Ser una unidad con alto prestigio académico, con eficiencia, transparencia y calidad en la educación, organizada en sus actividades, protagonista del

progreso Regional y Nacional.

Formar profesionales en el campo de la Ciencias Informáticas, que con honestidad, equidad y solidaridad, den respuesta a las necesidades de la

sociedad elevando su nivel de vida.

Estefanía Delgado Chavarría y Ana Laura Ponce

OPERACIÓN

DE LOS

SISTEMAS DE

CÓMPUTO

Está compuesto de un CPU y varios manejadores de dispositivo conectados mediante un bus común, que proporciona acceso a la memoria compartida.

• Cada controlador esta a cargo de un tipo especifico de dispositivos(unidades de disco, elementos de audio y pantallas de video).

Para que un computador encienda necesita tener un programa inicial que ejecutar o programa de arranque inicial, tiende a ser sencillo e inicializa todo los aspectos del sistema desde los registros de la CPU y los controladores de dispositivos, hasta los contenidos de memoria.

Puede activar una interrupción ejecutando una

operación especial denominada

llamada al sistema (LLAMADA AL

MONITOR).

Puede activar una interrupción en

cualquier momento enviando una señal a la CPU con frecuencia mediante el bus del

sistema.

Cuando se interrumpe el CPU, se detiene lo que esta haciendo y de inmediato transfiere la ejecución a una localidad fija. La interrupción debe transferir el control a la rutina de servicio apropiada.

Las interrupciones son parte importante en la arquitectura de una computadora.

La localidad fija comúnmente contiene la dirección inicial de al rutina de servicio para la interrupción. La rutina de la interrupción se ejecuta al terminar, la CPU continua la tarea interrumpida

La interrupción debe transferir el control a la rutina de servicio apropiada. El método directo

para el manejo de esta transferencia consiste en invocar a una rutina genérica para que

examine la información de interrupción; esta rutina a su vez llama al manejador específico de

la interrupción.

La rutina de interrupción se invoca entonces de manera

indirecta a través de la tabla, sin que se necesite una rutina intermedia. Este arreglo de

direcciones, o vector de interrupción se maneja por medio de un índice basado en un numero de dispositivo único, el cual se da con la solicitud de la interrupción,

para proporcionar la dirección de la rutina del servicio para el dispositivo que activa la

interrupción MS-DOS y UNIX despachan las interrupciones de

esta manera.

En las arquitecturas más recientes se

almacena la dirección de retorno en la pila

del sistema.

Después de que se da servicio a la

interrupción la dirección de retorno guardada se carga en el contador de programa y la operación interrumpida continúa

como que si la interrupción no hubiera

ocurrido.

Los sistemas operativos modernos son activados por interrupciones. Una

trampa es una interrupción generada por el Software, debida a un error por ejemplo división por cero o un

acceso invalido a la memoria.

Por cada tipo de interrupciones los

distintos segmentos de código en el

sistema operativo determinan que

acción debe tomarse.

Maryurie López

EJEMPLO

EJEMPLO

Jennifer Intriago y César Villavicencio

Una interrupción es una suspensión temporal de la ejecución de un programa, para pasar a ejecutar una subrutina de servicio de interrupción, la cual, por lo general, no forma parte del programa (generalmente perteneciente al sistema operativo, o al BIOS). Luego de finalizada dicha subrutina, se reanuda la ejecución del programa. Las interrupciones surgen de las necesidades que tienen los dispositivos periféricos de enviar información al procesador principal de un sistema de computación.

Esta situación ocurre como resultado de un proceso de usuario solicitando una operación de E/S, hay 2 caminos a seguir:

Proceso solicitante En espera

Manejador de dispositivo

Manejador de interrupciones

Hardware Transferencia

de datos

Proceso solicitante En espera

Manejador de dispositivo

Manejador de interrupciones

Hardware Transferencia

de datos

1) En el caso mas simple, se inicia la operación de E/S, luego al

terminarla, el control se regresa al proceso del usuario, es conocido

como E/S síncrona.

2) La otra posibilidad, determina E/S asíncrona, regresa el control al

programa de usuario sin esperar que se complete la operación de E/S.

La espera de la terminación de la operación de E/S pueden efectuarse de dos formas: La instrucción WAIT pone en estado inactivo La instrucción LOOP un ciclo de espera

La principal diferencia es , que cuando se inicie una tarea síncrona se debe terminar para empezar otra, mientras que la asíncrona se pude pausar una tarea y mientras realizas otras.

Jonathan Zamora y Gabriel Moreira

• DMA significa Acceso Rápido a la Memoria.

• Se refiere a que el controlador del dispositivo transfiere un bloque completo de datos directamente desde su propio buffer a la memoria, o viceversa, sin intervención de la CPU.

• Permite a cierto tipo de componentes de ordenador acceder a la memoria del sistema para leer o escribir independientemente de la CPU principal, en otras palabras permite a dispositivos de diferentes velocidades comunicarse sin someter a la CPU a una carga masiva de interrupciones.

Leidy Macías y Karina Hidrovo

Estructura de almacenamiento

Los programas deben estar en la memoria principal (RAM) para ser ejecutados, ésta se implementa con una tecnología de semiconductores llamada DRAM, que forma un arreglo de palabras en la memoria, cada palabra consta con su propia dirección.

La interacción a direcciones específicas de la memoria se logra mediante una secuencia de instrucciones

Cargas LOAD

Almacenamiento STORE

Mueve una palabra desde la memoria principal a un registro interno dentro de la CPU

que son

Mueve el contenido de un registro a la memoria principal.

Un ciclo típico de instrucción-ejecución en un sistema con arquitectura Von Neumann primero:

Trae una instrucción de la memoria y la almacena en el Registro de instrucción

Esta instrucción es decodificada, pudiendo hacer que se traigan operandos de la memoria y que se almacenen en un registro interno

Luego de que se ejecuta la instrucción sobre los operandos, este resultado puede ser almacenado nuevamente en la memoria

Desearíamos que los programas y los datos residan en la memoria principal de forma permanente, pero esto no es posible por las siguientes dos razones:

proporcionan

Almacenamiento secundario

como El requerimiento fundamental

es

Que sea capaz de retener grandes cantidades de datos de manera permanente

Una extensión de la memoria principal

Disco magnético

El cual puede almacenar programas y datos.

Hasta que se cargan a la memoria

El más común

José Daniel Mendoza

Jonathan Oswaldo Urdánigo

Para que exista un acceso adecuado a los dispositivos de E/S, en muchas computadoras de manejan las operaciones con mapeo de memoria. Este método es apropiado para dispositivos que tienen tiempos de respuesta cortos, como los controladores de video.

La memoria principal y los registros incorporados en el procesador son los únicos medios a los que la CPU puede acceder de manera directa. Por lo que, cada instrucción en ejecución, y cada dato que esté siendo utilizado, debe estar en alguno de los dispositivos de almacenamiento de acceso directo. Si los datos no están en la memoria, deben ser transferidos ahí antes de que la CPU pueda operar sobre ellos

Las operaciones de E/S con mapeo en memoria también son adecuadas para otros dispositivos, como los puertos en serie y paralelos empleados para conectar el modem o la impresora a la computadora. La CPU transfiere datos a través de estos dispositivos leyendo y escribiendo algunos registros del dispositivo, que se denominan puerto de E/S.

.

• Para enviar una cadena larga de byte a través de un puerto en serie con mapeo en memoria, la CPU escribe un byte de datos en el registro de datos

. • Luego se activa un bit en el registro de control para

señalar que el byte está disponible.

.

• El dispositivo toma el byte de datos, y luego apaga el bit en el registro de control para señalar que esta listo para el siguiente dato.

Luego, la CPU puede transferir el siguiente byte. Si la CPU emplea un escrutinio para vigilar el bit de control, dando vueltas constantemente para ver si el dispositivo está listo, este método de operación se denomina operación de E/S programada (programmed I/O, PIO). Si la CPU no hace un escrutinio del bit de control, sino que en su lugar recibe una interrupción cuando el registro está listo para el siguiente byte, la transferencia de datos se dice que es activada por interrupciones.

A la memoria principal se accede mediante una transacción sobre el bus de la memoria. Los accesos a la memoria pueden tomar muchos ciclos para completarse, en cuyo caso el procesador necesita detenerse, ya que no tiene los datos requeridos para completar la instrucción que está ejecutando. Esta situación es intolerable debido a la frecuencia de los accesos a la memoria. El remedio consiste en agregar una memoria rápida entre la CPU y la memoria principal.

Ingrid Cedeño y Karol Manrique

Mayor parte de almacenamiento secundario.

Diámetro del plato del disco (1.8 a 5.25 pl.) La información se almacena grabando magnéticamente en los platos.

Una cabeza de lectura-escritura. Las cabezas están unidas a un brazo de disco, el cual mueve todas las cabezas como una unidad.

La superficie del plato está dividida en pistas circulares, las cuales se dividen en sectores. El conjunto de pistas forman un cilindro.

Una unidad de disco está conectada por un bus de E/S. Las transferencias de datos se llevan a cabo de controladores.

La tasa de transferencia es la tasa a la cual los datos fluyen entre la unidad y la computadora.

El tiempo de posicionamiento (tiempo de acceso aleatorio) consta de tiempo aleatorio, tiempo de búsqueda y latencia rotacional.

Para realizar una operación de E/S a disco, la computadora coloca un comando en el controlador anfitrión, empleando puertos de E/S mapeados en memoria.

Carlos Javier Sornoza

Marcos Antonio Menéndez

Registros

Caché

Memoria Principal

Disco electrónico

Disco magnético

Disco óptico

Cintas magnéticas

V

O

L

Á

T

I

L

E

S

N

O

V

O

L

Á

T

I

L

E

S

Jaqueline y Jessenia

El almacenamiento en cache es un principio importante en los sistemas de cómputos.

La información se mantiene normalmente en algún sistema de almacenamiento como la memoria Principal. A medida que se utiliza, se copia en un sistema de almacenamiento mas rápido - LA CACHE bajo una base temporal.

También existen caches que se implementan totalmente en hardware.

No tomamos estas caches que son solo del tipo de hardware

ya que están fuera del control del sistema operativo.

Debido a que las caches tienen un tamaño limitado, la administración de la cache es un problema de diseño

importante.

En el nivel mas alto, el sistema operativo puede mantener en la memoria principal una cache de datos del sistema de archivos.

Asimismo , los discos RAM electrónicos también conocidos como disco de estado solido pueden ser usados para almacenamiento de alta velocidad, y que se accede mediante

la interfaz del sistema de archivos. El grueso del almacenamiento secundario se encuentra en discos magnéticos, el cual, a su vez se respalda en cintas o en discos removibles como protección contra la perdida

de datos en caso de una falla del disco duro.

El movimiento de información entre los niveles de una jerarquía de

almacenamiento puede ser explicito o implícito, dependiendo del diseño del hardware y del software de control del

sistema operativo.

POR EJEMPLO

Generalmente la transferencia de datos desde la cache a la CPU y los

registros es una función de hardware, sin intervención del sistema operativo

Por, lo contrario, la transferencia de datos del disco a la memoria

normalmente se controla por el sistema operativo.

María Fernanda Arévalo

En una estructura jerárquica de

almacenamiento, los mismos datos

pueden aparecer en diferentes niveles

del sistema de almacenamiento.

La situación se vuelve más complicada en un entorno de multiprocesadores en

donde la CPU también contiene una

cache local. Esto se denomina

Coherencia de Caches y por lo regular

es un problema de hardware.

Debido a que las diversas CPU

pueden ejecutar de manera

concurrente, debemos asegurarnos

que una actualización en una cache

se vea reflejado de inmediato en las

otras caches. A todo esto seles

denomina Coherencia de cahes

La coherencia de cache hace referencia a la integridad de los datos almacenados en las caches locales de los recursos compartidos. La coherencia de la cache es un caso especial de la coherencia de memoria.

La coherencia de la cache intenta administrar conflictos y mantener consistencia entre las caches y la memoria.

Gema Patricia Calderón Paredes

La multiprogramación mejoro la utilización del sistema pero esto incremento problemas. Cuando había un error en un programa, todos los demás se veían afectados, por esto la computadora debe ejecutar solo un proceso a la vez.

El hardware detecta muchos errores de programación

Estos errores son maneja el sistema operativo

¿Y si falla un programa?

El hardware activa una trampa

La trampa transfiere el control mediante un vector de interrupción al sistema operativo.

Este cierra anormalmente el programa

Se proporciona un mensaje de error y se puede hacer un vaciado en la memoria del programa.

Jesús Alberto Cedeño

El modo dual de operación proporciona los medios para proteger al sistema operativo de usuarios errantes, y a los usuarios errantes entre sí. Se logra esta protección designando como instrucciones privilegiadas a algunas de las de la máquina que pueden causar daño. El hardware permite que las instrucciones privilegiadas se ejecuten sólo en modo de monitor. Si se intenta ejecutar una instrucción privilegiada en modo de usuario, el hardware trata a la instrucción como ilegal y activa una trampa al sistema operativo.

Un bit denominado bit de modo, se agrega al hardware de la computadora para indicar el modo en que está operando: monitor(0) o de usuario(1).

La falta de un modo dual puede provocar serias deficiencias en un sistema operativo.

Las versiones más recientes y avanzadas de CPU de Intel, como Pentium, proporcionan una operación en modo dual. Como resultado, los sistemas operativos más recientes como Windows NT y OS/2 de IBM aprovechan esta característica y proporcionan mayor protección al sistema operativo.

Rafael Basurto

• Un programa de usuario puede alternar la operación normal del sistema emitiendo instrucciones de entrada y salida accediendo a localidades de memorias dentro del sistema operativos.

• Para impedir que un usuario realice operaciones de E\S ilegales se define que todas las instrucciones sean privilegiadas.

• De esta forma los usuarios no pueden emitir instrucciones.

• Si la computadora se ejecuta en modo usuario cuando ocurra una interrupción o trampa se cambiara a modo monitor saltando la dirección determinada en el vector de interrupción.

Mario Naula Guznay

• Deberá de proveer protección a la memoria al menos para el vector de interrupciones y a las rutinas de servicio de interrupción.

• Con el objeto de proteger a la memoria, se ha agregado dos registros que determinen el rango de direccionamiento legal que un programa pueda accesar:

• Registro de base.- Contiene la dirección física legal mas pequeña de la Memoria.

• Registro límite.- Posee el tamaño del rango

La protección * mediante * Hardware CPU * comparando * cada dirección…

Cuando se ejecuta en modo monitor, el SO tiene acceso no restringido a ambas áreas de memoria: la del monitor y la del usuario.

Las instrucciones de carga para los registros: base y límite son instrucciones privilegiadas.

Darwin Leonardo Chávez Lucas

• Timer ( Cronometro)– interrumpe a la computadora después de un periodo especifico para asegurar que el sistema operativo mantiene el control.

– El cronometro es decrementado en cada tick del reloj.

– Cuando el cronometro alcanza el valor 0, una interrupción

ocurre.

• El cronometro es comúnmente utilizado para implementar Tiempo Compartido.

• El cronometro también es usado para computar el tiempo actual.

• La carga del cronometro es una instrucción privilegiada.

Mendoza Ponce Henry Andrés

El desarrollo de la multiprogramación y el tiempo compartido, donde los

recursos del sistema de computo se comparten entre muchos diferentes

programas y procesos

Para mantener el control existe el modo dual( modo usuario y

modo de monitor).

Este esquema soporta el concepto de instrucciones privilegiadas

Las halt es privilegiada; un programa nunca podrá detener la computadora.

La operación de apagar y encender; ya que las operaciones del temporizador y de las

operaciones de entrada y salida dependen de la habilidad de responder correctamente a las

interrupciones

Instrucciones privilegiadas

Como las operaciones de E/S son privilegiadas el usuario debe pedir

al monitor que la realice por el.

A esta solicitud se la conoce como llamada al sistema(

también llamada al monitor o llamada a función del sistema

operativo).

La llamada a sistema tiene por lo general forma de una trampa con referencia a una localidad especifica

del vector de interrupción.

Doris Solórzano García Moreira Luis Miguel

• Un sistema de computación moderno consiste de uno o más procesadores, memoria principal, relojes, terminales, discos, interfaces de red y otros dispositivos de entrada/salida.

• Sin embargo, hardware sin software es simplemente inútil. Para que una computadora empiece a funcionar necesita tener un programa iniciar que ejecute

• El programa de arranque debe saber como cargar el sistema operativo y empezar ejecutar dicho programa.

• Cuando se interrumpe a la CPU, esta detiene lo que esta haciendo y de inmediante transfiere la ejecución a una localidad fija.

• La ocurrencia de un evento generalmente esta esta señalada por una interrupción, ya sea del hardware o del software

• Las interrupciones son una parte importante de la arquitectura de una computadora.

ESTRUCTURA DE LOS

SISTEMAS DE COMPUTO

Un sistema moderno de computo de propósito general esta compuesto de una CPU y varios manejadores de dispositivos conectados mediante un bus común que proporciona acceso a la memoria compartida. La CPU y los manejadores pueden operar de manera concurrente compitiendo por ciclos de la memoria. Que asegura un acceso ordenado a la memoria compartida.

Para que una computadora comience a funcionar se necesita un programa inicial que ejecutar a este programa se lo llama programa de arranque inicial (bootstrap) este inicializa todos los aspectos del sistema, desde los registros de la CPU. El software puede activar una interrupción ejecutando una operación denominada llamada al sistema o llamada al monitor

La interrupción debe transferir el control a la rutina de servicio apropiada la rutina de interrupción se invoca entonces de manera indirecta a través de la tabla sin que necesite una rutina intermedia. La arquitectura de interrupciones debe guardar la dirección de las instrucciones interrumpidas . Muchos diseños antiguos solo almacenaban la dirección de la interrupción en una localidad fija o en una localidad cuyo índice esta determinado por el numero de dispositivos

Xavier Cedeño

Estructura de E/S

Un controlador de dispositivo mantiene un almacenamiento de buffer local y un conjunto de registros de propósito especial. El controlador es responsable de mover los datos entre los dispositivos periféricos que controla y su buffer local.

Un sistema de computo consta de un CPU y varios controladores de dispositivo que están conectado mediante un bus común

Diego Avilez Macías

Interrupciones de E/S

Para inicial una operación de E/S la CPU carga los registros

apropiados dentro del manejador de dispositivos. A su vez el

controlador examina los contenidos de estos registros para determinar que acción

tomar.

Una vez que inicia la operación de E/S hay dos caminos a

seguir.

Se inicia la operación de entrada y salida luego al

terminar el control se regresa al proceso

usuario, es conocido E/S síncrona

Regresa el control al programa del usuario sin esperar que se complete la operación de E/S, es

conocida como asíncrona

Interrupciones de E/S

Marco Merchán

DIRECT MEMORY ACCESS ACCESO DIRECTO A MEMORIA

La estructura DMA permite a cierto tipo de componentes de ordenador acceder a la memoria del sistema para leer o escribir independientemente de la CPU principal. Muchos sistemas hardware utilizan DMA, incluyendo controladores de unidades de disco, tarjetas gráficas y tarjetas de sonido. DMA es una característica esencial en todos los ordenadores modernos, ya que permite a dispositivos de diferentes velocidades comunicarse sin someter a la CPU a una carga masiva de interrupciones.

Una transferencia DMA consiste principalmente en copiar un bloque de memoria de un dispositivo a otro. En lugar de que la CPU inicie la transferencia, la transferencia se lleva a cabo por el controlador DMA. Un ejemplo típico es mover un bloque de memoria desde una memoria externa a una interna más rápida. Tal operación no ocupa al procesador y como resultado éste puede ser planificado para efectuar otras tareas. Las transferencias DMA son esenciales para aumentar el rendimiento de aplicaciones que requieran muchos recursos.

Jean Carlos Macías

Los programas deben estar en la memoria principal(RAM) para ser ejecutadas, es la única área grande de almacenamiento a la q el procesador tiene acceso directamente.

Un ciclo de instrucción – ejecución, puesto en marcha en un sistema con arquitectura Von Neumann, primero traerá una instrucción de la memoria y lo almacenara en el registro de instrucción.

La instrucción es decodificada y puede hacer que se traigan operandos de las memoria y se almacenen en un registro interno.

Después, el resultado puede ser almacenado nuevamente en la memoria.

Idealmente, desearíamos que los programas residieran en la memoria principal de manera permanente.

Este arreglo no es posible por las siguientes razones:

1. La memoria principal por lo general es demasiado pequeña para que pueda almacenar todos los programas y datos.

2. Es un dispositivo de almacenamiento volátil que pierde su contenido cuando se interrumpe la energía de alguna manera.

Por lo tanto, la mayoría de los sistemas de computo proporcionan un almacenamiento secundario como una extensión de la memoria principal.

El dispositivo de almacenamiento secundario mas común es el Disco Magnético .

Muchos programas utilizan el disco como fuente y como destino de la información para su procesamiento.

Existen también la memoria caché, el CD-ROM, las cintas magnéticas, etc.

Cada sistema proporciona las funciones básicas de un dato y de mantención de dicho dato.