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08/09/2009 1 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 1/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ARQUITETURA DE SISTEMAS OPERACIONAIS ASSUNTO: CONCEITOS DE HARDWARE E SOFTWARE SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 2/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello “Não viva mais de maneira fragmentada. Conecte-se... ” Edward Morgan Foster SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 3/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello OBJETIVO ● Apresentar/revisar os conceitos básicos de Hardware e Software relativos a arquitetura de computadores necessários a compreensão dos próximos assuntos da disciplina SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 4/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello SUMÁRIO ● 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. SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 5/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello HARDWARE ● Sistema computacional – Conjunto de circuitos eletrônicos interligados (processadores, memórias, registradores, barramentos, monitores, etc...) que manipulam dados na forma digital, proporcionando uma maneira confiável de representação e transmissão destes. SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 6/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello HARDWARE – Agrupados em três subsistemas básicos, chamados de unidades funcionais. São eles: ● Processador ou UCP; ● Memória principal; e ● Dispositivos de entrada e saída (E/S). 08/09/2009 2 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 7/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Sistema computacional Memória Principal Dispositivos de E/ S Processador / UCP Unidade Lógica e Aritmética Registradores Unidade de Controle HARDWARE SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 8/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello PROCESSADOR ● Unidade Central de Processamento (UCP) – Gerencia todo sistema computacional controlando as operações realizadas por cada unidade funcional; – Função principal - Controlar e executar instruções presentes na memória principal, através de operações básicas como somar, subtrair, comparar e movimentar dados; – Composição - Unidade de Controle (UC), Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e Registradores; SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 9/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Unidade Central de Processamento (UCP) – Unidade de Controle (UC) ● Responsável por gerenciar as atividades de todos os componentes do computador. – gravação de dados em disco; – busca de instruções na memória; – outras. PROCESSADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 10/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Unidade Central de Processamento (UCP) – Unidade Lógica e Aritmética (ULA) ● Responsável pela realização das operações lógicas (testes e comparações) e aritméticas (somas e subtrações); PROCESSADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 11/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Unidade Central de Processamento (UCP) ● A sincronização de todas as funções do processador é realizada através de um sinal de clock. – Pulso gerado ciclicamente que altera variáveis de estado do processador. – Este sinal é gerado por um cristal de quartzo que, quando corretamente polarizado, oscila numa freqüência estável e bem determinada. PROCESSADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 12/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Unidade Central de Processamento (UCP) – Registradores: ● Armazenar dados temporariamente; ● É uma memória de alta velocidade (interna do processador); ● Capacidade de armazenamento reduzida e maior custo que a memória principal; ● Nº de registradores e capacidade dos mesmos varia em função da arquitetura do processador; PROCESSADOR 08/09/2009 3 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 13/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Unidade Central de Processamento (UCP) – Tipos de Registradores: ● Registradores de uso geral: – Podem ser manipulados diretamente por instruções ● Registradores de uso específico: – Armazenam informações de controle do processador e do sistema operacional; PROCESSADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 14/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Contador de instruções (CI) ou Program Counter (PC): – Armazena o endereço da próxima instrução que o processador deve buscar e executar; ● Apontador de pilha (AP) ou Stack Pointer (SP) ● Armazena o endereço de memória do topo da pilha onde o sistema mantém informações de programas que estão sendo executados e foram interrompidos; ● Registrador de Status ou Program Status Word (PSW): ● Armazena informações sobre execução de instruções como concorrência e overflow. PROCESSADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 15/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Memória principal com 64 Kbytes célula = 8 bits e n d e re ço s 0 2 -1 16 2 1 instrução ou dado MEMÓRIA PRINCIPAL SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 16/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Também conhecida por Memória Primária ou Real; – Necessita estar energizada (Princípio da Memória Volátil) – Armazenam instruções e dados (que são manipulados pela UCP); – Composição: ● Unidades de acesso (células) composta por determinado nº de bits (unidade básica de memória - 0 ou 1); – Atualmente a maioria das memórias utiliza o byte (8 bits) como tamanho de célula; ● Gerações anteriores utilizavam 16, 32 e até 60 bits; – Acesso ao conteúdo da célula é realizado através da especificação de um número único, chamado de endereço; MEMÓRIA PRINCIPAL SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 17/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Ciclos de Operações: MEMÓRIA PRINCIPAL Leitura Escrita A UCP armazena no MAR o endereço da célula a ser lida; A UCP armazena no MAR o endereço da célula que será gravada; A UCP gera um sinal de controle para a MP indicando que a operação de leitura deve ser realizada; A UCP armazena no MBR a informação que deverá ser gravada; O conteúdo da célula identificada pelo endereço é transferido para o MBR; A UCP gera um sinal de controle para a MP, indicando que uma operação de escrita deve ser realizada; O conteúdo do MBR é transferido para um registrador da UCP. A informação contida no MBR é transferida para a célula de memória endereçada pelo MAR. SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 18/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello OPERAÇÃO DE LEITURA 08/09/2009 4 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 19/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello U C P U C Controle Dados Endereços M P0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM Leitura: passo 1 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 20/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello 1324 U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM Leitura: passo 1 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 21/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 1aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 M P SISTEMAS OPERACIONAIS– INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 22/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 1aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1324 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 23/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 1aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 24/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 2U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 R E A D M P 08/09/2009 5 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 25/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 2U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 READ M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 26/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 2U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 R E A D M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 27/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 2aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 W A IT M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 28/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 2aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 WAIT M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 29/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 2aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 1 3 2 4 W A IT M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 30/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 5 C M P 08/09/2009 6 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 31/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 5C M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 32/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 1324 5 C M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 33/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 13245C M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 34/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Leitura: passo 4U C P U C Controle Dados Endereços 0000 1324 FFFF 1324 Outro reg.Outro reg. 5C REMRDM 13245C 5C M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 35/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello OPERAÇÃO DE ESCRITA SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 36/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 1U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 M P 08/09/2009 7 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 37/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 1U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 38/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 1aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 39/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 1aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 21C8 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 40/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 1aU C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 41/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 2U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 42/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 W R IT E M P 08/09/2009 8 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 43/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 WRITE M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 44/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 W R IT E M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 45/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 W A IT M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 46/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 WAIT M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 47/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 3U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 W A IT M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 48/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 4U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 F 7 M P 08/09/2009 9 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 49/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 4U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 F7 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 50/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 4U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 F 7 M P SISTEMAS OPERACIONAIS– INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 51/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação : passo 4U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. 3A REMRDM F7 21C8 2 1 C 8 F7 F 7 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 52/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Gravação: passo 4U C P U C Controle Dados Endereços 0000 21C8 FFFF 21C8 Outro reg.Outro reg. F7 REMRDM F7 21C8F7 M P SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 53/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Memória Volátil de Alta velocidade; – Pequena capacidade de armazenamento; – Armazena pequena parte do conteúdo da Memória Principal; ● Finalidade: – Minimizar a disparidade entre a velocidade do processador e a velocidade de acesso da memória principal, reduzindo assim, o estado de espera do processador; ● Alto custo; MEMÓRIA CACHE SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 54/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Quando o processador faz referência a um dado armazenado na memória, primeiro a busca é feita na memória cache: – Hit: (Cache Hit) ● Caso o processador encontre o dado na memória cache, não há necessidade do acesso a memória principal, diminuindo assim o tempo de acesso; – Miss: (Cache Miss) ● Caso o processador não encontre o dado na memória cache. Neste caso, o acesso a memória principal é obrigatório; MEMÓRIA CACHE 08/09/2009 10 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 55/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Relação entre dispositivos de armazenamento maior capacidade de armazenamento maior custo e velocidade de acesso Memória Secundária Memória Cache Memória Principal Registradores MEMÓRIA SECUNDÁRIA SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 56/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Meio permanente, isto é, não-volátil de armazenamento; ● Não necessita de alimentação (energização); ● Acesso lento (milissegundos) em relação à Memória Principal (nanossegundos); ● Baixo custo; ● Maior capacidade de armazenamento; – Exemplos: Discos magnéticos, discos ópticos, fitas magnéticas, etc... MEMÓRIA SECUNDÁRIA SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 57/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Permitem a comunicação entre o sistema computacional e o mundo externo; ● Divididos em 2 categorias: – Utilizados como memória Secundária (discos e fitas) ● Caracterizam-se por ter a capacidade de armazenamento bastante superior à Memória Principal, com custo mais acessível, porém velocidade de acesso bem menor. – Utilizados com a finalidade de comunicação (interface) usuário- máquina (teclados, monitores, impressoras, etc...) ● A implementação de interfaces, cada vez mais amigáveis, faz com que usuários menos experientes (pouco especializados) utilizem cada vez mais o computador, de forma intuitiva. DISPOSITIVOS DE E/S SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 58/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Barramentos processador-memória e de E/S Barramento processador-memória Ba rr am en to d e E/ S Ba rr am en to d e E/ S Adaptador Adaptador Memória Principal UCP BARRAMENTO SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 59/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Barramento processador-memória Ba rr am en to d e E/ S Ba rr am en to d e E/ S Adaptador Adaptador Memória Principal UCP Adaptador Ba rr am en to de b ac kp la ne ● Barramento de Backplane BARRAMENTO SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 60/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Também conhecido como “bus”, é um meio físico de comunicação entre as unidades funcionais de um sistema computacional. ● Composto por: – Linhas de Controle: Por onde trafegam as informações de sinalização (Tipo de operação); – Linhas de Dados: Por onde trafegam ao informações como instruções, operandos e endereços transferidos entre as unidades funcionais; BARRAMENTO 08/09/2009 11 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 61/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● São classificados em 03 (três) tipos: ● Barramento Processador-memória: – Possuem curta extensão e alta velocidade para que seja otimizada a transferência de informação entre processadores e memórias. ● Barramentos de Entrada e Saída (E/S): – Possuem maior extensão, são mais lentos e permitem a conexão de diferentes dispositivos; ● Barramentos de Backplane – Possuem a função de integrar dois ou mais barramentos. São utilizados em sistemas de alto desempenho, onde o barramento de E/S não se conecta diretamente ao Barramento Processador-Memória, que fica com menor número de adaptadores, otimizando assim, seu desempenho. BARRAMENTO SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 62/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Técnica utilizada pelo processador para executar múltiplas instruções paralelamente em estágios diferentes; – Muito semelhante a uma linha de montagem ● Onde uma tarefa é dividida em uma seqüência de subtarefas, executadas dentro de uma linha de produção. ● Utilizado em sistemas com 1 ou mais processadores, em diversos níveis e tem sido a técnica de paralelismo mais utilizada para aumentar o desempenho dos sistemas computacionais; PIPELINING SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 63/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Pipeline em quatro estágios: Unidade de busca da instrução P1 P4P3P2 Analisador da instrução Unidade de busca dos dados Unidade de execução da instrução 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 tempo PIPELINING SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 64/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● A linguagem de máquina de um computador é a linguagem de programação realmente entendida pelo processador; ● Cada processador tem um conjunto definido de instruções de máquina; ● Um programa em linguagem de máquina pode ser diretamente executado pelo processador, não requerendo qualquer tipo de tradução ou relocação. ● RISC = Reduced Instruction Set Computer ● CISC = Comples Instruction Set Computer ARQUITETURAS RISC E CISC SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 65/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● RISC caracteriza-se por: – Possuir poucas instruções de máquina; – Instruções bastante simples; – Instruções executadas diretamente pelo Hardware. ● Instruções não acessam à memória Principal; ● Trabalham principalmente com os registradores, que nesta arquitetura, apresentam-se em grande número. – Facilitam a implementação do Pipelining. ARQUITETURAS RISC E CISC SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 66/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● CISC caracteriza-se por: – Possuir muitas instruções de máquina; – Instruções complexas; – Instruções interpretadas por microprogramas. ● Quaisquer instruções podem referenciar a Memória Principal; ● Nesta arquitetura, o número de registradores é pequeno. – A implementação do Pipelining é mais difícil. ARQUITETURAS RISC E CISC 08/09/2009 12 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 67/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello RISC CISC Poucas instruções Muitas instruções Instruções executadas pelo hardware Instruções executadas por microcódigos Instruções em formato fixo Instruçõesem 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 pipelining SPARC (Sun), RS-6000 (IBM) VAX (DEC), Pentium (Intel) ARQUITETURAS RISC E CISC SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 68/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Arquiteturas Híbridas: – Arquiteturas CISC existiam em grande quantidade, quando da criação das Arquiteturas RISC; – Uma possível mudança de arquitetura , CISC para RISC, iria resultar em um desperdício enorme de dinheiro por parte das empresas; – a Intel fez uma aglomeração das duas arquiteturas, surgindo assim a ARQUITETURA HÍBRIDA; ARQUITETURAS RISC E CISC SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 69/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Melhorias advindas das Arquiteturas Híbridas: – Possibilitou uma melhor compatibilidade de software e hardware; – Estabilizou o custo das máquinas e software; – Ampliou a possibilidade de construção de hardware e software em diferentes linguagens; e – Aumentou a capacidade de processamento das máquinas, em geral. ARQUITETURAS RISC E CISC SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 70/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Ciclo de clock: – Intervalo de tempo entre os pulsos de um sinal de clock - (Período); ● Freqüência do clock: – Inverso do ciclo de clock, ou seja, nº de pulsos gerados em um segundo; – Medida é dada em Hertz (Hz) ou seus múltiplos (KHz, MHz, GHz...); ● Desempenho do processador: – Tempo para executar um mesmo programa; ANÁLISE DE DESEMPENHO SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 71/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Desempenho do processador: – Tempo para executar um mesmo programa; ● Tempo de UCP = Nr ciclos clock para executar um programa Freqüência do clock ● Benchmark: – Técnica que permite a análise de desempenho comparativo entre sistemas computacionais; – Um conjunto de programas é executado em cada sistema avaliado e os tempos de execução são então comparados. ANÁLISE DE DESEMPENHO SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 72/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Conjunto de programas utilizado como interface entre as necessidades do usuário e a capacidade do hardware. ● Utilitário: – Softwares relacionados mais diretamente com serviços complementares do sistema operacional, tais como: ● Compiladores; ● Linkers; ● Depuradores. – Softwares desenvolvidos pelos usuários serão denominados de aplicativos ou apenas aplicações. SOFTWARE 08/09/2009 13 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 73/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello programa fonte programa objetoTradutor Compilador TRADUTOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 74/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Convertem as linguagens de montagem e de alto nível em linguagem de máquina; – Gera módulo-objeto, que, na maioria das vezes, ainda não pode ser executado, pois um programa pode chamar sub-rotinas externas e o Tradutor não tem como fazer tais associações. (Função realizada pelo Linker, que será visto mais adiante). TRADUTOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 75/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Tipos de Tradutor: – Montador (Assembler) ● Traduz programa fonte para programa objeto não-executável (módulo objeto) que não são portáveis entre máquinas diferentes; ● A linguagem de montagem é particular para cada processador, assim como a linguagem de máquina; – Compilador ● Gera, a partir de um programa escrito em linguagem de alto nível, um programa de máquina não-executável; TRADUTOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 76/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● É um Tradutor que não gera módulo-objeto; – Traduz cada comando de um programa-fonte escrito em linguagem de alto nível e os executa imediatamente; ● Desvantagem: – Tempo gasto na tradução das instruções, pois não existe a geração do código executável ● Vantagem: – Permitir a implementação de dados dinâmicos (podem mudar de tipo durante a execução do programa, aumentando assim, a flexibilidade. INTERPRETADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 77/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello LINKER SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 78/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Utilitário responsável por gerar, a partir de um ou mais módulos- objeto, um único programa executável; ● Funções básicas: – Resolver todas as referências simbólicas existentes entre os módulos; – Reservar memória para execução do programa; – Relocação que determina a região da memória no qual o programa será carregado para execução. ● Bibliotecas: – São arquivos que contêm diversos módulos-objeto e/ou definições de símbolos. LINKER 08/09/2009 14 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 79/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Ou Carregador, é o utilitário responsável por carregar na memória principal um programa para ser executado; ● Pode ser classificado em: – Loader absoluto: ● Quando o código executável for absoluto, ou seja, o Loader só necessita conhecer o endereço de memória inicial e o tamanho do módulo para fazer o carregamento; – Loader relocável: ● Quando o programa pode ser carregado em qualquer posição de memória, ficando o Loader responsável pela relocação somente no momento do carregamento. LOADER SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 80/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Depurar é um dos estágios do desenvolvimento de um programa; ● O depurador (debugger) é o utilitário que permite ao usuário (programador) acompanhar toda a execução de um programa a fim de detectar erros na sua lógica; DEPURADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 81/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Oferece recursos como: – Acompanhar a execução do programa (instrução por instrução); – Possibilitar a alteração e visualização do conteúdo de variáveis; – Implementar pontos de parada dentro do programa (breakpoint), de forma que, durante a execução o programa para especificamente nesses pontos; – Especificar que, toda vez que o conteúdo de uma variável for modificado, o programa envie uma mensagem (Watchpoint). DEPURADOR SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 82/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Interpretador de comandos ou shell permite ao usuário interagir com o sistema; – Através de comandos simples, o usuário pode ter acesso a diversas funções e rotinas específicas do sistema operacional; ● O conjunto de comandos disponíveis pelo interpretador é conhecido como linguagem de controle, ou linguagem de comandos. ● Em geral, o interpretador de comandos não faz parte do sistema operacional; – Diversos sistemas operacionais possibilitam ao usuário escolher qual interpretador utilizar; ● As linguagens de controle evoluem no sentido de permitir uma interação mais amigável com os usuários. INTERPRETADOR DE COMANDOS SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 83/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello Disco Memória Principal boot Sistema Operacional Área do Sistema Operacional ATIVAÇÃO/DESATIVAÇÃO DO SISTEMA SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 84/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Inicialmente, todo Sistema Operacional reside na memória Secundária (discos ou fitas ou outros dispositivos portáteis);● Quando ligamos o computador, o sistema operacional tem que ser carregado em memória. Esse procedimento chama- se ativação do sistema (boot); – É realizado por um programa localizado em um bloco específico do disco (boot block); ATIVAÇÃO/DESATIVAÇÃO DO SISTEMA 08/09/2009 15 SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 85/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Além da carga do sistema operacional, a ativação do sistema também consiste na execução de arquivos de inicialização; – Nestes arquivo são especificados parâmetros de customização e configuração de hardware e softwares específicos de cada ambiente; ● O processo de desativação (shutdown) permite que as aplicações e componentes do sistema operacional sejam desativados de forma ordenada, garantindo assim, sua integridade. ATIVAÇÃO/DESATIVAÇÃO DO SISTEMA SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 86/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Questionamentos ● Conclusão ● Lista de exercícios SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 2009 87/85Prof. Carlos Maurício de B. Mello ● Bibliografia – Sistemas Operacionais – H. M. Deitel, P. J. Deitel e D. R. Choffnes – 3. Edição, 2005 – Editora Pearson – São Paulo; – Arquitetura de Sistemas Operacionais – Francis Berenger Machado e Luiz Paulo Maia – 4. Edição, 2006 – Editora LTC – Rio de Janeiro