Arranque y activación del sistema operativo

1. ARQUITECTURA VON NEUMANN

2. ARQUITECTURA VON NEUMANN
 El computador está compuesto por los elementos siguientes:
 Un procesador, una memoria, unidades de E/S y un sistema de interconexión.
 Todos estos elementos están presentes en la arquitectura Von Neumann.

3. VON NEUMANN ZU MARGARITTA
(28 DE DICIEMBRE DE 1903 - 8 DE FEBRERO DE 1957)
 Húngaro-estadounidense que realizó contribuciones importantes en física cuántica, análisis
funcional, teoría de conjuntos, ciencias de la computación, economía, análisis
numérico, cibernética, hidrodinámica (de explosiones), estadística y muchos otros campos de
la matemática.

4. APORTES
 Un niño prodigio que estudió matemáticas y química en su ciudad natal, Berlín y Zurich.
 Recibió su doctorado en matemáticas de la Universidad de Budapest a los 23 años.
 Fue profesor en Berlín y Hamburgo en los años 20.
 Von Neumann escribió 150 artículos que fueron publicados mientras vivía, 60 de matemáticas puras, 20
de física, y 60 de matemáticas aplicadas. Su último trabajo, publicado en forma de libro como "El
ordenador y el Cerebro", da una indicación de la dirección de sus intereses en el momento de su muerte.
 Es considerado el padre de la teoría de juegos y publicó el clásico libro Theory of games.
 Fue pionero de la computadora digital moderna y de la aplicación de la teoría de operadores a
la mecánica cuántica.
 Trabajó con Eckert y Mauchly en la Universidad de Pennsylvania, donde publicó un artículo acerca del
almacenamiento de programas.
 El concepto de programa almacenado permitió la lectura de un programa dentro de la memoria de
la computadora, y después la ejecución de las instrucciones del mismo sin tener que volverlas a escribir.

5. VON NEUMANN ZU MARGARITTA
(28 DE DICIEMBRE DE 1903 - 8 DE FEBRERO DE 1957)
 En 1955, von Neumann fue diagnosticado de cáncer de páncreas y murió un año y medio más tarde.

6. ARQUITECTURA VON NEUMANN
 En una máquina Von Neumann, la manera de procesar la información se especifica mediante un
programa y un conjunto de datos que están almacenados en la memoria principal.

7. INSTRUCCIONES
 Los programas están formados por instrucciones simples, denominadas instrucciones máquina. Estas
instrucciones son básicamente de los tipos siguientes:
 Transferencia de datos (mover un dato de una localización a otra).
 Aritméticas (suma, resta, multiplicación, división).
 Lógicas (AND, OR, XOR, NOT).
 Ruptura de secuencia (salto incondicional, salto condicional, etc.).

8. LA ARQUITECTURA VON NEUMANN SE BASA EN TRES PROPIEDADES:
 1) Hay un único espacio de memoria de lectura y escritura, que contiene las instrucciones y los datos
necesarios.
 2) El contenido de la memoria es accesible por posición, independientemente de que se acceda a datos
o a instrucciones.
 3) La ejecución de las instrucciones se produce de manera secuencial: después de ejecutar una
instrucción se ejecuta la instrucción siguiente que hay en la memoria principal, pero se puede romper la
secuencia de ejecución utilizando instrucciones de ruptura de secuencia.

9. OBJETIVO DE LA ARQUITECTURA VON NEUMANN
Construir un sistema flexible que permita resolver diferentes tipos de problemas.
Para conseguir esta flexibilidad, se construye un sistema de propósito general que se pueda
programar para resolver los diferentes tipos de problemas.
Para cada problema concreto se define un programa diferente.

10. SISTEMA DE INTERCONEXIÓN
 El medio de interconexión habitual en la arquitectura Von Neumann es el bus, un medio de
comunicación compartido o multipunto donde se conectan todos los componentes que se quiere
interconectar. Como se trata de un medio compartido, es necesario un mecanismo de control y acceso al
bus. El sistema de interconexión es necesario pero generalmente no se considera una unidad funcional
del computador.

11. ARQUITECTURA HARVARD
 La organización del computador según el modelo Harvard, básicamente, se distingue del modelo Von
Neumann por la división de la memoria en una memoria de instrucciones y una memoria de datos, de
manera que el procesador puede acceder separada y simultáneamente a las dos memorias.

12. ARQUITECTURA HARVARD
 El procesador dispone de un sistema de conexión independiente para acceder a la memoria de
instrucciones y a la memoria de datos.
 Cada memoria y cada conexión pueden tener características diferentes; por ejemplo, el tamaño de las
palabras de memoria (el número de bits de una palabra), el tamaño de cada memoria y la tecnología
utilizada para implementarlas.
 Debe haber un mapa de direcciones de instrucciones y un mapa de direcciones de datos separados.

13. ARRANQUE Y ACTIVACIÓN DEL SISTEMA OPERATIVO

14. ARRANQUE Y ACTIVACIÓN
 El arranque de una computadora actual tiene dos fases:
 La fase de arranque del hardware
 La fase de arranque del SO
S.O
(Wnd, Linux, Mac OS X)
HDD
RAM
Test del Hardware
S.O.
-Test del sistema de
archivos
-Creación de ED internas
- Completa carga del SO
residente
- Creación de proceso
login
CPU
ROM
Carga en memoria del
cargador del SO
Bajo el control del
Inicador ROM
Carga en
memoria
Componentes
del SO
Bajo el control del
Cargador del SO
Inicialización bajo el control
de la parte residente del SO
Arranque del Hardware Arranque del SO

15. SUMUNISTRO DE ENERGIA
 Cuando pulsamos el botón de encendido situado en la parte frontal del ordenador lo que
hacemos es
permitir conectar la fuente de alimentación del PC y que la corriente llegue a la placa base y
también al
microprocesador, ventiladores, lectores ópticos, discos duros y demás dispositivos conectados.

16. LA BIOS
 El microprocesador se inicia y carga la BIOS en memoria o directamente lee la ROM (EEPROM) y la
ejecuta desde ahí.
 La BIOS es un programa (un software) integrado en la EEPROM cuya principal finalidad es configurar y
detectar los dispositivos conectados al ordenador para posteriormente cargar el sistema operativo en
memoria.

17. ARRANQUE Y ACTIVACIÓN
 Los programas en ROM en el arranque de la computadora realizan tres cosas:
 Una comprobación del sistema, que sirve para detectar sus características (cantidad de memoria,
periféricos instalados, etc.) y comprobar si funcionan correctamente.
 Fase de lectura y almacenamiento en memoria del programa cargador del SO.
 Finalmente cede el control al programa recién cargado en memoria. El cargador del SO es
independiente del SO.
 En el caso de una PC, la ROM también contiene el software de E/S llamado BIOS.
 Firmware que contiene los procedimientos para leer y escribir de disco, leer caracteres del teclado y
escribir en la pantalla. (funcionalidades)

18. ARRANQUE Y ACTIVACIÓN
 En el arranque del SO incluye las operaciones de:
 Comprobación del sistema.
 Se completan las pruebas del hardware realizadas por la ROM.
 Se comprueba si el sistema de archivos tiene un estado coherente.
 Se establecen las estructuras de datos (ED) propias del SO para almacenar información
referente a: tablas de procesos, tablas de memoria, E/S, etc.
 Se carga en memoria principal aquella parte del SO que ha de estar siempre presente en
memoria (SO residente).
 Se crea un proceso de login (inicio) por cada sesión en el sistema

19. CARGADOR DEL SISTEMA OPERATIVO
 Un cargador de arranque, también llamado gestor de arranque, es un pequeño programa que carga el sistema operativo de
un ordenador en la memoria.
EN WINDOWS:
 El Administrador de arranque de Windows (BOOTMGR, Windows Boot Manager) controla varios pasos.
Por ejemplo, si hay más de un OS en el disco, BOOTMGR permite que el usuario elija cuál desea usar.
Si no hay otros sistemas operativos, o si el usuario no hace una selección antes de que caduque el temporizador, se da
lo siguiente:
1. WinLoad utiliza la ruta especificada en BOOTMGR para buscar la partición de arranque.
 2. WinLoad carga dos archivos que constituyen el núcleo de Windows : NTOSKRNL.EXE y HAL.DLL.
 3. WinLoad lee los archivos del registro y carga los controladores de dispositivos
EN LINUX:
 LILO (LInux LOader)
 LOADLIN (LOAD LINux).
 GRUB (GRand Unified Bootloader), que se usa con Red Hat Linux.
Ver_ https://www.ibm.com/developerworks/ssa/linux/library/l-lpic1-v3-102-2/index.html

20. ARRANQUE Y ACTIVACIÓN
 Una vez cargado el SO, la acciones que activan su
ejecución son:
 Llamadas al sistema emitidas por los programas.
 Interrupciones emitidas por los periféricos.
 Condiciones de excepción o error del hardware.
 En todos los casos anteriores se deja de ejecutar el
proceso en ejecución y se entra a ejecutar el SO.

21. ARRANQUE Y ACTIVACIÓN
 Secuencia de sucesos en una llamada al sistema:
 El programa de usuario entra en el kernel por una trampa
(trap).
 El SO determina el número de servicio requerido.
 El SO invoca el procedimiento de servicio.
 Devuelve el control al programa de usuario.
Programa de usuario 2
Programa de usuario 1
Llamada al kernel
1
2
3
4
Tabla de despacho
Procedimiento
de servicio
Los programas de
usuario se ejecutan
en modo usuario.
El sistema operativo
se ejecuta en modo
de kernel
Memoria principal

22. CICLO DE EJECUCIÓN
Ejecutar un programa consiste en ejecutar una secuencia de instrucciones, de manera que cada instrucción
lleva a cabo un ciclo de ejecución.
Esta secuencia de instrucciones no será la secuencia escrita que hacemos de un programa, sino la secuencia
temporal de ejecución de las instrucciones considerando las instrucciones de salto.

23. CICLO DE EJECUCIÓN
 El ciclo de ejecución es la secuencia de operaciones que se hacen para ejecutar cada una de las
instrucciones y lo dividiremos en cuatro fases principales:
 1) Lectura de la instrucción.
2) Lectura de los operandos fuente.
3) Ejecución de la instrucción y almacenamiento del operando destino.
4) Comprobación de interrupciones.

24. DIFERENCIAS EN LAS FASES DEL CICLO DE EJECUCIÓN
 Las fases del ciclo de ejecución son comunes en la mayoría de los computadores actuales y las
diferencias principales se encuentran en el orden en el que se llevan a cabo algunas de las operaciones
de cada fase o en el que se hacen algunas de las operaciones en otras fases.

25. TIPOS DE INSTRUCCIONES
 En general, los códigos de operación de un juego de instrucciones varían de una máquina a otra, pero
podemos encontrar los mismos tipos de instrucciones en casi todas las arquitecturas y los podemos
clasificar de la manera siguiente:
 Transferencia de datos
 Aritméticas
 Lógicas
 Transferencia del control
 Entrada/salida
 Otros tipos