realizó Joseph Nicéphore Niépce.• 1830: Samuel Morse inventa el código Morse y el Telégrafo• 1876: Alexander Graham Bell inventa el teléfono

• 1880 – 1900:Medios inalámbricos

• 1880: Rudolph Hertz descubre las ondas electromagnéticas.• 1893: Nicola Tesla: primera transmisión radial.• 1895: Alexei Popov inventa unreceptor de ondas hertzianas.• 1896: Guillermo Marconi inventa eltelégrafo inalámbrico.• 1897: Marconi realiza la primeratransmisión de radio.

• 1920-1940: La televisión:• 1926: John Baird realiza la primera transmisión televisiva en Inglaterra,

usando un cable telefónico.• 1931: Vladimir Zworkyn: Desarrolla el iconoscopio, que permite la

captura de imágenes en dispositivos electrónicos.• 1935: Philo Farnsworth desarrolla el televisor

electrónico.

• 1936 – 1960: Las primeras arquitecturas computacionales:• 1936: Máquina de Turing• 1943: Proyecto Colossus: Desarrollo de un computador

electrónico.• 1946: ENIAC. Primer computador digital y electrónico de la

historia.• 1950: Era del transistor. Reducción de tamaño.• 1960: Era del Circuito integrado. Miniaturización

• David Hilbert, nacido en el conocido pueblo de Konigsberg, estableció 23 problemas matemáticos y uno de ellos fue el enstcheidungsproblem. Es decir, ¿hay un método definido que pueda aplicarse a cualquier sentencia matemática y que nos diga si esa sentencia es cierta o no?.

• En 1936 Alan Turing respondió este problema, en términos de una máquina teórica, capaz de transformar con precisión operaciones elementales previamente definidas en símbolos, en una cinta de papel. Máquina de Turing.

Primera Generación

• Como necesidad de la Segunda Guerra Mundial, para descifrar los mensajes alemanes, se construyó la máquina Colossus.

• Diseñada por Thomas H. Flowers, S. W. Broadbent y W. Chandler de forma ultrasecreta y más tarde con la ayuda de Turing. Se puso en funcionamiento en diciembre de 1943.

• Algunas de las características más importantes de Colossus:

• Empleaba el sistema binario.• Llego a tener 2,400 tubos de vidrio al vacío.• Sus datos de entrada los leía de una cinta de papel perforada.• Su velocidad de operación era de 5,000 Hertz• Medía 2.25 metros de alto, 3 metros de largo y 1.20 metros de ancho.

Máquina Colossus

Máquina Colossus

• 1960 – 1980 :Las primeras redes de información• 1962: invención del módem.• 1965: Kleinrock: primeras pruebas de interconexión entre

computadores.• 1968: ARPAnet Militar.• 1969: Se logra la primera transmisión remota de información.

Nace el internet.• 1975: NSFnet Científica.

• 1980 – 2000: Masificación de internet• 1980: inicio de conexiones internacionales.• 1980: primeros proveedores comerciales: Prodigy y

Compuserv.• 1989: caída de la cortina de hierro. Interconexión de redes con

países del bloque oriental.• 1990: Aparición de la WWW. y la telefonía celular• 1993: Inicio de la masificación de medios de comunicación en

Internet.• 1998: La guerra de los browsers (navegadores)

Evolución de los Procesadores

Ley de Moore: “El desarrollo de las tecnologías de fabricaciónpermite que el número de transistores integrados en losmicroprocesadores se duplique cada 18 meses.”

CAPÍTULO 2

• PUNTOS INICIALES DE ARQUITECTURA COMPUTACIONAL : CONTENIDO:• Componentes de la Computadora:• Unidad del Sistema y sus partes• Puertos• Periféricos• Almacenamiento• Sistemas de Alimentación de Energía

Componentes de la Computadora

Unidad de Sistema

• Centraliza la conectividad

Está compuesto por CASE

• Es la carcasa que contiene componentes sensibles del PC.

• Su utilidad es de protección.• Dentro del case se encuentran la tarjeta

madre, memorias y el microprocesador.

Puertos de Comunicación

Tarjetas de Expansión

CPU (Central Processing Unit) • A la CPU se le conoce también como:

microprocesador, procesador y unidad central de procesamiento

• La estructura del CPU de basa en: • Registros, • la Unidad de control, • la Unidad aritmético-lógica.

Chipset Es el conjunto de chips que se encargan de controlar

determinadas funciones del ordenador

RAM• Más memoria RAM mayor velocidad• Actualmente la memoria RAM de las computadoras se

mide en:• Megabytes (1MB = 1024 KB) y • Gigabytes (1 GB = 1024 MB),

Fuente de Poder También denominada Fuente de Alimentación, es un

montaje eléctrico/electrónico

Uno de los procesos importantes que realiza es transformar la energía eléctrica de 220 ó 110 voltios a salidas de 5 a 12 voltios.

Periféricos

Monitor

• Muestra texto e imágenes• Nitidez depende resolución y paleta de colores

TECLADO ALFANUMÈRICO

Semejante a una maquina de escribir. Se encuentran letras, símbolos y signos que usualmente

los utilizamos.

Teclas Especiales

SHIFT

CAPS LOCK (BLOQ MAYUS)

ALT

ALT GR

ENTER

BACKSPACE (RETROCESO)

SUPR (DEL)

TECLADO NUMÈRICO

Ubicado a la derecha del teclado alfanumérico. Para utilizarlo se debe presionar la tecla BLOCK NUM.

TECLADO

EL RATON (MOUSE)

Dispositivo de entrada de datos y control dependiendo del software que este utilizando.

Clasificación del mouse:• Mouse mecánico. • Mouse óptico. • Mouse inalámbrico

CONTROLADORES DEL DISPOSITIVO

Encargado de controlar cada dispositivo diferente .

Existe un tipo para cada hardware, sistema operativo y versión inclusive .

En Inglés se les denomina drivers.

CU

AD

RO

CO

MP

AR

AT

IVO

DE

ME

DIO

S

DE

AL

MA

CE

NA

MIE

NT

O

Gran capacidad de almacenamientoAlta velocidad de acceso.

Permite realizar operaciones de lectura y escritura.Mayormente no es removible.

Mediana capacidad de almacenamientoMediana velocidad de acceso.

Depende del modelo que permite realizar operaciones de bolo lectura (ROM) lectura y escritura (D/RW).

Es removible y de fácil transporte.

Muy poca capacidad de almacenamiento.Velocidad de acceso muy lento.

Permite realizar operaciones de lectura y escritura.Es removible y de fácil transporte.

MEMORIA FLASH USB

Universal Serial Bus, es un pequeño dispositivo de almacenamiento que aprovecha la tecnología de los puertos de comunicación USB 1.0, 2.0 y 3.0.

DISPOSITIVOS ELECTRICOS Supresor de Picos.

Estabilizador de energía. Unidad de energía

interrumpible (UPS).

SUPRESOR DE PICOSUn pico de

voltaje es el incremento en

el potencial eléctrico

ESTABILIZADOR

Es un regulador de voltaje, que acepta una tensión eléctrica

de voltaje variable a la entrada, dentro de un

parámetro predeterminado y mantiene a la salida una

tensión constante (regulada).

Sistema de Alimentación Interrumpida

Suministro de seguro de energía.

Corriente alterna (AC) en corriente directa (DC)

Factores Que Afectan El Rendimiento Del Sistema

Memoria RAM

Velocidad del Microprocesador.

Velocidad del Disco Duro.

Velocidad de los puertos.

CAPÍTULO 3

• SOFTWARE:• CONTENIDO:

• ¿Qué es software?• Pasos para la creación de software• Clasificación• Sistemas Operativos

¿Qué es el software?

El SOFTWARE es un elemento totalmente intangible, pero que sin el cual la Computadora nunca podría funcionar.

Se conoce como software al equipamiento lógico o soporte lógico de un sistema informático, que comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas, en contraposición a los componentes físicos que son llamados hardware.

Los componentes lógicos incluyen, entre muchos otros, las aplicaciones informáticas; tales como el procesador de texto, que permite al usuario realizar todas las tareas concernientes a la edición de textos; el llamado software de sistema, tal como el Sistema Operativo, que básicamente permite al resto de los programas funcionar adecuadamente, facilitando también la interacción entre los componentes físicos y el resto de las aplicaciones, y proporcionando una interfaz con el usuario.

Descripción de los pasos para la creación de software.

Un programa es un conjunto de instrucciones perfectamente comprensibles por la computadora y sirve para que realice una determinada tarea. Creado por un PROGRAMADOR que es la persona capacitada en las técnicas mediante las cuales se pueden dar órdenes a la máquina.

CLASIFICACION DEL SOFTWARE SEGÚN SU DISTRIBUCION

FREEWARE o software de dominio público, que se ofrece sin costo alguno.SHAREWARE, a diferencia del freeware, puede ser utilizado durante un periodo de prueba, pero con limitaciones en el tiempo de uso o en algunas de las formas de uso o con restricciones en las capacidades finales, las cuales se activarán cuando se pague el costo de la licencia. CÓDIGO LIBRE es el software cuya distribución es gratuita y su mejora depende de todo aquel que aporte independientemente las mejoras pero sin ningún costo implícito.

CLASIFICACIÓN DEL SOFTWARE DE

ACUERDO AL TRABAJO QUE REALIZAN.

SOFTWARE BASE.

El software de base está formado por todos los programas que sirven de enlace entre los programas escritos por un programador con el fin de realizar un determinado trabajo y los elementos de hardware de la computadora.El software de base, que está formado fundamentalmente por los elementos que se citan a continuación:

Sistema Operativo.

Traductores.

Ensamblador.

Lenguaje máquina.

SOFTWARE APLICATIVO.

APLICACIONES ESTANDARIZADAS.

Procesadores de texto. Permiten crear, componer, dar formato modificar o imprimir documentos.

Hojas de cálculo. Permiten manipular datos numéricos y alfanuméricos.

Programas de Presentaciones. Son aquellas aplicaciones que permiten crear el material necesario para una exposición ante un público .Ej. MS PowerPoint, Corel Presentation etc.

Programas de Bases de Datos : Son aplicaciones que permiten administrar y gestionar Bases de datos con grandes volúmenes de información almacenada.Ej. MS Access, SQL Server, Oracle, etc.

PROGRAMAS DE DISEÑO GRÁFICO Y PUBLICITARIO.

Esta categoría presenta una gran cantidad de aplicaciones de diferentes disciplinas relacionadas, por ejemplo existen programas de:

DISEÑO VECTORIAL. En el que podrá crear y editar dibujos en base a objetos básicos (líneas, círculos, rectángulos, etc.) Ej. Corel DRAW

DISEÑO DE MAPA DE BITS. Son aplicaciones que permiten crear o retocar imágenes que se forman en función a puntos o píxeles. Ej .Corel PHOTO PAINT, Adobe PhotoShop, etc.

PROGRAMAS DE MAQUETACIÓN. Es la aplicación que permite combinar texto y gráficos con el objeto de crear un documento listo para que pueda ser reproducido en una impresora o en una fotocomposición. La maquetación es un proceso de varias fases, que incluyen el trabajo con diversos tipos de software y de equipos informáticos. Ej. Adobe InDesign, Quark Xpress, etc.

PROGRAMAS DE APLICACIONES INTERNET.

todos aquellos programas que utilizan la plataforma de Internet para su desarrollo mediante el entorno de las páginas Web, correo electrónico, transferencia de archivos (FTP), comunicación en tiempo real y videoconferencia, etc.

APLICACIONES A MEDIDA

Son aquellas aplicaciones que son creadas por programadores para el uso de una empresa o institución en particular debido a una necesidad o requerimiento específico

Contratos y licencias • Existen empresas dedicadas al desarrollo de software

con fines lucrativos • Por lo cual al instalar un software se debe pagar

derechos de uso(licencia)• Esta licencia es por un tiempo determinado

Actualización y mejoras (parches) de los programas

• Los programas son mejorables a través del tiempo sobre todo cuando se detectan errores que pueden aprovecharse para obtener información confidencial de los usuarios que emplean un sistema.

• A través de Windows Update puede descargar las actualizaciones más recientes de todos los productos Microsoft que se hayan instalado en un sistema.

• Se entiende al Sistema Operativo en una computadora, como el gran maestro de ceremonias que debe organizar y administrar el uso ordenado y apropiado de todos los recursos con los que se cuentan.

Sistemas Operativos:

Sistemas operativos:

UNIX.

• Permiten múltiples tareas y múltiples usuarios. • Su sistema de archivos proporciona un método sencillo

de organizar archivos y permite la protección de archivos.

• Es un S/O muy robusto se adapta para el uso desde sistemas informáticos especializados como los MAINFRAME hasta sistemas más simples como las PCs de uso doméstico

• No son intuitivas y es por ello que se utilizan derivaciones como en el caso de LINUX

LINUX. • Preferido por muchos profesionales de la informática y de Internet. • Ofrece potencia, estabilidad, seguridad contra virus y sirve para

realizar cualquier trabajo. (-)No es tan fácil de usar y se necesitan conocimientos técnicos para realizar algunas tareas. • Es libre y gratuito(libertad total para ver y modificar el código del

sistema, es decir permite ser personalizado y adaptado a las necesidades que el mercado va imponiendo)

WINDOWS. • Es el S/O utilizado en más del 90% de los ordenadores personales de todo

el mundo. • Cubre la mayoría de necesidades del usuario medio. Ya sea para escribir

documentos, navegar por Internet, escuchar música, ver películas, retocar fotografías digitales o disfrutar de los últimos juegos.

• Windows es fácil de usar y configurar, sin necesidad de poseer conocimientos informáticos avanzados.

• (-) Su seguridad es inestable, pues existen multitud de virus que aprovechan fallos del sistema para infectar el PC, a pesar que se provee parches de seguridad con mayor rapidez que los demás S/O.

MAC OS X. (Apple Macinstosh)• Considerado por muchos expertos el S/O más sencillo de utilizar, más

innovador y de estética más cuidada. • Tener en cuenta que este sistema operativo únicamente funciona en los

ordenadores que fabrica la misma compañía (Macintosh) y resultan costosos.

MS DOS. (Microsoft)• ES un S/O entorno totalmente texto, donde cada orden que se quiere dar al

computador necesita que sea escrito• Las órdenes se dan por medio de un señalador (PROMPT) y un cursor de

forma horizontal. • Windows lo incluye a modo de consola o entorno para la ejecución de

instrucciones u órdenes de modo directo

• Integrado en el sistema operativo se encuentra el Explorador de Windows. Este es un programa de gestión de archivos y carpetas. Existen muchas formas de iniciar el Explorador. A continuación se presentan dos formas de ingresar.

• Forma 1: Seguir la secuencia: Inicio/Todos los programas/Accesorios /Explorador de Windows.

• Forma 2: Pulsar simultáneamente las teclas Windows + E.

Administración de archivos y carpetas

Problemas mas frecuentes y su solución

Comprobar errores: Windows permite comprobar la integridad física de los discos, Esta herramienta permite detectar y

reparar posibles errores físicos y lógicos.

Errores físicos

constituyen los sectores de la superficie del disco defectuoso.

Windows no repara estos errores.

sólo hace marcas que indican que esos

sectores no deben ser utilizados.

Errores lógicos

son posibles inconsistencias que existen en el sistema de archivos.

Copia de seguridad y restauración.

Restaurar Sistema.

Ajuste del sistema

CAPÍTULO 4

• CICLO DE VIDA DE UN PROCESO COMPUTACIONAL: • CONTENIDO:

• Concepto de Procesos Computacionales• Ciclo de vida de un Proceso Computacional• Concurrencia• Sincronización• Regiones Críticas• Interrupciones• Planificación de Procesos

CONCEPTO DE PROCESO

Una actividad asíncrona

El "espíritu animado" de un procedimiento

El "centro de control" de un

procedimiento en ejecución

Lo que se manifiesta por la existencia de un "bloque de control del proceso" en el sistema

operativo

La entidad a la que se asignan

los procesadores

La unidad "despachabl

e"

CLASES DE INTERRUPCIONES   Interrupciones SVC (llamadas al supervisor). Interrupciones de E/S Interrupciones externas Interrupciones de Reinicio Interrupciones de verificación del programa Interrupciones de verificación de la máquina

CICLO DE VIDA DEL SOFTWARE

Estado de un Proceso

• A medida que un proceso se ejecuta cambia de estado. Cada proceso puede estar en uno de los estados:• Nuevo: El proceso se esta creando• En Ejecución: El proceso se encuentra en la CPU ejecutando

instrucciones.• Bloqueado: Proceso en espera de una ocurrencia (que ocurra un

suceso) (ej. Interrupción E/S)• Listo: En espera para la próxima asignación del recurso• Terminado: Finalizó su ejecución

Ciclo de la instrucción

Ciclo de la instrucción

Ciclo de la instrucción: multitarea

• Ser equitativo• Ser eficiente• Lograr un buen tiempo de respuesta• Ser predecible• Elevar al máximo la productividad y el tiempo de respuesta

Objetivos

CONCEPTO DE CONCURRENCIA

Los procesos son concurrentes si existen simultáneamente.

Cuando dos o más procesos llegan al mismo tiempo a ejecutarse, se

dice que se ha presentado una concurrencia de procesos.

BENEFICIOS DE LA CONCURRENCIA

Trata de evitar los tiempos muertos de la UCP

Comparte y optimiza el uso de recursos

Permite la modularidad en las diferentes etapas del

proceso

Acelera los cálculos

Da mayor comodidad

DESVENTAJAS DE LA CONCURRENCIA

Inanición e interrupción de

procesos

Ocurrencia de bloqueos

Que dos o más

procesos requiera

n el mismo recurso

(no apropiat

ivo)

LA SINCRONIZACION

Para lograr la comunicación, los procesos deben sincronizarse, de

no ser así pueden ocurrir problemas no deseados.

La sincronización es la transmisión y recepción de

señales que tiene por objeto llevar a cabo el trabajo de un

grupo de procesos cooperativos.

REGIONES CRITICAS

En algunas ocasiones un

proceso puede tener acceso a

la memoria compartida de

archivos o realizando

labores críticas que pueden

llevar a conflictos.

Esa parte del programa, en la

cual se tiene acceso a la memoria

compartida se llama la

Sección o Región Crítica.

PLANIFICACIÓN

• Es una función fundamental del Sistema Operativo. La mayor parte de los recursos se planifican antes de que se usen.

OBJETIVOS DE LA PLANIFICACIÓN 

• El objetivo principal de la planificación es optimizar el rendimiento del sistema

PLANIFICADORES

• Es un componente del Sistema Operativo que se encarga de elegirla tarea siguiente que hay que admitir en el sistema y el proceso siguiente que hay que ejecutar.

PLANIFICADOR A LARGO PLAZO (Planificador de trabajos)

 

• Este planificador es, por tanto, el encargado de crear los procesos. Cada vez que termina un trabajo, el planificador tomara la decisión de añadir uno o mas trabajos nuevos.

PLANIFICADOR A MEDIANO PLAZO (PLANIFICADOR DE INTERCAMBIO)

• Este planificador decide si un proceso que esta en estado bloqueado o suspendido debe ser retirado de la memoria temporalmente

PLANIFICADOR A CORTO PLAZO (PLANIFICADOR DEL PROCESADOR)

 

El planificador acorto plazo también conocido como despachador, es el encargado de decidir como y cuando tendrá acceso al procesador un proceso que esta listo para utilizarlo.

PLANIFICACIÓN DE PROCESOS

EquidadEficiencia

Rendimiento

Algoritmo de Planificación (First Input – First Output)

• El esquema FIFO rara vez se usa como esquema principal en los sistemas actuales, pero a menudo está incorporado en otros sistemas.

Las características principales de este algoritmo son las siguientes: No es apropiado Es justa, aunque los procesos largos hacen esperar

mucho a los cortos. Es una política predecible El tiempo promedio de servicio es muy variable ya que

está en función del número de procesos y la duración promedio que tenga

Algoritmos de Planificación: Primero el Proceso de Ejecución más Corto (TE+C)

• También conocido como SJF : Primero el proceso más corto. • SJF: Primero el Proceso Tiempo de Ejecución más Corto• No apropiativo• Selecciona el proceso de menor duración estimada:

• No es aplicable si se desconoce la duración de los procesos• Posibilidad de inanición

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1

2345

Algoritmos de Planificación: Tiempo Restante de Ejecución más corto (TRE+C)

• También conocido como Menor Tiempo Restante (SRT)• Es un TE+C Apropiativo según duración estimada

• No aplicable si no se conoce la duración de los procesos

• Genera el mejor resultado posible• Posibilidad de inanición• Válido para comparaciones teóricas

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Algoritmos de Planificación: Round Robin

• Round Robin: Turno Rotatorio• Apropiativo en función del tiempo.• Selecciona el primero de la cola de listos.• Equitativo para procesos heterogéneos.• Cada cambio de contexto retrasa los procesos.• El rendimiento es malo si tienen carga de E/S.

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Consideraciones del Estudio

• Estas políticas de planificación se verán con mayor detalle cuando se observen las políticas de planificación del procesador, dentro de la unidad de Arquitectura de CPU.

Algoritmos de Planificación: VRR

• Turno Rotatorio Virtual (VRR )

• Utiliza dos colas de acceso al procesador.

• En la segunda están los procesos que no pudieron completar su cuanto en la última ejecución.• Esta cola tiene prioridad sobre la primera.• Los procesos de esta cola ejecutan sólo durante el cuanto que

no completaron anteriormente.

• El objetivo es un RR con el rendimiento equilibrado entre los procesos con carga de CPU y los procesos con carga de E/S.

Hilos(Threads)

• Un hilo ( Threads) o proceso ligero es una unidad básica de utilización de la CPU, y consiste en un contador de programa, un juego de registros y un espacio de pila.

• Los hilos dentro de una misma aplicación comparten:• La sección de código • La sección de datos• Los recursos del Sistema Operativo

• Un proceso tradicional o pesado es igual a una tarea con un solo hilo.

Hilos(Threads)

• Los hilos (Threads) son un concepto relativamente nuevo en los Sistemas Operativos.

• En este contexto, un proceso recibe el nombre de proceso pesado, mientras que un hilo recibe el nombre de proceso ligero. El término hilo se refiere sintáctica y semánticamente a hilos de ejecución.

• El termino multihilo hace referencia a la capacidad de un Sistema Operativo para mantener varios hilos de ejecución dentro del mismo proceso.

Hilos(Threads)

• En un Sistema Operativo con procesos monohilo (un solo hilo de ejecución por proceso), en el que no existe el concepto de hilo, la representación de un proceso incluye su Bloque de Control de Proceso, sus siglas en inglés PCB, que contiene un espacio de direcciones del proceso, una pila del proceso y una pila núcleo.

Hilos(Threads)

• En un Sistema Operativo con procesos multihilo, solo hay un PCB y un espacio de direcciones asociados al proceso, sin embargo, ahora hay pilas separadas para cada hilo y bloques de control para cada hilo.

CAPÍTULO 5

• ARQUITECTURA Y ORGANIZACIÓN:• CONTENIDO:

• Organización Computacional• Atributos• Aspectos

• La arquitectura esta determinada por los atributos de un sistema que son visibles para un programador• Conjunto de instrucciones• Número de bits utilizados• Mecanismos E/S• Direccionamiento de Memoria

Arquitectura y Organización

Arquitectura vs Organización

• Arquitectura: atributos visibles al programador• Set de registros internos, Set de instrucciones, bits

utilizados para representar los datos, mecanismos de direccionamiento de memoria, acceso a dispositivos de entrada y salida, etc.

• Organización: cómo se implementan• Señales de control, tecnología de la memoria• Ejemplos:

• Las instrucciones las ejecuta directo el hardware o son interpretadas por microprogramas?

• La multiplicación es realizadad directamente por un componente o se realizan muchas sumas?

• Toda la familia x86 de Intel comparte la misma arquitectura básica

• Esto asegura la compatibilidad de código• Al menos la de programas antiguos. De hecho podemos ejecutar

el DOS, diseñado para el primer procesador de la familia (el 8086), en un computador basado en, por ejemplo, Pentium 4 .

• La organización cambia entre diferentes versiones de una misma familia

Arquitectura vs Organización

Componentes• No hay una clara distinción entre asuntos relacionados con la

organización y los relevantes con la arquitectura• Principio de equivalencia Hardware-Software:

“Cualquier cosa que puede ser hecha por software puede ser hecha en hardware y cualquier cosa que puede ser hecha con hardware

puede ser hecha con software”

Estructura vs. Función• La Estructura es la forma en que los componentes se

relacionan entre sí.• La función es la operación que realizan los componentes

individuales como parte de una estructura

Funciones• Las funciones básicas de una computadora son:

• Procesamiento de Datos• Almacenamiento de datos• Transferencia de Datos• Control

Visión Funcional

Transferencia de datos

Control

Almacenamientode datos

Procesamiento de datos

• Aspectos que intervienen en la arquitectura de un sistema:

• Tecnologías• Aplicaciones• Sistemas Operativos• Lenguajes de programación

Computador

MemoriaPrincipal

EntradaSalida(I/O)

Sistema deInterconexión

(Bus)

periféricos

Líneas decomunicación

UnidadCentral deProceso(CPU)

Computador

Estructura (computadora)

Computer UnidadAritmética y

Lógica

Unidadde

Control

InterconexiónInterna de la CPU

Registros

CPU

I/O

Memory

SystemBus

CPU

Estructura (CPU)

CPU

Memoriade control

Unidad de controlde registros y

decodificadores

LógicaSecuencial

Registers

InternalBus

Unidad de Control

ALU

ControlUnit

Estructura (UC)

Un aviso de segunda mano…MHz??

MB??

PCI??USB??

L1 Cache??

Que significa todo esto?

Un ejemplo

• Los procesadores sufren un incremento anual de su frecuencia. Aproximadamente un 20% por año.

• La capacidad lógica de los procesadores también se incrementa. Aproximadamente en un 30% anual.

• Las memorias de acceso aleatorio (RAM) han ido aumentando en capacidad, llegando a un 60% por año. No así su velocidad de acceso la que solo alcanza un crecimiento de un 10% anual.

• Los 640 Kb de memoria básica son siempre suficientes.

Tendencia Tecnológica

• Los discos duros tienen un crecimiento anual cercano al 60%• La información que se genera en todo el mundo aumenta a un

ritmo de un 30% anual.

CAPÍTULO 6

• ARQUITECTURA DE LA CPU• CONTENIDO:

• Estructura de la CPU• Interfaz hardware de una CPU• Ciclo de instrucción• Ciclo de Reloj, Memoria e Instrucción

Elementos básicos de un computador

• Unidad Central de Procesamiento• Unidad de Control• Unidad Aritmético-Lógico• Registros internos• Buses de datos

• Memoria Principal • RAM

• Periféricos:• Memoria Secundaria o Masiva• Unidades de Entrada• Unidades de Salida

• En español la UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO

• La CPU es la parte que interpreta las instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas.

Arquitectura de la CPU

Organización de la CPU

• Para entender la organización de la CPU, vamos a considerar los requisitos en esta, es decir las cosas que debe hacer:

• Obtener instrucciones• Interpretar instrucciones• Obtener datos• Procesar los datos• Registrar datos• Escribir los datos

Operación de la CPU

Operación de la CPU

Funciones de la Unidad Central de Procesamiento

• El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal.

• La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:• PreFetch: Pre lectura de la instrucción.• Fetch: Envío de la instrucción al decodificador.• Decodificador de la instrucción: Determina la instrucción que es y

por tanto qué se debe hacer.• Lectura de operandos.• Ejecución: Según el tipo de operandos.• Escritura de los resultados: En la memoria principal o en los

registros.

Funciones de la Unidad Central de Procesamiento

Funciones de la Unidad Central de Proceso

• Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de la CPU, dependiendo de la estructura del procesador.

• La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia del reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo)

Rendimiento de la CPU

• Rendimiento: El rendimiento del procesador puede ser medido de distintas maneras, hasta hace pocos años se creía que la frecuencia del reloj era una medida precisa, pero eso es mito («mitos de los megahertz»)

• Los procesadores no han requerido frecuencias más altas para aumentar su poder de cómputo.

Rendimiento de la CPU

• Durante los últimos años esa frecuencia se ha mantenido en el rango de los 1,5 a 4 Ghz, dando como resultado procesadores con capacidades de proceso mayores comparados con los primeros que alcanzaron esos valores.

• Además la tendencia es a incorporar más núcleos dentro de un mismo encapsulado para aumentar el rendimiento por medio de una computación en paralelo.

Las partes que lo integran• Unidad de Control

• Coordina todas las actividades• Se comunica con todos los elementos del sistema• Interpreta y ejecuta todas las instrucciones del programa que se

está utilizando en el momento• Genera las señales de control necesarias para su ejecución

Las partes que lo integran

• Unidad Aritmético Lógica:• Realiza las operaciones (suma, resta, multiplicaciones, división y

funciones avanzadas ).

• Ejecuta las funciones de tipo lógico, como las comparaciones de mayor que (>), menor que (<), igual que (=), diferente que (<>) o los operadores lógicos Y, O, y NO de álgebra de Boole.

Estructura de la CPU

Planificación (scheduling)

La planificación consiste en asignar un orden deejecución a un conjunto de tareas que se ejecutan concurrentemente

En la planificación existen 3 elementos:•Procesadores.•Recursos•Tareas•Planificador y Manejador de Recursos (Sistema Operativo)

Cada tarea es planificada por un algoritmo de planificación y distintos recursos son asignados mediante un protocolo de acceso a recursos.

Métodos de Planificación

• Planificar el uso de los recursos con el fin depoder garantizar los requisitos temporales.• Un método de planificación tiene dos aspectos importantes:

- Un algoritmo de planificación que determina el orden de acceso de la tareas a los recursos del sistema ( en particular al procesador )

- Un método de análisis que permite calcular el comportamiento temporal del sistema.

Así se puede comprobar si los requisitos temporales están garantizados en todos los casos posibles.

En general se estudia el peor comportamiento posible.

Proceso de Planificación

Planificador

Carga de Trabajode Tiempo Real

Análisis dePlanificabilidad

AplicaciónCrítica

AplicaciónCrítica

No es planificable

No es planificable

Tarea

EJECUCIÓNCi

Ti

Di

Fuera de linea (off-line)En linea (on-line)

Proceso de Planificación (estados)

activación test deaceptación

LISTA

BLOQUEO

EJECUCION

*despachar

*expulsión

*espera enrecurso ocupado

*recurso liberado

SI

NO

*decisiones de planificación

Planificación vs. Planificabilidad

• Planificación = enfoque para priorizar una tarea sobre otra

• Planificabilidad = análisis formal que permite garantizar que un conjunto de tarea pueden (o no) ser asignadas a un recurso compartido (p.ej. el procesador) tal que cada una de las tareas cumpla con su plazo de respuesta

• Planificabilidad = Control de admisión

Clasificación de Metodos de Planificación •Expulsivo: Permite que las tareas en ejecución sean interrumpidas en cualquier momento para asignar el procesador a otra tarea activa, de acuerdo al metodo de planificacion.•No expulsivo: Una vez que inicia su ejecución una tarea no es interrumpida hasta que termina. Las decisiones de planificacion solo pueden llevarse a cabo hasta que termina la tarea.

•Estatico: Los parámetros son fijos y calculados antes de la ejecución•Dinamico: Los parámetros pueden cambiar durante la ejecución.•Off-line: La planificacion se realiza antes de la ejecución. El plan de ejecución se almacena en una tabla.•On-line: El planificador toma decisiones sobre la ejecución, cuando una tarea inicia su ejecución o cuando termina de ejecutarse.•Best-effort: Algoritmo dinamico que trata de encontrar un plan de ejecución factible, pero si no lo encuentra hara lo mejor posible para cumplir los plazos de las tareas

Métodos de Planificación• Planificacion basada en el reloj (basada en el tiempo): el plan de ejecucion

se calcula fuera de linea y se basa en el conocimiento de los tiempos de inicio y de computo de todos los jobs. El plan de ejecucion esta en una tabla y no es concurrente.

• Planificacion round robin con prioridades: las tareas tienen prioridades asignadas por el usuario (fuera de linea). Dentro de cada prioridad las tareas se planifican en round robin. Cada tarea se ejecuta en forma continua como maximo un tiempo= quantum.

• Planificacion basada en prioridades: las prioridades las asigna el algoritmo de planificacion. La tarea con mayor prioridad se ejecuta en cualquier instante.• tareas periodicas independientes• tareas periodicas y aperiodicas, independientes.• tareas periodicas que comparten recursos.

Métodos de Planificación• Planificacion basada reserva de tiempo: a cada tarea se le reserva una

utilizacion del CPU. El planificador elige las tareas a ejecutar en base al tiempo que tengan asignado.

• Planificacion Heuristica: la planificacion se hace siguiendo el enfoque del mejor esfuerzo

• Planificacion Flexible: este metodo puede basarse en cualquiera de los metodos anteriores. Sin embargo, los parametros no son fijos y pueden cambiar de valor en respuesta a las condiciones del ambiente. En este metodo, es posible degradar al sistema o permitir la perdida de plazos en condiciones de sobrecarga.

Planificación On-line vs. Off-line • Off-line scheduling: el plan de ejecucion se calcula fuera de

linea y se basa en el conocimiento de los tiempos de inicio y de computo de todos los jobs.• Para sistemas deterministicos: con parametros temporales

fijos que no cambien o que cambien muy poco.

• On-line scheduling: el planificador toma decisiones sin conocimiento del tiempo en que arrivaran jobs en el futuro.• No existe un plan de ejecucion optimo si los jobs son no-

expulsivos• Cuando un job arriva, se acepta en el sistema si cumple con

la prueba de aceptacion.

• Apropiativa• No Apropiativa• Tiempo real• Interrupción• Cambio de contexto

Tipo de Asignación de la CPU

• Primero en llegar, primero en irse• Turno Rotatorio• Primero el proceso más corto• Menor tiempo restante

Políticas de Asignación de CPU

Esquema de un Sistema Informático

POLITICAS DE PLANIFICACION

Función de selección: qué proceso listo se ejecuta

Modo de decisión: instantes de tiempo se aplica selección:

No Preferente: se ejecuta hasta terminar o esperar E/S o servicio

Preferente: puede ser interrumpido por S.O. (nuevo proceso, de bloqueado a listo, interrupción reloj).

CARACTERISTICAS POLITICAS PLANIFICACION

PRIMERO EN LLEGAR, PRIMERO EN SERVISE (FCFS: FIRST-COME, FIRST-SERVED)

•Selecciona proceso más antiguo de cola listos

•Rinde mejor con procesos largo que con cortos

•Tiende a favorecer procesos con carga de CPU frente a los que tienen carga E/S

•Puede dar uso ineficiente de CPU y dispositivos E/S ___________________________________________________________________

Tiempo retorno: tiempo servicio + tiempo espera Tiempo retorno normalizado: retardo relativo de procesos (valor min. :1.0 )

TURNO ROTATORIO

(RR: ROUND ROBIN )

•Se genera interrupción periódica de reloj, proceso ejecución a listos y selecciona siguiente trabajo según un FCFS

•Cada procesos recibe fracción de tiempo antes de ser expulsado

•Cuestión principal: longitud de fracción de tiempo

•Desventaja:tiempo procesador procesos carga E/S procesos carga procesador

TURNO ROTATORIO VIRTUAL

(VRR: VIRTUAL ROUND ROBIN )

PRIMERO EL PROCESO MAS CORTO

(SPN: SHORTEST PROCESS NEXT)

•Política no preferente, selecciona proceso con menor tiempo esperado de ejecución

•Se incrementa variabilidad de tiempos respuesta (reduce previsibilidad)

•Dificultad: necesidad de conocer o estimar tiempo exigido por c/proceso:

• Pedir programador tiempo estimado, si es mucho < que tiempo real abandona trabajo

• Se puede realizar estadísticas

•Desventaja: posibilidad de inanición para procesos largos mientras haya flujo continúo de cortos

MENOR TIEMPO RESTANTE

(SRT: SHORTEST REMAINING TIME)

•Versión preferente de SNP

•Elige proceso que que le queda menos tiempo esperado de ejecución

•Debe disponer de estimación de tiempo de proceso para seleccionar

•Existe riesgo de inanición para procesos largos

•Tiempos de retorno con SRT mejores que con SPN porque trabajos cortos reciben atención inmediata y preferente a los largos

CAPÍTULO 7:

• ARQUITECTURA DEL ALMACENAMIENTO PRIMARIO:• CONTENIDO:

• Conceptos básicos• Tipos de RAM y rendimiento• Módulos de memoria• Mapeo de la memoria lógica.

Mem

oria

143

Conceptos básicos• Definición: La memoria es un espacio de almacenamiento

temporal que guarda los datos y los programas que utiliza el procesador.

• También es conocida como RAM (random access memory) porque se puede acceder a zonas de memoria aleatorias y no secuencialmente.

Mem

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144

Conceptos básicos• La RAM está construida generalmente por un tipo de chip

llamado dynamic RAM (DRAM). Como es dinámica, se puede escribir sobre ella cuantas veces se quiera y además los datos tienen que ser actualizados con frecuencia.

• También existen las static RAM (SRAM), en las cuales los datos no necesitan ser actualizados.

Mem

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145

Conceptos básicos• Hay 3 tipos de memoria física:• ROM: integrada en la placa base.• SRAM: integrada en el procesador.• DRAM: es la que compramos e insertamos en los slots cuando

abrimos el PC porque un juego no nos va.

Mem

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146

Conceptos básicos

DRAM

Mem

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147

Conceptos básicos• DRAM:• Ventajas: es densa (puede almacenar muchos bits en un chip

muy pequeño) y es barata.• Desventajas: es memoria volátil o temporal. Los datos tienen

que ser actualizados con mucha frecuencia. Es lenta.

Mem

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148

DRAM

Otras características: utilizan solamente un transistor y un condensador por bit, así que sabiendo que hoy en día hay módulos de memoria DRAM de 1Gb de forma común (los hay también de más), en un chip DRAM tendríamos más de 1 billón de transistores.

Mem

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149

DRAM• Funcionamiento: por cada bit, el transistor lee el estado de carga de

su condensador. Si el condensador está cargado, lee un 1, si no, un 0. Como la carga en los condensadores está constantemente siendo disipada, es necesario actualizar los datos en la DRAM con mucha frecuencia.

Mem

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150

DRAM• Si no se actualizan los datos, las cargas de los condensadores

llegarían a 0, lo que supondría diversos fallos, entre ellos los famosos pantallazos azules.

Mem

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151

Conceptos básicos

SRAM

Mem

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152

Conceptos básicos• SRAM (también conocida como Caché):• Ventajas: es rápida y no necesita que los datos sean

actualizados.• Desventajas: es mucho menos densa y mucho más cara.

Aproximadamente un 30%. Almacena menos datos. También es volátil.

Mem

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153

SRAM• Otras características: A diferencia de la DRAM, no tiene

condensadores, por lo que no es necesario actualizar los datos. No es la memoria principal del ordenador por su alto coste.

Mem

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154

CONTENIDO• Conceptos básicos• Tipos de RAM y rendimiento• Módulos de memoria• Instalación de actualizaciones de RAM• Resolución de problemas• Mapeo de la memoria lógica.

Mem

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155

Tipos de RAM• FPM (Fast Page Mode o memoria paginada).• EDO (Extended Data Out o memoria hiperpaginada).• SDRAM (Synchronous DRAM).• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM).• DDR2 SDRAM.• RDRAM (Rambus DRAM).• DDR3 SDRAM.

Mem

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156

FPM

• Utiliza la paginación como modo de acceso a memoria. Guarda la fila de acceso y solo varía la columna, por lo que se accede de forma más rápida que una DRAM normal. Sólo soportaba 66MHz.

• Divide la memoria en páginas de 512 bytes a unos poco Kbytes y tiene formas de acceso a páginas.

• Se utilizó desde la generación de los 486 hasta 1995.

Mem

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157

EDO

• Es una variación de la FPM.• Consiste en chips que permiten una

superposición de tiempo entre sucesivos accesos a memoria. En lo que el controlador de memoria lee la dirección actual, ya puede empezar una nueva columna de memoria. También soportaba 66 MHz. Se utilizó entre 1995 y 1998.

• BEDO: mejora de la EDO que se vio eclipsada por la tecnología SDRAM.

Mem

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158

SDRAM• Es una RAM que está sincronizada con el bus de memoria por

lo que enviaba los datos en ráfagas de alta velocidad. Es una DRAM como la FPM y la EDO pero los ciclos eran mucho mas rápidos.

• Soportaba 133MHz (133 millones de transferencias de datos por segundo).

• Se utilizó entre 1998 y 2000.

Mem

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159

TIPOS DE RAM

DDR

Mem

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160

DDR SDRAM• Como su nombre indica, la transferencia de datos era el doble

de rápida.• En lugar de duplicar la frecuencia de reloj, duplicaba el

rendimiento porque enviaba datos una vez en el flanco de subida y otra en el flanco de bajada del ciclo.

• Tuvo su soporte inicial en el mercado de las tarjetas gráficas y desde ahí ha sido la base de los standards de memoria del PC.

Mem

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161

DDR SDRAM

• Era compatible con la mayoría de procesadores, chipsets…

• Salió al mercado en el año 2000, pero no tuvo su éxito hasta el año 2001, cuando las placas base y demás elementos ya tenían compatibilidad con ella. Tenía un nuevo modelo de módulo para conectarlo a la placa base, que funcionaba con 2’5 V. Tenían 184 pins de conexiones. Soportaban hasta 400MHz.

Mem

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162

DDR SDRAM

Mem

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163

TIPOS DE RAM

DDR2

Mem

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164

DDR2 SDRAM• Salió al mercado en el año 2003 pero los

primeros chipsets, placas bases y sistemas que lo soportaban salieron en el 2004.

• Es simplemente una versión más rápida de la DDR. La transferencia de datos era mayor porque utilizaba pares de señales para permitir señalizar más rápidamente y sin ruido ni interferencias.

• Puede transferir 4 bytes cada vez.• Tener pares de señales hace que sus pins

aumenten a 240.

Mem

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165

DDR2 SDRAM• A diferencia de la DDR, la DDR2 soportaba desde 400 MHz.

hasta 1000 MHz. Funciona con 1’8V en lugar de 2’5V, por lo que genera menos calor y consume menos energía. Como tiene más pins, tuvo que cambiar la estructura de ellos.

• Salieron variaciones de la DDR2 como la G-DDR2, destinada a gráficos.

Mem

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166

DDR2 SDRAM• Aunque Intel tenía mejor compatibilidad, tuvo el éxito AMD en

2005, porque sus procesadores Athlon 64 y Opteron incluían controladores de memoria DDR integrados. En 2006 hizo lo mismo pero para las DDR2, en sus procesadores del momento.

Mem

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167

DDR2 SDRAM• Para insertar la DDR2 en el socket no hay problema en

confundirlo a una DDR, porque sus sockets son completamente distintos, y una DDR2 nunca entrará en una DDR y viceversa.

Mem

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168

DDR vs DDR2

Mem

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169

RDRAM• Utiliza un bus de memoria chip-to-chip. Solamente podía

transferir 2 bytes al mismo tiempo mientras que las FPM, EPO y SDRAM podían transferir hasta 8 bytes, pero la RDRAM lo hacía muy rápidamente. Esta técnica tuvo éxito para la Nintendo 64 y Play Station 2, y luego fue llevado a los PCs.

Mem

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170

TIPOS DE RAM

DDR3

Mem

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171

DDR3 SDRAM• Es una mejora de la DDR2.• La tecnología de la DDR3 permite transferir datos 2 veces más

rápido que una DDR2, o lo que es lo mismo, 8 veces más rápido que una SDRAM.

• Se anunció su salida en 2005 pero salieron al mercado en junio de 2007 las primeras placas base compatibles.

Mem

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172

DDR3 SDRAM

• Tiene 240 pins.• Funciona con 1’5V., una mejora con respecto a la

DDR2 considerable, ya que el ahorro de consumo de energía en un 30%. Según JEDEC, el máximo al que puede trabajar es a 1’575V. aunque puede funcionar hasta los 1’975 sin sufrir daños graves.

• Soporta hasta 1600 MHz. • Los ciclos de reloj son más cortos que los de la

DDR2.

Mem

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173

DDR3 SDRAM• A pesar de tener los mismos pins que una DDR2, son

totalmente incompatibles, porque tienen diferente corte.• Han salido variaciones como la G-DDR3, destinada a tarjetas

gráficas muy potentes, como las actuales de NVIDIA y ATI.

Mem

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174

DDR3 SDRAM• Son más caras que las DDR2.• Han tenido más éxito en Intel que en otros fabricantes de

procesadores.• Son los que se usan actualmente, aunque aún quedan

también DDR2 en grandes cantidades.

Memoria 175

DDR vs DDR2 vs DDR3

Mem

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CONTENIDO• Conceptos básicos• Tipos de RAM y rendimiento• Módulos de memoria• Instalación de actualizaciones de RAM• Resolución de problemas• Mapeo de la memoria lógica.

Mem

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Módulos de memoria• Originalmente los módulos de memoria se soldaban a la placa

base, lo que implicaba que si la memoria se rompía, tenías que desoldarla, y era un problema bastante grande.

• Las mejoras propuestas fueron las SIMMs, DIMMs y RIMMs. Son sockets soldados a la placa base en los cuales puedes insertar la memoria.

Mem

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178

Módulos de memoria

SIMM

Mem

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179

SIMMs

• Single inline memory module.• Había dos tipos, los de 30 pins y los de 72 pins.

Obviamente los de 30 eran de menor tamaño que los de 72.

• Los de 30 pins tienen 8 bits más uno opcional de paridad. Los de 72 tienen 32 más 4 opcionales de paridad.

• Se usaron desde finales de la década de los 80 hasta los 90, pero hoy en día son obsoletos.

Mem

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180

30 pins vs 72 pins

Mem

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181

Módulos de memoria

DIMM

Mem

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182

DIMMs

• Dual inline memory module.• Hay 3 tipos:• Los Standard DIMM tienen 168 pins y dos cortes en

la conexión y un corte en cada lado.• Los DIMM DDR tienen 184 pins, un corte en la

conexión y dos cortes en cada lado.• Los DIMM DDR2 tienen 240 pins, y también tienen

un solo corte en el centro de la conexión y dos en cada lado.

• Todos los DIMMs son de 64 o 72 bits, dependiendo de los bits de paridad.

Mem

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183

DIMMs• La principal diferencia entre los SIMMs y DIMMs está en que

los DIMMs tienen más cortes en los lados, por lo que son llamados DUAL.

• Se siguen utilizando hoy en día.

Memoria 184

168 pins vs 184 pins vs 240 pins

Mem

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185

Módulos de memoria

RIMM

Mem

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186

RIMMs• Rambus inline memory module.• Hay 3 tipos:• Los RIMMs de 184 pins con 16 ó 18 bits. Es de lejos la versión mas

común.• Los RIMMs de 232 pins con 32 ó 36 bits. Se introdujo a finales del año

2002.• Los RIMMs de 326 pins con 64 ó 72 bits. Se introdujo en el año 2004.

Mem

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187

RIMMs

• El tamaño de los conectores es igual, pero tienen diferentes cortes para prevenir fallos.

• Los RIMM de 184 pins tienen un corte en cada lado y dos cortes en el área de conexión.

• Los RIMM de 232 tienen un corte en cada lado y otro en el centro de la conexión.

• Los RIMM de 326 pins tienen dos cortes en cada lado y uno en el centro de la conexión.

• Se utilizan con RDRAM y hoy en día se utilizan.

Memoria 188

184 pins vs 232 pins vs 326 pins

Mem

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189

Mapeo de la memoria lógica• Los primeros PCs tenían solamente 1Mb de memoria

direccionable. Utilizaban un procesador 8088 que solo podía ejecutar programas de 16 bits.

• Ya con la llegada del 286, se podía direccionar 16Mb de memoria.

• Cuando Intel sacó al mercado en 1985 el 386DX, primer procesador de 32 bits, la arquitectura del PC cambió drásticamente. Ahora ya se podían direccionar 4 Gb de memoria, pero solamente en un modo llamado “protegido” en el que sólo se podían ejecutar instrucciones de 32 bits. Este modo fue diseñado para sistemas operativos más avanzados, como Windows 9x, NT, 2000, XP, OS/2, Linux, Unix…

Mem

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190

Modo real y modo protegido• En el modo real sólo se podían direccionar 16

bits a pesar de tener una arquitectura de 32 bits, porque no había sistemas operativos ni otros aspectos que fueran capaces de controlar el direccionamiento de los 32 bits.

• En el modo protegido se podía direccionar toda la memoria, pero el problema es que, como su nombre indica, está protegido. Sólo puede acceder a esa memoria programas que estén controlados por el SO, como cuando hacemos simplemente doble click sobre un icono en Windows.

Mem

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191

Mapeo de la memoria lógica• Secciones de la memoria en un PC moderno:• Memoria convencional.• Zona superior.• Zona alta.• Memoria extendida.• Memoria expandida (obsoleta).• Memoria de vídeo RAM.• Memoria adaptada a ROM y propósito especial

de RAM .• ROM BIOS de la placa base.

Mem

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192

Áreas de memoria

Mem

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193

Memoria convencional

• En los primeros PCs la memoria convencional era de 1 Mb. de RAM, que se dividía en diferentes secciones, 512 Kb para arrancar el PC y otros 512 estaban reservados para otros aspectos.

• Más tarde, IBM decidió que la memoria reservada era suficiente con 384 Kb. y los 640 restantes se convirtieron en la memoria standard para ejecutar programas.

Mem

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194

Mapeo de memoria

Zona Superior

Mem

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195

Zona superior• La zona superior de memoria comprende los 384 Kb.

reservados del primer megabyte. Esta memoria tiene las direcciones desde A0000 hasta FFFF. Los 384 Kb se dividen de la siguiente manera:

• Los primeros 128 Kb. son la vídeo RAM. Está reservada para adaptadores de vídeo. Aunque las tarjetas gráficas de hoy en día superan con facilidad los 256 Mb., en la RAM sólo aparecen disponibles 128Kb., el resto es accesible por el procesador. Esta zona de memoria es la que utilizan las tarjetas VGA (Video Graphics Array Memory).

Mem

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196

Zona superior• Los siguientes 128 Kb. Están reservados para los

adaptadores de la ROM BIOS y Memoria Ram de propósito especial. En la ROM guarda datos que siempre estan presentes cuando se inicia el PC. El adaptador de vídeo de la BIOS controla la tarjeta de vídeo mientras el PC arranca y cuando se utilizan las VGA. Se controla el sistema mientras arranca.

• En la zona superior se cargan el controlador de disco duro y los controladores de SCSI (Small Computers System Interface). También se cargan los adaptadores de red.

Mem

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197

Memoria extendida• Aquí se cargan los programas que solamente pueden ser

ejecutados en modo protegido. Es básicamente toda la memoria que está después del primer megabyte explicado anteriormente.

• En 1987, Microsoft, Intel, AST Corporation y Lotus Development sacaron la XMS (Extended Memory Specification), que indicaba como tenían usar los programas la memoria extendida.

• En modo no protegido, sólo se puede acceder a la memoria extendida mediante la zona de memoria alta, que son los 64 primeros Kb menos 16 bytes de la memoria extendida desde el primer Mb.

Mem

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198

Prevenir conflictos y superposición de memoria en la BIOS• Para prevenir conflictos de memoria y superposición lo mejor

es tener varios adaptadores de placas base, que pueden cambiar la memoria de posición con “jumpers”, interruptores o “drivers”.

• Si tienes un sistema operativo de Plug and Play, puedes utilizar el “Device Manager”, con el que verás las características antes de realizar modificaciones.

Mem

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199

ROM “Shadowing”• La técnica de “shadowing” consiste en mover el código o datos

de la ROM a memoria RAM, para obtener una velocidad 4 o 5 veces más rápida.

• No es muy importante con un sistema operativo de 32 bits, porque solo utilizan los 16 bits para arrancar el sistema, y luego cargan los drivers de 32 bits en memoria extendida.

Mem

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200

Memoria instalada vs memoria utilizable

• No toda la memoria que tienes instalada es utilizable. Por ejemplo, si tienes un sistema con 16 Mb., que son 16.384 Kb., durante el arranque pone que tenemos 16.000 Kb, por lo que tenemos 384 Kb. De pérdida, porque en caso de ser utilizados, pueden tener conflictos de acceso.

CAPÍTULO 8:

• ARQUITECTURA DEL ALMACENAMIENTO SECUNDARIO:• CONTENIDO:

• Conceptos básicos• Características del Almacenamiento Secundario• Tipos de RAM y rendimiento• Módulos de memoria• Mapeo de la memoria lógica.

• Permite al computador registrar información en forma semipermanente

• Mas barato y de mayor capacidad que el almacenamiento primario

• No requieren el suministro continuo de energía para conservar la información almacenada

• Los dispositivos de almacenamiento secundario están en línea con el procesador

Almacenamiento secundario

• Capacidad de almacenamiento grande.• No se pierde la información al apagarse la computadora.• Altas velocidades de transferencia de información.• Mismo formato de almacenamiento que en memoria

principal.• Siempre es independiente del CPU y de la memoria primaria. • Para ser procesados por el CPU, los datos se almacenan en la

memoria secundaria y luego se llevan a la memoria principal.

Características del almacenamiento secundario

• Tipos de almacenamiento secundario• Almacenamiento magnético.• Almacenamiento óptico.• Almacenamiento magneto-óptico (híbrido, Disco magneto-

ópticos)• Almacenamiento electrónico o de estado sólido (Memoria

Flash)

Unidades y soportes de almacenamiento secundario

Dispositivos para almacenamiento no volátil.

Plataforma para el sistema de intercambio que usa el gestor de memoria virtual.

Son dispositivos electromecánicos (HARD DISK) u opto mecánicos (CD-ROM y DVD), se acceden a nivel de bloques por el sistema de archivos.

Disco Duro

Hay varios discos magnéticos colocados unos encimas de otros.

Están divididos en pistas y sectores.

Hay un brazo provisto de varias cabezas.

Las pistas están unas sobre otras en forma de cilindro.

Las capacidades de las pistas, cilindros y de las unidades de discos son:

1.- Capacidad de Pista 2.- Capacidad del Cilindro 3.- Capacidad de la Unidad

Estructura del disco duro

Parámetros de acceso

Algoritmos de planificación del disco

El SO es responsable de usar el hardware de forma eficiente.

El tiempo de acceso tiene dos componentes principales:• Tiempo de búsqueda: tiempo que tarda el brazo del

disco para mover las cabezas hasta el cilindro que contiene el sector deseado

• Ancho de banda: bytes transferidos / tiempo de transferencia

Objetivo: minimizar el tiempo de búsqueda, que es directamente proporcional a la distancia de búsqueda

Planificación del disco

Políticas de planificación

Algoritmos de Planificación• Variados: FIFO, SCAN, CSCAN, SSF, EDF, ….• Fundamentales para optimizar el acceso al disco.• Criterios de planificación:

• Optimizar el tiempo de búsqueda• Dar servicio determinista

• A continuación se estudian varios ejemplos usando la siguiente cola de peticiones:

98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67Se asume que las cabezas están en 53

queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53

0 1 4 37 53 6567 98 122124 183 199

planificación FcfS (FIFO)

FCFS (First come first server) Primera petición que llega primera que se sirve.En este sistema hay muchos desplazamientos, se mueve por muchos cilindros y tarda mucho tiempo, en tiempo de Búsqueda.

53 98 183 37 122 14 124 65 67

45 85 146 85 108 110 59 2 =

640cl.

planificación sstf

• Primero las peticiones que minimizan el movimiento de cabezas desde la posición actual

• La política SSTF es una variante de planificación de CPU con Shortest Job First (primero el más corto)

• Puede causar inanición de algunas peticiones• Idea: maximizar el ancho de banda del disco• La ilustración siguiente muestra el movimiento

total de las cabezas del disco: 236 cilindros

planificación sstfqueue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53

0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199

53 65 67 37 14 98 122 124 183

12 2 30 23 84 24 2 59 = 236 cl.

Es más rápido que el anterior pero puede llegar a aplazar indefinidamente una petición.

• El movimiento del brazo empieza siempre en un extremo del disco y continúa hasta el otro. Allí se cambia el sentido y se vuelve el otro extremo

• Idea: evitar desplazamientos atrás y adelante• Problema: puede retrasar mucho el servicio de algunas

peticiones si no se insertan adecuadamente dentro de las rodajas

• Movimiento total de cabezas en el ejemplo: 208 cilindros

planificación scan

planificación scanqueue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53

0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199

53 37 14 65 67 98 122 124 183

16 23 51 2 31 24 2 59 = 208cl.

planificación scan

• Variación del ascensor• Las cabezas se mueven de un extremo a otro del disco y luego

vuelven al principio• No se atienden peticiones mientras las cabezas vuelven a la

posición inicial• Tiempo de espera más uniforme que el ascensor normal• Trata los cilindros como una lista circular que enlaza el último

cilindro con el primero • El número es engañoso. Ir del último al primero se hace en un

único movimiento y tarda muy poco• Se usa frecuentemente

planificación c-scan

planificación c-scanqueue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53

0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199

53 65 67 98 122 124 183 14 37

12 2 31 24 2 59 169 23 = 322cl.

planificación c-scan

Cintas magnéticas

No brinda facilidad del acceso directoBuena para procesamiento secuencial de datosSon compactas, estables en diferentes condiciones ambientales y fáciles de almacenar y transportarEl espacio generalmente es menos costoso que el del disco.

• El acceso a las cintas es secuencial, no se requieren direcciones para identificar la ubicación de los datos.

• La posición lógica de un byte dentro del archivo corresponde directamente con su posición física relativa al inicio del archivo.

• Conjunto de pistas paralelas, cada una de las cuales es una secuencia de bits; y un byte como una sección de cinta de un bit de ancho. (MARCO)

Organización de Datos en Cintas

• Una cinta común tiene nueve pistas, y una de ellas se emplea para la paridad, para revisar validez de datos.

• Los marcos se agrupan en bloques de datos cuyos tamaños varían entre unos cuantos bytes y muchos kilobytes.

• La lectura de las cintas se realiza de bloque en bloque, no pueden parar y arrancar instantáneamente: bloques separados por huecos(no contienen información).

Las cintas se presentan en una diversidad de formas, tamaños y velocidades. Las diferencias de desempeño entre las unidades normalmente se miden en términos de tres cantidades:

• Densidad de la cinta: medida en BPI (bits por pulgada),desde 800 hasta 6250.• Velocidad de la cinta: 1.- La velocidad a la que pasa la cinta por la cabeza lectora grabadora cuando

se realiza la transferencia de datos se denomina velocidad de arrastre (Va). 2.- La velocidad de transferencia es una característica de cada unidad e

indica cuanta información puede leerse o grabarse por unidad de tiempo.• Tamaño del hueco entre bloques: Dos clases de espacios en blanco, llamados

gaps ( brechas) Interblock gap - entre dos bloques lógicos, separándolos. Interrecord gap - entre varios registros que al ser más anchos separan

entre sí a distintas grabaciones.

Existen dos contribuyentes especiales: los huecos entre bloques y los bloques de datos. Para cada bloque de datos hay un hueco entre bloques. Si se define

b = la longitud física de un bloque de datos, g = la longitud de un hueco entre bloques, y n = el número de bloques de datos,entonces el requerimiento de espacio s para almacenar el archivo es:

s = n x (b+g)El número de registros almacenados en un bloque físico se llama factor

de bloque.

Estimación de requerimientos de longitud de cinta

Datos Datos Datos Datos DatosHueco Hueco Hueco Hueco

• El papel que desempeñan los huecos entre bloques y los tamaños de los bloques de datos en la determinación de la densidad de grabado efectiva

• Densidad de grabado nominal y la velocidad con la que pasa la cinta por la cabeza de lectura y escritura.

tasa nominal = densidad de la cinta (bpi) * velocidad de la cinta (ips)

 Estimación de los tiempos de transmisión de datos

Si la información debe estar corriente en todo momento, el medio debe permitir acceso directo, las actualizaciones individuales se hacen de inmediato con tecnología relativamente barata y para almacenar y transportar archivos y datos fuera de línea, mientras no se requiera que estén disponibles de inmediato para procesamiento directo.

Aplicaciones de las cintas

• CD-ROM Discos de solo lectura: La información debe venir grabada de fábrica y es inalterable por el usuario.

• CD-R Discos de escritura y múltiples lecturas, WORM: Versátil para el usuario, permite grabar un disco

virgen por una única vez y leerlo múltiples veces. Se basa en dos haces láser, uno de alta potencia para grabar la información y otro de baja para recuperar la información una vez grabada.

• CD-RW Discos de múltiples escrituras y lecturas. De múltiples lecturas y escrituras, WM RM; cambio de propiedades ópticas de un material especial que es sensible a campos magnéticos o láser, la información contenida en el disco es permanente por no rozar la cabeza de lectura sobre la superficie del disco y permite la posibilidad de actualizar información contenida en él todas las veces que sea necesario.

Utilización de un haz de láser para la lectura de la información.DISCOS OPTICOS: la información se graba de forma secuencial

como si fuera una cinta magnética, espira que comienza en el extremo interior (centro) del disco y acaba en el extremo externo. Densidades elevadas(100 Mbytes por pulgada o 15.000 pistas por pulgadas frente a las 9 pistas por pulgada de los discos flexibles.)

Alta capacidad, fiabilidad y su resistencia relativa a los arañazos, a la suciedad, y a los efectos de los campos magnéticos.

Almacenamiento óptico

• DVD+/-R Discos de capacidad de 4.5GB, hasta 9.4GB, de escritura y múltiples lecturas, se destacan por su altísima capacidad de almacenamiento: desde 4.7 a 18 GB, permiten almacenar dos horas de vídeo de alta calidad, con pistas de datos y sonido estéreo, tiene un espesor de 1.2 mm y usa un único substrato de grabación.

• DVD+/-RW Discos de capacidad de 4.5GB, hasta 9.4GB, de múltiples escritura y múltiples lecturas.

• Blu Ray Tecnología de disco de alta densidad, desarrollada por Sony. Ganó la contienda, por ser el nuevo estándar contra su competidor el HD-DVD (DVD de Alta Definición), hace uso de un laser con una longitud de onda "Azul", en vez de "Roja", tecnología demostrado mucho más rápida y eficiente.

• El disco de un CD-ROM está fabricado sobre un substrato de policarbonato, que le confiere una gran flexibilidad y robustez, recubierto por una lámina reflectante de aluminio.

• Sus dimensiones físicas son las siguientes: 120 milímetros de diámetro total. 15 milímetros de diámetro del agujero central. 1'2 milímetros de grosor.

• El disco contiene una pista en espiral que empieza en el centro del disco y termina en la parte exterior del mismo. Esta pista tiene una anchura de unas 0,6 micras (0,0000006 metros), estando separadas las vueltas adyacentes 1,6 micras (0,0000016 metros).

Características básicas:

• Poseen una pista en espiral a lo largo de todo el disco, estando su estructura dividida en sectores lineales consecutivos de la misma longitud: sus tiempos de acceso se alargan de forma considerable con respecto a un disco magnético

• Los datos se almacenan dentro la pista en espiral, la cual tiene numerosos agujeros en toda su longitud, denominados hoyos, entre los que existen zonas planas también denominadas mesetas o lands.

• La pista en espiral donde se encuentran los datos, está dividida en sectores de la misma longitud. Empezando desde el interior del disco hacia el exterior, se van numerando los sectores de forma correlativa: sector 0, sector 1, sector 2, etc.

• En los Discos Ópticos de datos existen bytes destinados a detección y corrección de errores.

Organización de la información.

• Los CDs contienen espirales divididas en 270.000 sectores y con una duración de 60 minutos

• La capacidad de almacenamiento de un CD puede ser variable, dependiendo del número de sectores que posea el disco y de si se emplean los espacios reservados para la detección y corrección de errores para almacenar datos o no.

Capacidad de almacenamiento.

CDLECTURA DE DATOS

Almacenamiento Secundario

RAIDALMACENA EN DISCO DUROSTRIPING (BANDEADO – O - CREACION DE BANDA )

Sistema de Almacenamiento Masivo

POSIVILIDAD CON LOS DISCOS HOT SWAP

RECONSTRUCCION Y REGENERACION

LECTURA Y ESCRITURA COMPARTIDA

VENTAJAS DE UN RAID

• NIVEL 0 = conocido como separación o fraccionamiento

NIVELES DE RAID

• NIVEL 1 = llamado “mirroring”• Crea una copia exacta en ambos discos

Raid

• NIVEL 2 = detecta y corrige errores

• NIVEL 3 = tasas de alta transferencia

• NIVEL 4 = basa su tolerancia al fallo

• NIVEL 5 = ofrece tolerancia al fallo

RAID