Sistemas Operativos I

CPU

• Es un chip• Cerebro del computador• Procesador

• Los objetivos de la CPU son– Captar instrucciones– Interpretar instrucción– Captar datos– Procesar datos– Escribir datos– Intercambia datos con la memoria (registros)

Vista del procesador

General Interna

Funcionamiento

Flujo de datos, ciclo captación

tx = unidad de

tiempo/ciclo de reloj)

()= denota “el contenido de”

• t1: MAR <- (PC)• t2: MBR <- (memoria)

PC <- (PC) +1• t3: IR <- (MBR)

• t1: MAR <- (PC)• t2: MBR <- (memoria)• t3: PC <- (PC) +1

IR <- (MBR)

Evolución del Procesador

4bits

8bits

16bits

32bits

64bits

32bits

32bits

64bits

Núcleo:

• Parte del procesador que realiza las actividades de un CPU Real

Chipset:

• Circuitos Integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea

Interrupciones

• Una interrupción es la suspensión de la secuencia normal de ejecución de un proceso.

• Permite mejora la eficiencia del procesamiento.• Permite que el procesador ejecute otras instrucciones

mientras que una operación de I/O está en proceso.• Es la suspensión de un proceso causado por un

acontecimiento externo a ese proceso y ejecutado de tal forma que el proceso pueda ser reasumido más adelante.

Tipos de Interrupciones• De Programa. Generadas por la ejecución de alguna instrucción tales

como:– Overflow (desbordamiento aritmetico)– Division por zero– Intento de ejecutar una instrucción ilegal de la máquina– Referencia fuera del espacio de memoria permitido para el usuario

• De Reloj. Generadas por el reloj interno del procesador (funciones regulares)

• De E/S. Generadas por el controlador de E/S, para indicar termino de E/S, condiciones de error.

• Por falla de Hardware. Error de paridad, falta de energía.

Vector de InterrupcionesVector Uso

0 Error:  División por cero1 Excepciones para depuración (ejecución paso a paso)2 Interrupción no enmascarable3 Punto de ruptura interrupción (Instrucción INT)4 Desbordamiento ("Overflow"); utilizado cuando un cálculo aritmético se desborda.  Instrucción INTO5 (reservado)6 Código de instrucción no válido7 Coprocesador no disponible8 Fallo doble9 (reservado)10 TSS no válido11 Segmento no disponible12 Excepción de pila13 Protección general14 Fallo de página15 (reservado)16 Error de coprocesador

17-31 (reservado)32-255 Disponibles para interrupciones enmascarables

Administración de Interrupciones

• Es un programa que determina la naturaleza de la interrupción y ejecuta la acción que sea necesaria.

• El control es transferido a este programa.• Por lo general es parte del S.O.• Se denomina Rutina de Servicio de Interrupciones (ISR: Interrupt service routine) (interrupt handler).• El proceso que es interrumpido no debe de tener algo en

especial, esta función es responsabilidad total de la ISR

Transferencia de Control

..............

..............

..............

..............

..............

..............

..............

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

i. .............i+1 ..................m ............

ISRProceso actual

Interrupción

Tratamiento de una InterrupciónEl controlador del dispositivo u otro

sistema del hardware genera una interrupción

El procesador carga el nuevo valor del PC dependiendo de la

interrupción

El procesador inserta la PSW y el PC en la pila

El procesador finaliza la ejecución de la

instrucción en curso

El procesador acusa el recibo de la interrupción

Restaurar los valores anteriores de PSW y

PC

Interrupción del proceso

Salvar el resto de la información de estado

del proceso

Restaurar la información de estado

del proceso

Hardware

Software

Interconexión con Buses

• Un bus es un mecanismo de interconexión entre distintas unidades funcionales

• Medio de transmisión compartido• Está compuesto por varias líneas donde cada línea es

capaz de transmitir señales binarias “1” o “0”• El bus principal es el “Bus del sistema” que conecta

CPU con memoria y con módulos de E/S

Estructura del BusLíneas/bus de datos: camino para transferir datosentre el resto de componentes de un computador.Su anchura (número de líneas eléctricas) suele seruna potencia de dos (8=2^3, 16=2^4, 32=2^5, 64=2^6, ...).Líneas/bus de direcciones: designan laposición/dirección de los datos. Son salidas de laCPU/procesador y determinan capacidad dedireccionamiento.Líneas/bus de control: controlan el acceso y uso delas líneas/buses anteriores.

Elementos de diseño del busTipos de buses Las líneas de los buses se dividen en:

Dedicadas.- Usa líneas separadas para direcciones y datos Multiplexadas.-Usa las mismas líneas

Método de arbitraje.- el control del bus puede necesitar mas de un módulo

Centralizado.- Un único dispositivo asigna tiempos en el bus Distribuido.- Cada módulo puede controlar el acceso al bus

Temporización.- forma de controlar los tiempos en el bus

Sincrónico.- la presencia de un evento está determinada por la presencia de un reloj

Asincrónico.- la presencia de un evento en e l bus es consecuencia y d epende de que se produzca un evento previo no precisan la ex istencia de una señal de reloj

18

MEMORIA

• Memoria: Elemento de Estado Almacena Datos e Instrucciones de Programa(s)

20

Jerarquías de MemoriaVarios Niveles de Memoria, Tamaño y Velocidad

Tecnologías de Memoria

Registros

CacheInstr.

CacheDatos

CacheNivel

II

MemoriaPrincipal

DiscoDuro

Aumenta TamañoAumenta Costo por Byte y la Velocidad de Acceso

SRAM DRAM DiscoTiempo de Acceso 2-25 ns 60-120 ns 10-20 millones nsCosto US$100-US$250 por MB US$5-US$10 por MB US$0.1-US$0.2 por MBAlmacenamiento 1 MB 1 GB 20 GB

SRAM- RAM Estática

• Los bits se almacenan como interruptores encendidos o apagados

• Construcciones más complejas

• Más grandes por bit• Más cara• No necesita circuitos de

refrescado• Más rápida

DRAM – RAM Dinámica

• Los bits se almacenan como carga en capacitores

• Los condensadores tienden a descargarse

• Requieren refrescos periódicos para mantener almacenados los datos

• Más pequeña por bit• Más econónica• Necesita circuitos de refrescado• Más lenta

21

22

Corresponde al Primer Nivel de la Jerarquía de Memoria

CacheInstr.

CacheDatos

CacheNivel

IIProcesador

Registros

El CPU y la memoria tienen tiempos de acceso muy diferentes. Para mejorar la

situación se inserta una memoria intermedia, que se denomina Memoria

Caché

Es Accesada Durante los Ciclos de Búsqueda de Instrucción y Durante los

Accesos a Memoria de Datos

Tiempo de Acceso a la Cache Debe ser Compatible con Velocidad del

Procesador.

Memoria Virtual• Es el proceso que permite aumentar la

memoria principal, usando la secundaria.

Memoria Principal

Simula que existe una Memoria Principal de gran tamaño cuando se ejecuta un Programa.

MEMORIA ROMRead Only Memory Memoria que conserva el

contenido aún cuando se desconectaTIPOS• EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)

– Funciona con el principio de fusibles– Puede borrarse mediante luz ultravioleta– Se reprograma eléctricamente

• EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory)– Funciona con el principio de fusibles– Puede borrarse con impulsos eléctricos controlados– Se reprograma eléctricamente

• Flash– Funciona igual que la EEPROM pero a una velocidad de

operación y programación mayor.

M. cache

PROGRAMAS DE APLICACIÓN

DISPOSITIVOS FÍSICOSDISPOSITIVOS FÍSICOS

MICROPROGRAMACIÓNMICROPROGRAMACIÓN

LENGUAJES DE MÁQUINALENGUAJES DE MÁQUINA

SISTEMA OPERATIVOSISTEMA OPERATIVO

COMPILADORESCOMPILADORES EDITORESEDITORES INTERPRETE DE COMANDOS

INTERPRETE DE COMANDOS

SISTEMASSISTEMAS APLICACIONESAPLICACIONES JUEGOSJUEGOS

PROGRAMAS DEL SISTEMA

0’s Y 1’s

BIOS

TARJETAS, CIRCUITOS

COMPUTADOR

Sistema Operativo

• Explota los recursos de hardware de uno o más procesadores.

• Provee un conjunto de servicios al usuario del sistema

• Administra la memoria y los dispositivos de E/S

• Los Sistemas Operativos son programas para la administración eficiente de los recursos del computador.

USUARIOS

PROGRAMADORESADMINISTRADORES

BIBLIOGRAFÍA

• Sistemas Operativos, Diseño e Implementación, Andrew S. Tanenbaum.

• Sistemas Operativos, William Stalling• Material del ISED• Vídeos de Youtube