SO - Aula 02 - Conceitos

Sistemas Operacionais Aulas 02, 03, 04 - Conceitos de Hardware e Software

Introdução
Conceitos
Arquitetura de computadores
Hardware
Software

Hardware
Um sistema computacional é um conjunto de circuitos eletrônicos interligados (hardware)
Subsistemas básicos (unidades funcionais)
Processador ou Unidade Central de Processsamento
Memória principal
Dispositivos de entrada e saída (E/S)

Processador
Gerencia todo o sistema computacional controlando as operações realizadas em cada unidade funcional
Controlar e executar instruções presentes na memória principal, por meio de operações básicas como somar, subtrair, comparar e movimentar dados

Processador
É composto de:
Unidade de controle (UC)
Gerencia as atividades de todos os componentes do computador, como a gravação de dados em discos ou busca de instruções
Unidade lógica e aritmética (ULA)
Realiza operações lógicas (testes e comparações) e aritméticas (adições e subtrações)
Registradores
Armazenam dados temporariamente

Memória principal
Memória principal, primária ou real é o local onde são armazenados instruções e dados
É composta de unidades de acesso chamadas células, sendo cada uma composta de um determinado número de bits
O acesso ao conteúdo de uma célula é feito pela especificação de um número chamado endereço no registrador de endereço de memória (Memory Address Register)

Memória cache
Memória volátil de alta velocidade, porém com pequena capacidade de armazenamento
Tempo de acesso menor que a memória principal
Armazena uma pequena parte do conteúdo da memória principal
Se a informação não estiver presente no cache, o processador acessa a memória principal
Durante a execução de um programa, as referências às instruções e dados tendem a estar em endereços próximos
Programas estrututurados
Alto custo, baixa capacidade de armazenamento

Memória secundária
Meio permanente (não volátil) de armazenamento de programas e dados
Acesso lento, comparado a memória principal
Capacidade de armazenamento superior
Disquete, HD, CD, DVD, fita magnética

Dispositivo de E/S
Permitir comunicação entre o sistema computacional e mundo externo
Categorias
Memória secundária
Custo relativamente baixo
Interface usuário-máquina
Teclado, monitor de vídeo, impressora, plotter, etc

Barramento ou Bus
Meio físico de comunicação entre as unidades funcionais de um sistema computacional
Dados, sinais de controle, endereços trafegam por seus condutores entre processadores, memórias e dispositivos de E/S
Linhas de controle e linhas de dados

Barramento ou Bus
Classificação de barramentos
Processador-memória
Curta extensão, alta velocidade
Costumam ser proprietários
Entrada e saída
Maior extensão, baixa velocidade, conexão de diferentes dispositivos
Costumam ser padronizados (PCI, SCSI)
Backplane
O barramento de E/S não se conecta diretamente ao barramento processador-memória. Existe um barramento de backplane que integra os dois barramentos

Pipelining
Técnica que permite ao processador executar múltiplas instruções paralelamente em estágios diferentes
A execução de uma instrução é dividida em subtarefas, como as fases de busca da instrução e dos operandos, execução e armazenamento dos dados
O pipelining pode ser empregado em sistemas com um ou mais processadores, em diversos níveis
Técnica mais usada para aumentar o paralelismo

Arquitetura
Linguagem de máquina
Conjunto definido de instruções de máquina
Arquitetura
RISC
CISC

Arquitetura RISC
Reduced Instruction Set Computer
Possui poucas instruções de máquina executadas diretamente pelo hardware
Muitos registradores
Pouca lógica de controle
Instruçoes executadas rapidamente
Poucas instruções acessam a memória principal
Facilita a implementação de pipelining

Arquitetura CISC
Complex Instruction Set Computer
Possui instruções complexas interpretadas por microprogramas
Lógica de controle complexa
Número de registradores pequeno
Qualquer instrução referencia a memória principal
Difícil fazer pipelining

Microprogramação
Definem a linguagem de máquina de um computadore CISC
O código executável de um processador CISC é interpretado por microprogramas durante sua execução, gerando microinstruções, que finalmente são executadas pelo hardware
Para cada instrução em linguagem de máquina, existe um microprograma

Software
Conjunto de programas, utilizado como interface entre as necessidades dos usuários e as capacidades do hardware
A utilização adequada do software torna o trabalho dos usuários mais simples e eficiente

Tradutor
Linguagem de máquina
Linguagens de montagem (assembly)
Linguagens de alto nível
Tradutor converte a representação simbólica das instruções é traduzida para código de máquina
O código gerado pelo tradutor é chamado de módulo-objeto e normalmente não pode ser diretamente executado, precisando de um linker
Dependendo do código fonte, divide-se em montador e compilador

Montador e compilador
Montador (assembler)
Traduz o programa-fonte, escrito em linguagem de montagem, para um programa objeto não executável
Baixa portabilidade
Compilador
Traduz o programa-fonte, escrito em linguagem de alto nível, para um programa objeto não executável
Alta portabilidade

Interpretador
Tradutor que não gera código-objeto
Traduz e executa as instruções imediatamente
Maior tempo gasto na tradução das instruções toda vez que for executado
Permite tipos de dados dinâmicos
Mais flexível

Linker ou editor de ligação
Gera, a partir de um ou mais módulos objeto, um único programa executável
Resolve todas as referências simbólicas existentes entre os módulos
Reservar memória para a execução do programa
Pesquisa em bibliotecas do sistema ou criadas pelo usuário
Bibliotecas são arquivos que contém diversos módulos-objeto e/ou definições de símbolos

Linker ou editor de ligação
Reloca os programas, ou seja, determina a região de memória onde o programa será carregado para execução
Link estático
A relocação é feita em tempo de linkedição
Link dinâmico
A relocação é feita em tempo de execução pelo loader
Sobrecarga de processamento

Loader ou carregador
Responsável por carregar na memória principal principal um programa para ser executado
Procedimento de carga varia de acordo com o código gerado pelo linker
Código absoluto
Endereço inicial fixo, tamanho do módulo
Código relocável
Carregado em qualquer posição da memória

Debugger ou depurador
Utilitário que permite ao desenvolvedor acompanhar toda a execução de um programa a fim de detectar erros na lógica
Acompanha a execução instrução por instrução
Alteração ou inspeção do conteúdo das variáveis
Pontos de interrupção (breakpoints)
Visualização de variáveis ou valores (watchpoints)

Shell ou interpretador de comandos
Permite que o usuário se comunique com o sistema operacional
Acesso a funções e rotinas do sistema
Os comandos são enviados para o shell, que verifica sua sintaxe, envia mensagens de aviso ou erro e faz chamadas a rotinas do sistema
Linguagem de comandos ou de controle
Em geral, não faz parte do SO

Ativação/desativação do sistema
Inicialmente todo o SO está na memória secundária
Após o computador ser ligado, o SO é carregado para a memória principal (ativação do sistema, bootstrap ou boot)
O procedimento varia em função do equipamento
Além do SO, também ocorre a execução de arquivos de inicialização
Na maioria dos SO existe também um procedimento de desativação (shutdown)
Permite a desativação ordenada, garantindo sua integridade

SO - Aula 02 - Conceitos

by Gabriel Feitosa Vilar

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