organização de computadores
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Sistema Operacional
Introdução: Um Sistema Operacional é um conjunto de rotinas executadas pelo processador, da mesma forma como qualquer outro programa. Sua principal função é controlar o funcionamento do computador, gerenciando os diversos recursos disponíveis no sistema. O Sistema Operacional executa basicamente duas funções:
- Facilita o acesso aos recursos do sistema
- Compartilha de forma organizada e protegida os recursos do sistema
O Sistema Operacional torna a interação entre o usuário e o computador mais simples, confiável e eficiente.
Conceitos Básicos
Hardware: Um computador é constituído por um conjunto de dispositivos interligados, composto por processadores, memória principal e dispositivos físicos (hardware). Estes componentes podem ser subdivididos em 3 subsistemas básicos:
- Unidade Central de Processamento (U.C.P.)
- Memória Principal
- Dispositivos de Entrada e Saída (I /O)
Unidade Central de Processamento (C.P.U.):  A principal função da Unidade Central de Processamento é unificar todo o sistema, controlando as funções realizadas por cada unidade funcional. Ela é também responsável pela execução de todos os programas do sistema, que obrigatoriamente deverão estar armazenados na memória principal. Um programa é composto por uma série de instruções ordenadas logicamente, que são executadas sequencialmente pela CPU.  Ela busca cada instrução na memória principal e interpreta para a sua execução.
A CPU é composta por dois componentes básicos: Unidade de Controle e Unidade Lógica e Aritmética.
A Unidade de Controle é responsável por controlar as atividades de todos os componentes do computador, emitindo sinais elétricos gerado pelo dispositivo denominado Clock. Este sinal pode ser para a gravação de um dado no disco ou para uma busca de instrução na memória.
A Unidade Lógica e Aritmética é responsável pela realização de operações lógicas (testes e comparação) e aritméticas (soma ou subtração).
A velocidade de processamento de uma CPU é determinado pelo número de instruções que o processador executa por unidade de tempo, normalmente segundo. Esta denominação pode ser MIPS (u Milhões de Instruções por Segundo) ou MFLOPS/GFLOPS (Milhões / Bilhões de Instruções por ponto flutuante por segundo).
Clock: É um dispositivo que está localizado na CPU e que gera pulsos elétricos síncronos em um determinado intervalo de tempo. O sinal de Clock é utilizado pela Unidade de Controle para execução das instruções. A frequência do Clock de um processador é medida em Hertz (Hz).
Registradores: Os registradores são dispositivos de alta velocidade, que estão localizados dentro da CPU e que armazenam dados temporários. Cada processador possui um determinado número de registradores. Alguns registradores são de uso específico e outros de uso geral.
Memória Principal: Também conhecida como memória primária, é o local onde são armazenados as instruções e os dados. Ela é composta por unidades de acesso denominadas células, sendo que cada uma desta célula é composta por um determinado número de bits. O bit é a unidade básica da memória, podendo assumir o valor 0 e 1.
O acesso de cada célula é realizada com a especificação de um número denominado endereço. Desta forma quando um programa escrever ou ler um dado em uma célula deve especificar primeiro qual o endereço de memória desejado, para depois realizar a operação.
A memória principal pode ser classificada de acordo com a sua volatilidade que é a capacidade da memória em preservar o seu conteúdo mesmo sem uma fonte de alimentação.
As memórias voláteis se caracterizam por poderem ser lidas e gravadas, como por exemplo as memórias RAM (Random Acess Memory).
Outro tipo de memória não volátil é a memória ROM (Read Only Memory), que já vem gravada do fabricante, geralmente com algum programa e seu conteúdo é mantido inalterado mesmo quando a alimentação é desligada.
Memória Cache: Trata-se de uma memória volátil de alta velocidade. Toda vez que o processador busca um dado na memória principal, ele "olha" primeiramente para a memória cache. Se este dado estiver armazenado nela, não existe a necessidade do acesso da memória principal.
Memória Secundaria: A memória secundária é um meio não volátil de armazenamento de programas e dados. O acesso a este tipo de dispositivo é lento se compararmos a memória principal ou a memória cache, porém o seu custo é baixo e a sua capacidade de armazenamento, na maioria das vezes, é muito maior.
Dispositivos de Entrada e Saída: Os dispositivos de entrada e saída tem permitem a comunicação entre o computador e o mundo externo. Através desses dispositivos, a CPU e memória principal podem se comunicar tanto com o usuário como a memória secundária, para realizar qualquer tipo de processamento.
Estes dispositivos de Entrada e Saída podem ser divididos em duas categorias:
- Aqueles que são utilizado como memória secundário como discos e fitas magnéticas e que tem um custo bem menor em relação a memória principal, armazenam um quantidade maior de informações, porém possuem uma velocidade de acesso menor.
- Aqueles que são utilizados como interface homem-máquina, como teclado, monitores, impressoras, etc. Com o avanço da tecnologia, estes dispositivos tem se tornado bastante amigáveis, possibilitando que usuários com pouco conhecimento de informática, possam utilizar o computador de forma bastante satisfatória.
Barramento:  A CPU, a memória principal e os dispositivos de E/S são interligados através de linhas de comunicação denominadas barramentos, barras ou vias. Um barramento (BUS) é um conjunto de fios paralelos onde trafegam informações como dados, endereços ou sinais de controle. Os barramentos podem ser classificados como Unidirecional (transmitem em um única direção) ou Bidirecional (transmitem em duas direções).
Na ligação entre CPU e Memória Principal, são necessários a ligação de 3 barramentos:
- Barramento de Dados: onde trafegam as informações entre a CPU e a Memória Principal
- Barramento de Endereço: onde a CPU especifica o endereço da célula que irá ser acessada
- Barramento de Controle: onde a CPU envia pulsos de controle relativos a leitura e gravação
Pipelining: O conceito de Pipelining se assemelha a de um linha de produção, onde uma tarefa é subdividida em outras subaéreas, executadas em diferentes estágios, dentro de uma linha de produção. A execução de uma instrução pode ser dividida em subaéreas, como as fases de busca de instrução de operandos, execução e armazenamento de resultados. O processador através de unidades funcionais pipeline, permite que enquanto a instrução se encontra na fase de execução, possa estar em fase de busca simultaneamente.
Ativação e Desativação do Sistema:  O Sistema Operacional é essencial para o funcionamento do Computador. Sem ele grande parte dos recursos do sistema não estariam disponíveis.
Toda vez que um computador é ligado é necessário que o computador seja carregado da memória secundaria para a memória principal. Este processo, denominado ativação do sistema (boot), é realizado por um programa localizado em um local específico do disco (Disco block), sendo geralmente o primeiro bloco. Este procedimento de ativação varia em função do equipamento, podendo ser realizado através de teclado, de um terminal, ou de chaves em um painel.
Além da carga do Sistema Operacional, a ativação do sistema também consiste na execução de arquivos de inicialização.
Na maioria dos sistemas existe o processo de desativação denominado Shutdown. Este procedimento permite que as aplicações e componentes sejam desativados de maneira ordenada, garantindo a integridade do sistema.
Arquitetura RISC e CISC
Um processador com arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer) se caracteriza por ter poucas instruções de máquina, bastante simples e que são executadas diretamente pelo hardware. Na sua maioria, estas instruções não acessam a memória principal, trabalhando principalmente com os registradores, que neste tipo de processador, se apresentam em grande número.