Actividad 1-PRESENTACIÓN ANIMADA.pptxPreservación y conservación de los docum...
Trabajo grupal sistema operativo capítulo 2 26 10-2011
2. Ser una unidad con alto prestigio académico, con eficiencia, transparencia y
calidad en la educación, organizada en sus actividades, protagonista del
progreso Regional y Nacional.
Formar profesionales en el campo de la Ciencias Informáticas, que con
honestidad, equidad y solidaridad, den respuesta a las necesidades de la
sociedad elevando su nivel de vida.
5. OPERACIÓN Está compuesto de un CPU y varios manejadores de
DE LOS dispositivo conectados mediante un bus común, que
SISTEMAS DE proporciona acceso a la memoria compartida.
CÓMPUTO
• Cada controlador esta a cargo de un tipo especifico
de dispositivos(unidades de disco, elementos de
audio y pantallas de video).
6. Para que un computador
encienda necesita tener
un programa inicial que
ejecutar o programa de
arranque inicial, tiende a
ser sencillo e inicializa
todo los aspectos del
sistema desde los
registros de la CPU y los
controladores de
dispositivos, hasta los
contenidos de memoria.
7. Las interrupciones son parte importante en la arquitectura de una computadora.
Puede activar una Puede activar
interrupción en una interrupción
cualquier momento ejecutando una
enviando una señal a operación especial
la CPU con frecuencia denominada
mediante el bus del llamada al sistema
sistema. (LLAMADA AL
MONITOR).
Cuando se interrumpe el CPU, se detiene lo que esta haciendo y de
inmediato transfiere la ejecución a una localidad fija. La interrupción
debe transferir el control a la rutina de servicio apropiada.
8. La localidad fija comúnmente contiene la
dirección inicial de al rutina de servicio para la
interrupción. La rutina de la interrupción se
ejecuta al terminar, la CPU continua la tarea
interrumpida
9. La rutina de interrupción se
invoca entonces de manera
indirecta a través de la tabla, sin
La interrupción debe transferir el que se necesite una rutina
control a la rutina de servicio intermedia. Este arreglo de
apropiada. El método directo direcciones, o vector de
para el manejo de esta interrupción se maneja por medio
transferencia consiste en invocar de un índice basado en un numero
a una rutina genérica para que de dispositivo único, el cual se da
examine la información de con la solicitud de la interrupción,
interrupción; esta rutina a su vez para proporcionar la dirección de la
llama al manejador específico de rutina del servicio para el
la interrupción. dispositivo que activa la
interrupción MS-DOS y UNIX
despachan las interrupciones de
esta manera.
10. Después de que se da
servicio a la
En las arquitecturas interrupción la dirección
más recientes se de retorno guardada se
carga en el contador de
almacena la dirección programa y la operación
de retorno en la pila interrumpida continúa
del sistema. como que si la
interrupción no hubiera
ocurrido.
Los sistemas operativos
modernos son activados Por cada tipo de
por interrupciones. Una interrupciones los
trampa es una distintos segmentos
interrupción generada
por el Software, debida
de código en el
a un error por ejemplo sistema operativo
división por cero o un determinan que
acceso invalido a la acción debe tomarse.
memoria.
14. Una interrupción es una suspensión temporal de la ejecución de
un programa, para pasar a ejecutar una subrutina de servicio de
interrupción, la cual, por lo general, no forma parte del programa
(generalmente perteneciente al sistema operativo, o al BIOS).
Luego de finalizada dicha subrutina, se reanuda la ejecución del
programa.
Las interrupciones surgen de las necesidades que tienen los
dispositivos periféricos de enviar información al procesador
principal de un sistema de computación.
Esta situación ocurre como resultado de
un proceso de usuario solicitando una
operación de E/S, hay 2 caminos a seguir:
15. 1) En el caso mas simple, se inicia la
2) La otra posibilidad, determina E/S
operación de E/S, luego al
asíncrona, regresa el control al
terminarla, el control se regresa al
programa de usuario sin esperar que
proceso del usuario, es conocido
se complete la operación de E/S.
como E/S síncrona.
La principal diferencia es , que cuando se inicie una tarea síncrona se debe terminar para empezar otra, mientras que
la asíncrona se pude pausar una tarea y mientras realizas otras.
Proceso solicitante Proceso solicitante
En espera En espera
Manejador de dispositivo Manejador de dispositivo
Manejador de
Manejador de interrupciones
interrupciones
Hardware Hardware
Transferencia Transferencia
de datos de datos
La espera de la terminación de la operación de E/S pueden efectuarse de dos formas:
La instrucción WAIT pone en estado inactivo
La instrucción LOOP un ciclo de espera
17. • DMA significa Acceso Rápido a la Memoria.
• Se refiere a que el controlador del dispositivo
transfiere un bloque completo de datos
directamente desde su propio buffer a la
memoria, o viceversa, sin intervención de la
CPU.
18. • Permite a cierto tipo de componentes de
ordenador acceder a la memoria del sistema
para leer o escribir independientemente de la
CPU principal, en otras palabras permite a
dispositivos de diferentes velocidades
comunicarse sin someter a la CPU a una carga
masiva de interrupciones.
20. Estructura de
almacenamiento
Los programas deben estar en la memoria principal (RAM) para ser
ejecutados, ésta se implementa con una tecnología de
semiconductores llamada DRAM, que forma un arreglo de palabras
en la memoria, cada palabra consta con su propia dirección.
La interacción a direcciones específicas de la memoria
se logra mediante una secuencia de instrucciones
que son
Cargas Almacenamiento
LOAD STORE
Mueve una palabra desde la
Mueve el contenido de un
memoria principal a un
registro a la memoria
registro interno dentro de la
principal.
CPU
21. Un ciclo típico de instrucción-ejecución en un sistema con
arquitectura Von Neumann primero:
Trae una instrucción de la memoria y la almacena en el
Registro de instrucción
Esta instrucción es decodificada, pudiendo hacer que se
traigan operandos de la memoria y que se almacenen en un
registro interno
Luego de que se ejecuta la instrucción sobre los operandos,
este resultado puede ser almacenado nuevamente en la
memoria
22. Desearíamos que los programas y los datos residan en la memoria principal de
forma permanente, pero esto no es posible por las siguientes dos razones:
23. proporcionan
Almacenamiento
secundario
como El requerimiento fundamental
El más común
Una extensión de la
memoria principal es
Que sea capaz de retener
grandes cantidades de datos de
manera permanente
Hasta que se
El cual puede cargan a la
Disco almacenar memoria
magnético programas y
datos.
25. La memoria principal y los registros incorporados en el
procesador son los únicos medios a los que la CPU
puede acceder de manera directa. Por lo que, cada
instrucción en ejecución, y cada dato que esté siendo
utilizado, debe estar en alguno de los dispositivos de
almacenamiento de acceso directo.
Si los datos no están en la memoria, deben ser
transferidos ahí antes de que la CPU pueda operar
sobre ellos
Para que exista un acceso adecuado a los dispositivos de E/S, en muchas
computadoras de manejan las operaciones con mapeo de memoria.
Este método es apropiado para dispositivos que tienen tiempos de
respuesta cortos, como los controladores de video.
26. Las operaciones de E/S con mapeo en memoria también son
adecuadas para otros dispositivos, como los puertos en serie y
paralelos empleados para conectar el modem o la impresora a la
computadora.
La CPU transfiere datos a través de estos dispositivos leyendo y
escribiendo algunos registros del dispositivo, que se denominan
puerto de E/S.
27. • Para enviar una cadena larga de byte a través de un
puerto en serie con mapeo en memoria, la CPU
. escribe un byte de datos en el registro de datos
• Luego se activa un bit en el registro de control para
señalar que el byte está disponible.
.
• El dispositivo toma el byte de datos, y luego apaga el bit en el
registro de control para señalar que esta listo para el siguiente
. dato.
28. Luego, la CPU puede transferir el siguiente byte. Si la CPU emplea
un escrutinio para vigilar el bit de control, dando vueltas
constantemente para ver si el dispositivo está listo, este método de
operación se denomina operación de E/S programada
(programmed I/O, PIO).
Si la CPU no hace un escrutinio del bit de control, sino que en su
lugar recibe una interrupción cuando el registro está listo para el
siguiente byte, la transferencia de datos se dice que es activada
por interrupciones.
29. A la memoria principal se accede mediante una transacción sobre
el bus de la memoria.
Los accesos a la memoria pueden tomar muchos ciclos para
completarse, en cuyo caso el procesador necesita detenerse, ya
que no tiene los datos requeridos para completar la instrucción
que está ejecutando.
Esta situación es intolerable debido a la frecuencia de los accesos a
la memoria.
El remedio consiste en agregar una memoria rápida entre la CPU y
la memoria principal.
31. Mayor parte de almacenamiento
secundario.
Diámetro del plato del disco (1.8 a 5.25 pl.)
La información se almacena grabando
magnéticamente en los platos.
Una cabeza de lectura-escritura. Las
cabezas están unidas a un brazo de
disco, el cual mueve todas las cabezas
como una unidad.
La superficie del plato está dividida
en pistas circulares, las cuales se
dividen en sectores. El conjunto de
pistas forman un cilindro.
32. La tasa de transferencia es la tasa a la cual los datos
fluyen entre la unidad y la computadora.
El tiempo de posicionamiento (tiempo de acceso
aleatorio) consta de tiempo aleatorio, tiempo de
búsqueda y latencia rotacional.
Una unidad de disco está conectada por un bus de
E/S. Las transferencias de datos se llevan a cabo de
controladores.
Para realizar una operación de E/S a disco, la computadora
coloca un comando en el controlador anfitrión, empleando
puertos de E/S mapeados en memoria.
38. El almacenamiento en cache es un principio importante en los
sistemas de cómputos.
La información se mantiene normalmente en algún sistema de
almacenamiento como la memoria Principal. A medida que se utiliza,
se copia en un sistema de almacenamiento mas rápido - LA CACHE
bajo una base temporal.
También existen caches que se implementan totalmente en
hardware.
No tomamos estas caches que son solo del tipo de hardware
ya que están fuera del control del sistema operativo.
Debido a que las caches tienen un tamaño limitado, la
administración de la cache es un problema de diseño
importante.
39. En el nivel mas alto, el sistema operativo puede mantener en la memoria principal una
cache de datos del sistema de archivos.
Asimismo , los discos RAM electrónicos también conocidos como disco de estado solido
pueden ser usados para almacenamiento de alta velocidad, y que se accede mediante
la interfaz del sistema de archivos.
El grueso del almacenamiento secundario se encuentra en discos magnéticos, el cual, a
su vez se respalda en cintas o en discos removibles como protección contra la perdida
de datos en caso de una falla del disco duro.
Generalmente la transferencia de
El movimiento de información entre datos desde la cache a la CPU y los
los niveles de una jerarquía de registros es una función de hardware,
almacenamiento puede ser explicito o sin intervención del sistema operativo
implícito, dependiendo del diseño del
POR EJEMPLO Por, lo contrario, la transferencia de
hardware y del software de control del datos del disco a la memoria
sistema operativo. normalmente se controla por el
sistema operativo.
41. En una estructura jerárquica de
almacenamiento, los mismos datos
pueden aparecer en diferentes niveles
del sistema de almacenamiento.
La situación se vuelve más complicada
en un entorno de multiprocesadores en
donde la CPU también contiene una
cache local. Esto se denomina
Coherencia de Caches y por lo regular
es un problema de hardware.
42. Debido a que las diversas CPU
pueden ejecutar de manera
concurrente, debemos asegurarnos
que una actualización en una cache
se vea reflejado de inmediato en las
otras caches. A todo esto seles
denomina Coherencia de cahes
43. La coherencia de cache hace
referencia a la integridad de los datos
almacenados en las caches locales
de los recursos compartidos. La
coherencia de la cache es un caso
especial de la coherencia de
memoria.
La coherencia de la cache intenta
administrar conflictos y mantener
consistencia entre las caches y la
memoria.
45. La multiprogramación mejoro la utilización del sistema pero esto
incremento problemas. Cuando había un error en un programa, todos los
demás se veían afectados, por esto la computadora debe ejecutar solo un
proceso a la vez.
El hardware detecta muchos errores de programación
Estos errores son maneja el sistema operativo
¿Y si falla un programa?
El hardware activa una trampa
La trampa transfiere el control mediante un vector de interrupción al sistema
operativo.
Este cierra anormalmente el programa
Se proporciona un mensaje de error y se puede hacer un vaciado en la
memoria del programa.
47. Un bit denominado bit de modo, se agrega al hardware de la
computadora para indicar el modo en que está operando:
monitor(0) o de usuario(1).
El modo dual de operación proporciona los medios para proteger al
sistema operativo de usuarios errantes, y a los usuarios errantes entre sí.
Se logra esta protección designando como instrucciones privilegiadas a
algunas de las de la máquina que pueden causar daño. El hardware
permite que las instrucciones privilegiadas se ejecuten sólo en modo de
monitor. Si se intenta ejecutar una instrucción privilegiada en modo de
usuario, el hardware trata a la instrucción como ilegal y activa una
trampa al sistema operativo.
La falta de un modo dual puede provocar serias deficiencias en un
sistema operativo.
Las versiones más recientes y avanzadas de CPU de Intel, como
Pentium, proporcionan una operación en modo dual. Como resultado,
los sistemas operativos más recientes como Windows NT y OS/2 de IBM
aprovechan esta característica y proporcionan mayor protección al
sistema operativo.
49. • Un programa de usuario
puede alternar la
operación normal del
sistema emitiendo
instrucciones de entrada y
salida accediendo a
localidades de memorias
dentro del sistema
operativos.
50. • Para impedir que un
usuario realice
operaciones de ES
ilegales se define que
todas las instrucciones
sean privilegiadas.
• De esta forma los
usuarios no pueden
emitir instrucciones.
51. • Si la computadora se
ejecuta en modo usuario
cuando ocurra una
interrupción o trampa se
cambiara a modo monitor
saltando la dirección
determinada en el vector
de interrupción.
53. • Deberá de proveer protección a la memoria al
menos para el vector de interrupciones y a las
rutinas de servicio de interrupción.
• Con el objeto de proteger a la memoria, se ha
agregado dos registros que determinen el rango de
direccionamiento legal que un programa pueda
accesar:
• Registro de base.- Contiene la dirección física legal
mas pequeña de la Memoria.
• Registro límite.- Posee el tamaño del rango
55. La protección * mediante *
Hardware CPU * comparando *
cada dirección…
Cuando se ejecuta en modo
monitor, el SO tiene acceso no
restringido a ambas áreas de
memoria: la del monitor y la del
usuario.
Las instrucciones de carga para
los registros: base y límite son
instrucciones privilegiadas.
57. • Timer ( Cronometro)– interrumpe a la computadora después de
un periodo especifico para asegurar que el sistema operativo
mantiene el control.
– El cronometro es decrementado en cada tick del reloj.
– Cuando el cronometro alcanza el valor 0, una interrupción
ocurre.
• El cronometro es comúnmente utilizado para implementar
Tiempo Compartido.
• El cronometro también es usado para computar el tiempo actual.
• La carga del cronometro es una instrucción privilegiada.
59. El desarrollo de la multiprogramación
y el tiempo compartido, donde los
recursos del sistema de computo se
comparten entre muchos diferentes
programas y procesos Este esquema soporta el
Para mantener el control existe el concepto de
Instrucciones instrucciones
modo dual( modo usuario y
privilegiadas privilegiadas
modo de monitor).
Las halt es privilegiada; un programa nunca
podrá detener la computadora.
La operación de apagar y encender; ya que las Como las operaciones de E/S son
operaciones del temporizador y de las privilegiadas el usuario debe pedir
operaciones de entrada y salida dependen de
la habilidad de responder correctamente a las al monitor que la realice por el.
interrupciones
A esta solicitud se la conoce
como llamada al sistema(
La llamada a sistema tiene por lo general forma de también llamada al monitor o
una trampa con referencia a una localidad especifica llamada a función del sistema
operativo).
del vector de interrupción.
61. • Un sistema de computación moderno consiste de
uno o más procesadores, memoria principal, relojes,
terminales, discos, interfaces de red y otros
dispositivos de entrada/salida.
• Sin embargo, hardware sin software es simplemente
inútil. Para que una computadora empiece a
funcionar necesita tener un programa iniciar que
ejecute
• El programa de arranque debe saber como cargar el
sistema operativo y empezar ejecutar dicho
programa.
62. • Cuando se interrumpe a la CPU, esta detiene
lo que esta haciendo y de inmediante
transfiere la ejecución a una localidad fija.
• La ocurrencia de un evento generalmente esta
esta señalada por una interrupción, ya sea del
hardware o del software
• Las interrupciones son una parte importante
de la arquitectura de una computadora.
64. Un sistema moderno de computo de propósito general esta compuesto de una
CPU y varios manejadores de dispositivos conectados mediante un bus común
que proporciona acceso a la memoria compartida.
La CPU y los manejadores pueden operar de manera concurrente compitiendo
por ciclos de la memoria. Que asegura un acceso ordenado a la memoria
compartida.
Para que una computadora comience a funcionar se necesita un programa
inicial que ejecutar a este programa se lo llama programa de arranque inicial
(bootstrap) este inicializa todos los aspectos del sistema, desde los registros de
la CPU.
El software puede activar una interrupción ejecutando una operación
denominada llamada al sistema o llamada al monitor
65. La interrupción debe transferir el control a la rutina de servicio apropiada la
rutina de interrupción se invoca entonces de manera indirecta a través de
la tabla sin que necesite una rutina intermedia.
La arquitectura de interrupciones debe guardar la dirección de las
instrucciones interrumpidas . Muchos diseños antiguos solo almacenaban
la dirección de la interrupción en una localidad fija o en una localidad cuyo
índice esta determinado por el numero de dispositivos
67. Estructura de E/S
Un controlador de
dispositivo mantiene un
Un sistema de computo almacenamiento de buffer
consta de un CPU y varios local y un conjunto de
controladores de dispositivo registros de propósito
que están conectado especial. El controlador es
mediante un bus común responsable de mover los
datos entre los dispositivos
periféricos que controla y su
buffer local.
69. Interrupciones
Interrupciones
de E/S
de E/S
Para inicial una operación de E/S
la CPU carga los registros
apropiados dentro del manejador Una vez que inicia
de dispositivos. A su vez el la operación de E/S
controlador examina los hay dos caminos a
contenidos de estos registros seguir.
para determinar que acción
tomar.
Se inicia la operación de Regresa el control al
entrada y salida luego al programa del usuario sin
terminar el control se esperar que se complete
regresa al proceso la operación de E/S, es
usuario, es conocido E/S conocida como asíncrona
síncrona
71. DIRECT MEMORY ACCESS ACCESO DIRECTO A MEMORIA
La estructura DMA permite a cierto tipo de componentes de ordenador acceder
a la memoria del sistema para leer o escribir independientemente de la CPU
principal. Muchos sistemas hardware utilizan DMA, incluyendo controladores de
unidades de disco, tarjetas gráficas y tarjetas de sonido. DMA es una
característica esencial en todos los ordenadores modernos, ya que permite a
dispositivos de diferentes velocidades comunicarse sin someter a la CPU a una
carga masiva de interrupciones.
Una transferencia DMA consiste principalmente en copiar un bloque de
memoria de un dispositivo a otro. En lugar de que la CPU inicie la transferencia,
la transferencia se lleva a cabo por el controlador DMA. Un ejemplo típico es
mover un bloque de memoria desde una memoria externa a una interna más
rápida. Tal operación no ocupa al procesador y como resultado éste puede ser
planificado para efectuar otras tareas. Las transferencias DMA son esenciales
para aumentar el rendimiento de aplicaciones que requieran muchos recursos.
73. Los programas deben estar en la memoria
principal(RAM) para ser ejecutadas, es la
única área grande de almacenamiento a la q
el procesador tiene acceso directamente.
Un ciclo de instrucción – ejecución, puesto en
marcha en un sistema con arquitectura Von
Neumann, primero traerá una instrucción de
la memoria y lo almacenara en el registro de
instrucción.
74. La instrucción es decodificada y puede hacer
que se traigan operandos de las memoria y
se almacenen en un registro interno.
Después, el resultado puede ser almacenado
nuevamente en la memoria.
Idealmente, desearíamos que los programas
residieran en la memoria principal de
manera permanente.
Este arreglo no es posible por las siguientes
razones:
75. 1. La memoria principal por lo general es
demasiado pequeña para que pueda
almacenar todos los programas y datos.
2. Es un dispositivo de almacenamiento volátil
que pierde su contenido cuando se
interrumpe la energía de alguna manera.
Por lo tanto, la mayoría de los sistemas de
computo proporcionan un almacenamiento
secundario como una extensión de la
memoria principal.
76. El dispositivo de almacenamiento secundario
mas común es el Disco Magnético .
Muchos programas utilizan el disco como fuente
y como destino de la información para su
procesamiento.
Existen también la memoria caché, el CD-ROM,
las cintas magnéticas, etc.
Cada sistema proporciona las funciones básicas
de un dato y de mantención de dicho dato.