Curso de sistemas operativos de hardware y software.pdf

Curso de sistemas operativos amplio, con gran información y de aplicación a la vida real.

1. Contenido
Objetivos de Aprendizaje
Esteaprendizajetendrá:
•Describirloselementosbásicosdeunsistemadecómputoysu
interrelación
•Explicarlospasosllevadosacaboporunprocesadorparaejecutar
unainstrucción
•Comprenderelconceptodelasinterrupcionesycómoyporquéun
procesadorusainterrupciones
•Listarydescribirlosnivelesjerárquicosdememoriaenun
computador
•Explicarlascaracterísticasbásicasdeunmultiprocesadorymulticore

2. Propósitodelsistemaoperativo
Un sistema operativo tiene como propósito
•Compartir eficientemente los recursos del computador entre los
usuarios y los procesos
•¿Pero cuáles son esos recursos?
•Procesador. ¿Para qué? Ejecutar procesos
•Dispositivos de almacenamiento. ¿Para qué? Almacenar procesos, programas,
archivos
•Módulos de Entrada/Salida(I/O). ¿Para qué? Mover datos desde afuera del PC
y hacia el PC y viceversa
•Bus del sistema ¿Para qué? Proveer comunicación entre todas las partes del
PC

3. Diagrama de los principales componentes de un PC

4. Esquema a alto nivel de la CPU

5. Esquema a alto nivel de la memoria volátil

6. Evolución del microprocesador
•El gran avance en la computación
fue llevar un gran computador a una
pastilla de silicio
•Al reducir el tamaño se logró:
•Reducir tiempos de ejecución
•Reducir consumos de energía
•Costos de producción

7. Evolución del microprocesador
•Los multicore incrementan el
número de unidades de
procesamiento por procesador,
2, 4 u 8 cores y cada core capaz
de correr dos hilos de ejecución

8. Evolución del microprocesador
•Los multicore incrementan el
número de unidades de
procesamiento por procesador,
2, 4 u 8 cores y cada core capaz
de correr dos hilos de ejecución
•Graphical Processing Units
(GPUs)
•Procesadores manycore
•Procesan una instrucción
sobre muchos datos
(arquitectura Single
Instruction –Multiple Data)
•Uso inicial, procesamiento de imágenes.
Hoy en día se usa en muchas otras áreas

9. Comparación entre multicore y manicore
CPU/GPU Architecture Comparison

10. Evolución del microprocesador
•Systemon a Chip (SoC)
•Orientado a dispositivos de
mano (handhelddevices) donde
CPUs, caches, GPUs,
dispositivos de I/O están en una
misma “pastilla”

11. Ejecución de instrucciones
•Los programasde computador se encuentran en un medio de
almacenamiento permanente y su funcionamiento se define a través
de instruccionesdel procesador. Una vez este programa se carga en
memoria se le denomina proceso.

12. Ejecución de instrucciones
La ejecución de instrucciones se ha
dividido en etapas o fases
•Hay dos etapas, recuperar
(fetch) y ejecutar (execute)
•La razón por la cual se puede
llegar a un estado halt o
detención es
•El procesador no recibe
energía
•Se alcanza una instrucción
para detener el programa e.g.
exit()
•Aparece un error
irrecuperable

13. Ejecución de instrucciones
•Al comienzo de cada ciclo instrucción el procesador recupera una
Instrucción
•El contador del programa (PC –program counter) contiene la
dirección de la próxima instrucción a recuperar
•Las instrucciones se encuentran en direcciones de memoria contiguas
luego el PC incrementa su valor de forma constante

14. Ejecución de instrucciones
•La próxima instrucción a ejecutar se almacena en el instruction
register (IR). Esta info la lee el procesador y ejecuta la operación
codifica dentro del registro.
•Las instrucciones a ejecutar por un procesador caen en una de estas
cuatro categorías
• Procesador-memoria.Datos que se transfieren del procesador
(registro) a memoria
•Procesador-I/O. Datos que se transfieren hacia o desde un periférico
•Procesamiento de datos. Ejecución de tareas aritmético lógicas
•Control. Instrucción que índice que la secuencia de instrucciones se
altera

15. Características de una máquina hipotética

16. Características de una máquina hipotética
•Registros son de tamaño 16 bits
•El formato de una instrucción se
codifica: 4 bits para indicar el
tipo de operación y 12 bits para
indicar una dirección de
memoria
•Los enteros se codifican: 1 bit
para el signo y 15 bits para el
valor del entero

17. Trabajo de un procesador

18. Ejercicio

19. Ejercicio resuelto

20. Interrupciones

21. Algunas interrupciones

22. Flujo de programa sin interrupciones

23. Flujo de programa con interrupciones (operación I/O corta y larga)

24. Flujo de programa con interrupciones (operación I/O corta y larga)

25. Interrupciones y el ciclo de instrucción

26. Comparación del procesamiento de operaciones de I/O sin interrupciones

27. Comparación del procesamiento de operaciones de I/O con interrupciones

28. Comparación del procesamiento de operaciones de I/O sin y con interrupciones

29. Procesamiento de interrupciones

30. Pasos ejecutados antes de pasar control a la rutina de
interrupción

31. Pasos ejecutados después de terminar la
rutina de interrupción

32. Múltiples interrupciones

33. Múltiples interrupciones -Otra posibilidad

34. Representación gráfica del ejemplo anterior

35. Jerarquía de memoria

36. Jerarquía de memoria

37. Jerarquía de memoria

38. Jerarquía de memoria -Ejemplo

39. Jerarquía de memoria -Ejemplo

40. Jerarquía de memoria

41. Memoria caché

42. Principios de la memoria caché

43. Múltiples niveles de caché

44. Estructura de memoria caché/principal

45. Estructura de memoria caché/principal

46. Operación de lectura de la caché

47. Diseño de caché

48. Diseño de caché

49. Diseño de caché

50. Memoria de acceso directo

51. Memoria de acceso directo

52. Memoria de acceso directo

53. Memoria de acceso directo

54. Memoria de acceso directo

55. Memoria de acceso directo

56. Memoria de acceso directo

57. Memoria de acceso directo

58. Organización del multiprocesador y multicore

59. Organización del multiprocesador y multicore

60. Organización del multiprocesador y multicore

61. Multiprocesadores simétricos

62. SMP de forma gráfica

63. Multiprocesadores simétricos

64. Organización de los SMP

65. Computadores multicore

66. Proceso

67. Proceso

68. Gestión de memoria

69. Gestión de memoria

70. Gestión de memoria en gráficas (I)

71. Memoria virtual

72. Memoria virtual