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Conceptos Arquitectónicos de la Computadora
Sistemas Operativos I
Prof. Yanmelia Crespo
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Puntos a Tratar:
Estructura y Funcionamiento de la computadora.
Modelo de programación
Interrupción
Reloj
Jerarquía de memoria
Memoria Virtual
Concurrencia de la E-S con el procesador
Mecanismos de protección
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Estructura y Funcionamiento de la Computadora
Máquina destinada a procesar datosMáquina destinada a procesar datos
ProcesadorDatos Resultados
Instrucciones de máquina
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Funcionamiento de la Computadora
Está compuesta por cuatro componentes básicos:
Memoria Principal
Unidad de E-S
Unidad de Control
Unidad aritmética-lógica
-Datos a procesar-Programa máquina-Resultados
Operaciones aritméticas y lógicas
Transferencia de información
Hace funcionar al conjunto
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Componentes Básicos de la Computadora
Registros
U.A.L
Unidad de Control
Estado
Contador de Programa
Registro de Instrucción
Puntero de pila
UN
IDA
D D
E E
NTR
AD
A S
ALID
A
Memoria Principal
Datos
Código
ROM
PERIFERICOS
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Funcionamiento de la computadora
• La memoria principal se construye con memoria RAM y memoria ROM. En ella residen los datos a procesar, el programa máquina a ejecutar y los resultados. La memoria está formada por un conjunto de celdas idénticas, por lo general el direccionamiento es a nivel de byte, pero el acceso se realiza sobre una palabra de varios bytes (4 o de 8 bytes).
• La Unidad Aritmética Lógica (ALU) permite realizar operaciones aritméticas y lógicas sobre uno o dos operandos. Los datos sobre los que opera están almacenados en un conjunto de registros o provienen de memoria principal.
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Funcionamiento de la computadora• La Unidad de Control (UC) se encarga de hacer funcionar el conjunto,
mediante las siguientes funciones: Lee de memoria las instrucciones máquina que forman el programa, interpreta cada instrucción, lee los datos de memoria que utiliza cada instrucción, ejecuta cada instrucción y almacena el resultado. Tiene asociados una serie de registros que son:
• El contador de programa (PC): indica la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
• El registro de instrucción (RI): almacena la instrucción máquina a ejecutar.
• Registro de estado (RE): almacena información resultante de la ejecución (bits de estado aritméticos, bits de interrupciones, nivel de ejecución, etc.).
• Puntero de pila (SP): permite manejar una pila en memoria principal.
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Funcionamiento de la computadora
• La Entrada/Salida se encarga de hacer la transferencia de información entre la memoria principal o los registros y los periféricos.
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INTERRUPCIONES
Se solicita activando una señal que llega a la unidad de control.
Se solicita activando una señal que llega a la unidad de control.
Consiste en las siguientes operaciones:Consiste en las siguientes operaciones:
•Salva registros del procesador
•Eleva nivel de ejecución del procesador
•Carga nuevo valor en el registro PC
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INTERRUPCIONES
Se generan por diversas razones, que son:Se generan por diversas razones, que son:
•Excepciones de programa: cuando se presentan problemas en la ejecución de un programa: desbordamiento en operaciones aritméticas, división por cero, direccionar una posición de memoria prohibida, otros.
•Interrupciones de Reloj
•Interrupciones de E/S
•Excepciones de Hardware
•Instrucciones de TRAP: permiten que un programa genere una interrupción. Se emplean para solicitar los servicios del Sistema Operativo.
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EL RELOJ
Señal que gobierna el ritmo de ejecución de las instrucciones máquina.
Generador de interrupciones periódicas.
Contador de fecha y hora.
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Jerarquía de Memoria
Reg.
M. cache
Memoria Principal
Disco
Nivel 0
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Gestión HW
Gestión SO
Gestión SO
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Jerarquía de MemoriaValores Típicos
Nivel de Memoria
Capacidad Tiempo de acceso
Tipo de acceso
Registros 64 a 256 bytes 1 a 5 ns. palabra
Caché de memoria principal
8 KB a 2 MB 5 a 20 ns. palabra
Memoria principal
128 MB a 64 GB 60 a 200 ns. palabra
Discos 50 MB a 40 GB 10 a 30 ms. sector
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Memoria Virtual
Utiliza dos niveles de jerarquía:
Memoria Principal
Memoria de Respaldo
-Suele ser el disco, aunque puede ser una memoria expandida.-Es donde se establece un mapa uniforme de memoria virtual.-Es donde se originan los accesos reales.
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Mapa de memoria Virtual(Direcciones generadas por el procesador)
MemoriaSecundaria
(Intercambio)
Memoria Principal
(RAM + ROM)
MMU
Fallo Página
DirecciónVirtual
Dirección Física
Procesador
Fundamento de la Memoria Virtual
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Entrada-Salida• Tiene por objetivo el intercambio de información
entre los periféricos y la memoria o los registros del procesador
Dispositivo
Bus
Memoria
Procesador
Controlador
Registro Control
Registro Estado
Registro datos
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Mecanismos de Protección
•Se comprueba en tiempo de ejecución
•Se basa en mecanismos hardware
•Se comprueba en tiempo de ejecución
•Se basa en mecanismos hardware
-Protección del
Procesador
-Protección de Memoria
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Multiprocesador• Cada procesador ejecuta su propio programa
debiendo todos ellos compartir la memoria principal.
Multicomputadora
• Maquina compuesta por varios nodos, donde cada nodo esta formado por un procesador, su memoria principal, y elementos de E/S.
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