3 Aula Revisão Hardware 2012 2 Pansani

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Sistemas Operacionais

Sistemas Operacionais

Revisão Sobre Hardware

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• Um SO está intimamente ligado ao hardware do computador onde ele é executado.

• Para funcionar ele deve ter um grande conhecimento sobre esse hardware.

• Por isto estudaremos um pouco de como o hardware é encontrado em nossos

computadores pessoais modernos.

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• Conceitualmente um computador pessoal simples pode ser abstraído para o modelo:

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• Onde, a CPU, a memória e os dispositivos E/S estão todos conectados a um barramento, que proporciona a comunicação de uns com os

outros.

• Na verdade estes barramentos e este arranjo é muito mais complexo que isto, mas este não é o foco da disciplina.

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• É o “cérebro” do computador.

• Busca instruções na memória e as executa, o ciclo básico é:

– Buscar a 1ª instrução na memória

– Decodificá-la para determinar seus operandos e a operação a executar com eles

– Executá-la

– Buscar e decodificar instruções subsequentes, – Este ciclo é repetido até que o programa pare.

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• Tempo de acesso a memória para buscar uma instrução ou operando é menor que o tempo para executá-la. Por isso as CPUs tem

registradores internos para armazenamento de variáveis e resultados temporários.

• Além destes registradores há também alguns especiais:

– Contador de programa: contém o endereço de memória da próxima instrução a ser executada.

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– Ponteiro de pilha: aponta para o topo da pilha atual na memória, essa por sua vez contem uma estrutura para cada rotina chamada que ainda não encerrou. (parâmetros de entrada, variáveis locais e variáveis temporárias que não são mantidas nos registradores)

– PSW (Program Status Word): contém bits do código de condições, os quais são alterados por instruções de comparação ou pelo nível de

prioridade da CPU (modo usuário ou núcleo) e outros bits de controle.

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• Para melhorar o desempenho as CPUs

também são dotadas de um sistema chamado

pipeline que é quando o sistema possui

unidades separadas para busca, decodificação e execução de instruções. Enquanto uma

instrução n é executada, uma segunda

instrução n+1 é decodificada e uma outra instrução n +2 esta sendo trazida.

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• Multithread, outro artifício para se ganhar velocidade, permitir que a CPU mantenha o estado de dois threads diferentes, exemplo uma thread precisa ler dados da memória (demora) assim a CPU comuta para outra thread.

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• Multinúcleo: além de permitir várias threads dentro de um núcleo outro artifício para se

ganhar desempenho é fazer chips de CPU com dois ou processadores completos

internamente.

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• O segundo componente principal em qualquer computador;

• Idealmente a memória deveria ser bastante rápida (mais veloz que a execução de uma

instrução, para que a CPU não fosse atrasada pela memória), além de muito grande e

barata.

• Nenhuma tecnologia atual atinge esses objetivos.

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• Sendo assim uma abordagem em camadas hierárquicas tem sido adotada:

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• Onde a camada superior tem mais velocidade, menor capacidade e maior custo e a mais

baixa tem características inversas grande capacidade, baixo custo e velocidade.

• Registradores: internos a CPU e feitos com o mesmo material dela, sendo assim são tão rápidos quanto ela.

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• Cache: memórias que estão normalmente dentro da CPU ou muito próximas a ela, servem para

guardar informações usadas muito frequentemente pela CPU.

– Dividida em níveis,

– L1: sempre dentro da CPU, menor, mais rápida,

armazena instruções decodificadas para execução da CPU.

– L2: as vezes dentro da CPU as vezes não, maior (MBs), um pouco mais lenta, armazena informações usadas recentemente.

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• RAM: memória principal, centenas me MBs

ou GBs. As requisições da CPU que não podem ser atendidas pela cache vão para a memória principal.

• ROM, EEPROM, flash RAM: memórias de acesso aleatório não voláteis, tempo de escrita maior, exemplo BIOS, boot.

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• A camada seguinte disco magnético (disco rígido), custo de armazenamento por bit

muito mais barato, capacidade muito maior, porém o tempo de acesso é normalmente três vezes mais lento, devido a ser um dispositivo mecânico.

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• A última camada da hierarquia de memória;

• Meio muito utilizado como cópia de segurança de discos magnéticos que abriga grandes

quantidade de dados.

• Comuns a grandes empresas normalmente para backup de banco de dados;

• Sua grande vantagem é um custo muito baixo.

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• Os dispositivos E/S interagem intensivamente com o SO, eles são compostos normalmente pelo controlador e pelo próprio dispositivo. • O controlador é um chip ou um conjunto de

chips que serve para controlar fisicamente o dispositivo. Ele recebe comandos do SO como por exemplo ler e gravar dados.

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• O dispositivo real. Os dispositivos reais

possuem interfaces relativamente simples, pois isso ajuda na padronização dos

dispositivos.

Exemplo: um controlador IDE (integrated drive eletronics) tem de ser capaz de controlar

qualquer disco IDE.

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• Uma vez que cada controlador é diferente, diferentes programas são necessários para controlá-los esses programas são chamados de drivers de dispositivo.

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• É o percurso entre dois ou mais componentes de um computador, também chamado de bus. • Possuem componentes para os dispositivos se

conectarem, esses componentes são normalmente chamados de slots.

• Os mais comuns são o PCI, PCI Express, USB, SCSI, IEEE 1394, etc.

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• Quando ligamos nosso computador um programa é executado, ele fica armazenado em uma memória ROM e é responsável por examinar o hardware do sistema e garantir que tudo está funcionando.

• Para isso é realizado um teste chamado POST (Power On Self Test) que verifica CPU, memória, BIOS e todos os componentes internos.

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• Após feito estes testes, se tudo estiver funcionando um outro programa residente em disco rígido é chamado, o bootstrap loader (sistema de inicialização).

• Este consiste em um pequeno programa que tem por função carregar o SO que está no HD para a memória principal para que o SO comece a operar.