Aula 5 - Arquitetura de Computadores

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5 SistemasOperacionais
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 Visão Geral
 Tipos de Dados
 Formatos, Endereçamento e
Tipos de Instruções
Organização da Aula
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ISA – Instruction Set Architecture
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 Visão Geral de Sistema
operacional
 Objetivos e funções de
sistemas operacionais
 Tipos e exemplos de
sistemas operacionais
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Organização da Aula
Sistemas Operacionais
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 ISA - Instruction Set Architecture
Visão Geral ISA
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(Arquitetura do conjunto de instruções)
está entre os níveis da microarquitetura
e do sistema operacional.
▪ Fronteira e/ou interface
entre Hardware e Software
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Visão Geral ISA
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 originalmente era o único nível.
 denominado como
'a arquitetura' da máquina
ou (incorretamente) como
'linguagem de montagem'
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Visão Geral ISA
 ISA foi desenvolvido antes de quaisquer
outros níveis
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 lSA é adotada para traduzir programas
escritos nas mais diversas linguagens para
uma forma intermediária comum, e
para construir hardware que os execute
diretamente nesta forma.
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Visão Geral ISA
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 ISA define a interface entre os
compiladores e o hardware.
 É a linguagem que ambos têm de
entender.
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Visão Geral ISA
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 Compatibilidade:
O desafio é projetar máquinas melhores e
mais velozes garantindo a compatibilidade
com sistemas e aplicativos antigos.
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Visão Geral ISA
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Fatores essenciais a uma “boa” ISA:
 Definir conjunto de instruções que possa
ser facilmente implementado;
 Fornecer um alvo claro para o
código compilado.
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Visão Geral ISA
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 ISA, utiliza dados dos tipos:
numéricos e não numéricos.
 dados numéricos são:
 inteiros (com e sem sinal)
 inteiro decimal
(código binário)
 Ponto Flutuante.
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Tipo de dados ISA
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 Dados não numéricos são:
 Ponteiros (endereço de máquina)
 Caracteres ASCII e UNICODE
 booleanos (de dois valores:
V ou F, 0 ou 1, M ou F, etc)
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Tipo de dados ISA
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 Suporte de hardware significa que
uma ou mais instruções esperam dados
em um formato particular e o usuário
não tem liberdade de escolher um
formato diferente.
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Tipo de dados ISA
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 Instruções ISA são formadas por opcodes
(códigos de operação), usualmente em
conjunto com alguma informação adicional,
tais como de onde vêm os operandos
e para onde vão os resultados.
Formatos de Instrução ISA
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 Diversos formatos (possíveis) de instrução
 Instruções sempre têm um opcode que
indica o que ela faz.
 Instruções podem não ter endereço
ou ter 1, 2, ou 3.
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Formatos de Instrução ISA
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 Em algumas máquinas todas instruções
têm o mesmo comprimento;
em outras pode haver muito comprimentos
diferentes.
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Formatos de Instrução ISA
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 Vários fatores considerados na escolha do
formato de instruções
 a dificuldade na decisão não deve ser
subestimada e o formato decidido
no início do projeto.
 conjunto de instruções pode
sobreviver por muitos anos.
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Formatos de Instrução ISA
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 Instruções possuem operandos e o
endereçamento especifica onde eles
(operandos) estão.
 Modos de endereçamento
como os bits de um campo de
endereço são interpretados
para encontrar o operando.
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Endereçamento de Instrução
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 São diversos os modos:
 Endereçamento Imediato
(o modo mais simples);
 Endereçamento Direto
(Especifica o endereço completo
na memória);
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Endereçamento de Instrução
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 Endereçamento de Registrador
(Especifica um Registrador)
 Endereçamento Indireto de
Registrador ou Ponteiro
(Endereço em registrador,
sem endereço na instrução)
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Endereçamento de Instrução
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 Endereçamento Indexado
(registrador e deslocamento constante)
 Endereçamento de base Indexado
(dois registradores)
 Endereçamento de Pilha
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Endereçamento de Instrução
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 Instruções ISA são divididas em grupos,
com similaridade entre as máquinas,
diferentes nos detalhes.
 instruções fora do comum, para manter
a compatibilidade com
modelos anteriores.
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Tipos de Instrução ISA
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 Dentre elas destacam-se:
 Instruções para movimento de dados;
 Operações diádicas;
 Operações monádicas;
 Comparações e desvios condicionais;
 Instruções de chamada
de procedimento;
 Controle de laço;
 Entrada/Saída.
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Tipos de Instrução ISA
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 Segundo Tanenbaum, Sistema
Operacional é um programa que, do ponto
de vista do programador, acrescenta uma
variedade de novas instruções e
características, acima e além do
que o nível ISA fornece.
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Visão Geral de S.O.
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 Normalmente, o SO é implementado em
software, sem razão teórica por não ser
colocado em hardware (microprogramas)
 OSM (Operating System Machine),
denominado nível de máquina
de sistema operacional.
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Sistema Operacional
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Stallings define o Sistema Operacional
como um programa que gerencia os
recursos do computador, fornece
serviços para os programadores e
estabelece uma ordem de execução
de outros programas
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Sistema Operacional
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O conhecimento sobre SO é essencial para
o entendimento dos mecanismos da CPU
para controle do computador.
 Em particular, interrupções e o
gerenciamento de memória.
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Sistema Operacional
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O (SO) controla a execução de programas
em um processador principalmente as
funções:
 escalonamento de processos
 gerenciamento de memória
só executadas se o SO possuir
suporte do hardware da CPU
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Sistema Operacional
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escalonamento de processos é uma das
funções mais importantes do SO que
determina os processos a executar a cada
instante.
Possibilita compartilhar o tempo
de CPU entre determinado
número de processos de
modo imparcial.
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Sistema Operacional
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CPU tem também hardware para:
 gerenciamento de memória virtual
e de processos.
 registradores especiais e áreas de
armazenamento temporário
 conjunto de circuitos de
gerenciamento de recursos.
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Sistema Operacional
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 gerenciamento de memória é outra
importante função do SO.
 SO atuais possuem a capacidade de
memória virtual, o que traz dois
benefícios:
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Sistema Operacional
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1. processo executado na memória
principal sem que todas as instruções e
dados estejam armazenados na memória
principal;
2. espaço de memória total
disponível pode exceder o
tamanho da memória principal
do sistema.
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Sistema Operacional
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Embora o gerenciamento de memória seja
feito pelo software, o sistema operacional
conta com suporte do hardware do
processador, incluindo paginação
e de segmentação da memória.
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Sistema Operacional
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 Stallings define o SO como programa
que controla execução de programas
aplicativos e age como interface entre o
usuário e o hardware do computador.34
Objetivos e funções de S.O.
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Possui basicamente os objetivos:
 Conveniência: tornar o uso do
computador mais conveniente.
 Eficiência: utilização mais
eficiente dos recursos do
sistema.
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Objetivos e funções de S.O.
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 O sistema operacional como uma
interface entre usuário e computador
O hardware e o software usados para
fornecer aplicações aos usuários
podem ser vistos sob a forma
de uma organização em
camadas ou hierárquica
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Objetivos e funções de S.O.
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Objetivos e funções de S.O.
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 O usuário das aplicações (usuário final)
geralmente não está interessado na
arquitetura do computador.
 Vê o sistema como uma aplicação
 Essa aplicação é escrita em
linguagem de programação
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Objetivos e funções de S.O.
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 existe um conjunto de programas de
sistema (utilitários)
 Eles implementam funções usadas
frequentemente
que auxiliam na criação
de programas, gerenciamento
de arquivos e controle de
dispositivos de E/S
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Objetivos e funções de S.O.
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 O sistema operacional é o mais
importante programa de sistema
 “esconde” os detalhes do hardware do
programador, fornecendo uma interface
conveniente para o uso do sistema.
 Age como um mediador,
tornando mais fácil o
acesso e uso desses
recursos e serviços.
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Objetivos e funções de S.O.
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O S.O. tipicamente fornece serviços para a
realização das seguintes atividades:
 Criação de programas
 Execução de programas
 Acesso a dispositivos (E/S)
 Acesso controlado a arquivos
 Acesso ao sistema
 Detecção e reação a erros
 Monitoração
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Objetivos e funções de S.O.
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 O sistema operacional como gerente
de recursos
Gerenciando os recursos do computador, o
sistema operacional detém o controle das
funções básicas desse computador
 O S.O. é um programa como
outro qualquer e usualmente
renuncia o controle da CPU
para, em seguida, obter o
controle novamente.
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Objetivos e funções de S.O.
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Objetivos e funções de S.O.
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 Uma parte do S.O. (kernel) reside na
memória principal. Contém as funções
mais usadas, além de partes em uso.
 A memória principal contém outros
dados e programas e sua
alocação é controlada, em
conjunto, pelo S.O. e pelo
hardware de gerenciamento
de memória do processador.
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Objetivos e funções de S.O.
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 O S.O. decide quando dispositivos E/S
podem ser usados e controla o acesso e
o uso de arquivos.
 A CPU também é controlada pelo S.O.
que determina quanto deve
ser dedicado à execução de
cada programa de usuário.
 Em sistema com múltiplos
processadores, a decisão
se estende a todas CPUs.
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Objetivos e funções de S.O.
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Algumas características básicas
diferenciam os vários tipos de S.O. e são
relativas a dois aspectos independentes:
 interativo (direto com sistema)
 batch (processamento em lotes)
Outro aspecto independente
especifica a utilização da
multiprogramação
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Tipos e Exemplos de S.O.
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Síntese
 O nível ISA é o que a maioria chama de
“Linguagem de máquina”.
 Instruções geralmente têm 1, 2 ou 3
operandos com endereçamentos: imediato,
direto, registrador, indexado, etc.
 Algumas máquinas têm
grande quantidade de modos
de endereçamento complexos.
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Síntese
 Instruções típicas movem, somam,
subtraem, multiplicam ou dividem.
 Não é incomum um
computador ter mais de 200
instruções em seu repertório.
Máquinas CISC, muitas vezes
têm muito mais.
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Síntese
 O S.O. pode ser considerado intérprete de
certas características de arquitetura não
encontradas no nível ISA.
 Entre as principais estão:
memória virtual, instruções
de E/S virtual e facilidades
de processamento paralelo.
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 TANENBAUM, A. S. Organização
Estruturada de Computadores.
6ª. ed. São Paulo: Prentice-Hall, 2013.
 STALLINGS, W. Arquitetura e
Organização de
Computadores. 8ª. ed. São
Paulo: Prentice-Hall, 2010
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Referências de Apoio