sistemas operacionais conceitos de hardware e software

Sistemas Operacionais

Conceitos de Hardware e Software

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

• Hardware– Processador, memória principal, cache e memória

secundária

– Dispositivos de E/S e barramento

– Pipelining e arquiteturas RISC e CISC

– Análise de desempenho

• Software– Tradutor, interpretador e linker

– Loader e depurador

– Interpretador de comandos e linguagem de controle

– Ativação/desativação do sistema

CONCEITOS BÁSICOS

HARDWARE

• Sistema computacional

M em óriaPr in cip a l

D ispo sitivo sd e E/ S

Processad o r / U C P

U n id ad e Lóg icae A ri tm ética

Reg istra do res

U n id ad e deC on tro le

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

PROCESSADOR

• Unidade Central de Processamento (UCP)• Unidade de Controle (UC)• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)• Clock• Registradores

– CI ou PC– AP ou SP– PSW (registrador de status)

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

MEMÓRIAS

• Memória PrincipalÉ a memória “real” onde são armazenados instruções e dados.

• Memória Cache É uma memória volátil de alta velocidade.

• Memória SecundáriaÉ o meio permanente de Armazenamento

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

MEMÓRIA PRINCIPAL COM 64 Kbytes

célu la = 8 b its

end

ereç

os

0

2 - 116

2

1

i n s t r u ç ã o o u d a d o

Vide Tabela 2.1 Ciclo de leitura e gravação

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

RELAÇÃO ENTRE OS DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO

m a io rca pa cid ad e d e

a rm a zena m en to

m a io r custo evelocida ded e acesso

M em ória Secu nd á r ia

M em ór ia C ache

M em ória Pr in cip a l

Reg istrad o res

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

BARRAMENTO

O barramento ou Bus é um meio de comunicação compartilhado, permite a comunicação entre as unidades funcionais de um sistema computacional.

São classificados em 3 tipos:

Processador-memóriaProcessador-memória Barramento de I/OBarramento de I/O Barramento de BackplaneBarramento de Backplane

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

BARRAMENTO PROCESSADOR-MEMÓRIA

• Curta extensão e alta velocidade•Otimiza a transferencia de informação (processador x memória)

BARRAMENTO DE ENTRADA E SAIDA• Longa extensão e baixa velocidade• Permite a conexão de diferentes dispositivos

BARRAMENTO DE BACKPLANE• Utiliza um “Terceiro” Barramento• Para sistemas de alto desempenho

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

BARRAMENTO S: PROCESSADOR-MEMÓRIA E DE E/S

Barram ento processa dor -m em ória

Ba

rra

me

nto

de

E/S

Ba

rra

me

nto

de

E/S

A da ptado r A da ptado r

M em ó r iaPr in cip a l

U C P

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

BARRAMENTO DE BACKPLANE

Barram ento processa dor -m em ória

Ba

rra

me

nto

de

E/S

Ba

rra

me

nto

de

E/S

A da ptado r A da ptado r

M em ó r iaPr in cip a lU C P

A da ptado r

Ba

rra

me

nto

de

ba

ckp

lan

e

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

PIPELINING

•É a técnica que permite ao processador executar múltiplas instruções paralelamente em estágios diferentes.

•Pode ser empregada em sistemas com um ou mais processadores

•É a técnica de paralelismo mais utilizada

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

PIPELINING ( 4 estágios)

U nida de de b usca d ainstru çã o

P1 P4P3P2

A na lisad o rd a

instru çã o

U nida de de b usca d os

d ado s

U nida de de execu ção da

instru çã o

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4

P1

P2

P3

P4

tem po

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

ARQUITETURAS RISC e CISC

RISC

Poucas Instruções e simples Instruções executadas diretamente pelo hardware Na maioria das instruções, a mem.principal não é acessada

VantagensVantagens

Ganho de velocidade E facilidade de pipelining

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

ARQUITETURAS RISC e CISC

CISC

Instruções Complexas Instruções interpretadas por microprogramas Qualquer instrução acessa a mem.principal

DesvantagensDesvantagens

Menor velocidade Pipelining mais dificil

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

MÁQUINA DE NÍVEIS

U ti ltá rio s

C ircu ito s Eletrô n ico s

M icro p ro gram a çã o

Lin gu ag em d e M áq u in a

Arq

uit

etu

raR

ISC

Sistem a O p eracio n a l

A p l ica tivo s

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

RISC & CISC

Arquitetura RISC Arquitetura CISC

Poucas Instruções Muitas Instruções

Instruções executadas pelo Hardware Instruções executadas por microcódigo

Instruções com formato fixo Instruções com diversos formatos

Instruções utilizam poucos ciclos de máquina

Instruções utilizam Múltiplos ciclos

Instruções com poucos modos de endereçamento

Instruções com diversos modos de endereçamento

Arquitetura com muitos registradores Arquitetura com poucos registradores

Arquitetura pipelining Pouco uso da técnica de pipelining

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

SOFTWARE

Conjunto de programas utilizado como interface entre as necessidades do usuário e a capacidade do hardware.

• Tradutor• Interpretador• Linker• Loader• Depurador

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

TRADUTOR

• Traduz de a representação simbólica em código de máquina.• É gerado um módulo pelo tradutor, chamado módulo-objeto, (na maioria das vezes não pode ser executado, depende de chamadas

externas “linkers”)

• Dependendo do programa-fonte são gerados 2 tipos de módulos-obejto:

• Montador - Traduz o programa fonte em não-executável• Compilador - Traduz o programa fonte em executável

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

TRADUTOR : MONTADOR & COMPILADOR

p rog ram a fon te p rog ram a ob jetoTrad u to r

C om pila do r

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

INTERPRETADOR

• É considerado um tradutor que não gera módulo-objeto

• Exemplo: Basic

•Maior desvantagem: Tempo gasto na tradução do programa toda vez que for utilizado.

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

LINKER

• Utilitário responsável por gerar, a partir de um ou mais módulos-objeto, um único executável.• outra função: realocação, determina qual a região de memória o programa será carregado.

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

LOADER

• Carregar na memória principal um programa para ser executado • Loader absoluto – conhecer apenas o endereço de memória inicial e o tamanho do módulo

• Loader relocável – Pode ser carregado em qualquer posição de memória.

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com

DEPURADOR

• Permite acompanhar a execução de um programa e detectar erros

• Visualização e alteração de variáveis

• Breakpoints (pontos de parada)

• Watchpoints (alteração de variáveis)

Prof. Fabiano Sabha | www.fabianosabha.com.br | fsabha@gmail.com