El documento resume los conceptos arquitectónicos básicos de una computadora, incluyendo su estructura y funcionamiento, la jerarquía de memoria, las interrupciones, la concurrencia con el procesador, y los mecanismos de protección. Explica que una computadora está compuesta por una unidad de procesamiento, memoria, unidad de control y E/S, y cómo estas unidades interactúan para procesar datos e instrucciones. También describe los diferentes niveles de memoria, el uso de memoria virtual, y cómo los sistemas operativos gestionan

1. Conceptos Arquitectónicos de la Computadora Sistemas Operativos I Prof. Yanmelia Crespo

2. 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

3. Estructura y Funcionamiento de la Computadora Máquina destinada a procesar datos Procesador Datos Resultados Instrucciones de máquina

4. 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

5. Componentes Básicos de la Computadora UNIDAD DE ENTRADA SALIDA PERIFERICOS Registros U.A.L Unidad de Control Estado Contador de Programa Registro de Instrucción Puntero de pila Memoria Principal Datos Código ROM

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. INTERRUPCIONES Se solicita activando una señal que llega a la unidad de control. Consiste en las siguientes operaciones: Salva registros del procesador Eleva nivel de ejecución del procesador Carga nuevo valor en el registro PC

10. INTERRUPCIONES 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.

11. EL RELOJ Señal que gobierna el ritmo de ejecución de las instrucciones máquina. Generador de interrupciones periódicas. Contador de fecha y hora.

12. Jerarquía de Memoria Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Gestión HW Gestión SO Gestión SO Reg. M. cache Memoria Principal Disco

13. Jerarquía de Memoria Valores 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

14. 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.

15. Mapa de memoria Virtual (Direcciones generadas por el procesador) Memoria Secundaria (Intercambio) Memoria Principal (RAM + ROM) MMU Fallo Página DirecciónVirtual Dirección Física Procesador Fundamento de la Memoria Virtual

16. 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

17. Mecanismos de Protección Se comprueba en tiempo de ejecución Se basa en mecanismos hardware Protección del Procesador Protección de Memoria

18. 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.