Investigación de Sistemas Operativos Abiertos Universidad Mariano Galvez, grupo No. 3

1. Bryan Samuel Obando Mejía 0901-02-3840
Hugo Antonio Díaz 0901-06-2475
José María González Milian 0901-06-3053
Carlos Roberto Chicoj Boc 0901-03-3128
José René Alegría Caballero 0901-06-116

2. PROCESADOR Paginas del Proceso “A”
RAM
Procesos
ALU C
O
N
T
R
BUSES DE
DATOS,
O
SO IRQ
DIRECCIONES L
MAPA DE
MEMORIA Y CONTROL A
B C P
D
O
Reloj
R
del ROM
E
Sistema
S
Dir. Física
UC REGISTROS
PC SWAPING
Reg. De Datos
Reg. De Direcciones Virtual
MMU Dir. Física HD
Pagineo
Punteros
Estado
Gestión de Memoria

3. ALU
La Unidad Aritmética Lógica (ALU) es la encargada de manejar todas las operaciones aritméticas básicas (resta,
suma, división y multiplicación) y de operaciones lógicas (OR, NOT, AND, etc.).
En general, la mayoría de las acciones de una computadora se realizan a través de una ALU.
Existen componentes que forman la ALU, estos componentes son:
• Dispositivo de adición, con el que realiza las operaciones aritméticas;
• Los registros, que contienen a los operandos (proporcionados por la Unidad de Control y que son en los
que se realizará la operación), a los resultados parciales y a los resultados finales.
• Dispositivo de control de cálculo, que dirige y controla las operaciones.
Como se menciono antes, las operaciones que realiza la ALU son:
•Operaciones aritméticas de números enteros (adición, sustracción y a veces multiplicación y división).
•Operaciones lógicas (AND, NOT, OR, XOR, XNOR).
•Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotan una palabra en un número específico de bits
hacia la izquierda o la derecha, con o sin extensión de signo). Los desplazamientos pueden ser
interpretados como multiplicaciones o divisiones por 2.
Entradas y salidas
Las entradas a la ALU son los datos en los que se harán las operaciones (llamados operandos) y un código desde la
unidad de control indicando qué operación realizar.
Ver
Su salida es el resultado del cómputo de la operación. la
En muchos diseños la ALU también toma o genera como entradas o salidas un conjunto de códigos de condición
desde o hacia un registro de estado. Estos códigos son usados para indicar casos como acarreo entrante o ALU
saliente, overflow, división por cero, etc.
fisi-
ca-
men-
te

4. Características físicas de ALU
Proceso del
Funcionamiento de la ALU
Storage = almacenamiento
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5. CONTROL UNIT
La UC o Control Unit, es la que se encarga de sincronizar las acciones que realiza cada uno de las unidades de la
computadora.
•UC se encarga de interpretar las instrucciones
•Secuencia de las operaciones
Para realizar estas acciones se apoya de la ALU.
EJEMLO DE UNA INSTRUCCION:
El siguiente ejemplo muestra la secuencia que realiza la UC, al momento de que se crea una nueva instrucción.
La instrucción es “Sumar la variable NUM (que se encuentra en Memoria ) al registro R1”
1. Traer la instrucción
2. Traer el primer operando (NUM)
3.Realizar la adición
4.Cargar el resultado en RI.
EL RELOJ
La unidad de control lleva además un reloj electrónico que oscila con una frecuencia de millones de veces por
segundo llamado reloj de sistema.
La velocidad a la que el procesador realiza las operaciones viene determinada por dicho reloj. La velocidad de
oscilación se mide en MegaHerzios (Mhz), es decir millones de ciclos por segundo. Es decir un ordenador cuyo
procesador posea 50 Mhz oscilará el doble de rápido que uno que posea 25 Mhz. Los ordenadores con chips
Pentium poseen una frecuencia a partir de 66 Mhz.
Ver
Re-
gis-
tros

6. CONTROL UNIT Registros Registros de datos AX BX CX DX
Los registros del procesador se usan para controlar las instrucciones en ejecución, Punteros de pila SP BP
manejar direccionamiento de memoria y apoyar a la ALU para todo lo aritmético. Registros índice DI SI
Registros de
Los registros se dividen en: segmento
CS DS ES SS
•Registros de segmento
Registro de flags
Los registros de segmento se utilizan para referenciar áreas de memoria.
•Registros de apuntadores de instrucciones (PC)
Indica la posición donde está el procesador en su secuencia de instrucciones.
Contiene o la dirección de la instrucción que es ejecutada, o la dirección de la próxima instrucción
a ser ejecutada.
El contador de programa es incrementado automáticamente en cada ciclo de instrucción de tal
manera que las instrucciones son leídas en secuencia desde la memoria.
•Registros de estado
El registro de estado se utiliza para indicar cambios de estados y condiciones en los otros registros
existentes en el sistema informático. Estos cambios en la situación de los demás registros se producen
debido a las modificaciones del entorno a lo largo de la ejecución de los procesos realizados por el
sistema informático.
•Registros de datos
Se utiliza en operaciones de multiplicación y división junto con AX. En operaciones de entrada/salida
de puertos IN/OUT, su mitad inferior DL, contiene el número de puerto.
•Registros de puntero a pila
Este Registro almacena la dirección de la zona de la memoria donde está situada la parte superior
de la pila.
La Pila es una zona de los registros de segmento de memoria que la unidad aritmética y lógica
utiliza para almacenar temporalmente los datos que está manipulando. Cuando la cantidad de datos
a manejar es demasiado grande u otras necesidades del proceso impiden que estos datos puedan
almacenarse en los registros creados para ello se envían a la pila, donde se almacenan hasta que la
unidad de control recupera la información para que la procese la unidad aritmética y lógica.
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7. ROM
ROM, siglas para la memoria inalterable, memoria de computadora en la cual se han grabado de
antemano los datos. Una vez que los datos se hayan escrito sobre un chip ROM, no pueden ser quitados
y pueden ser leídos solamente.
Distinto de la memoria principal (RAM), la ROM conserva su contenido incluso cuando el ordenador se
apaga. ROM se refiere como siendo permanente, mientras que la RAM es volátil.
La mayoría de los ordenadores personales contienen una cantidad pequeña de ROM que salve programas
críticos tales como el programa que inicia el ordenador. Además, las ROM se utilizan extensivamente
en calculadoras y dispositivos periféricos tales como impresoras láser, cuyas fuentes se salvan a
menudo en las ROM.
Una variación de una ROM es un PROM (memoria inalterable programable). PROM son manufacturados
como chips en blanco en los cuales los datos pueden ser escritos con dispositivo llamado programador
de PROM.
es una clase de medio de almacenamiento utilizado en los ordenadores y otros dispositivos electrónicos.
Los datos almacenados en la ROM no se puede modificar -al menos no de manera rápida o fácil- y se
utiliza principalmente para contener el firmware (software que está estrechamente ligado a hardware
específico, y es poco probable que requiera actualizaciones frecuentes).
En su sentido más estricto, se refiere sólo a ROM máscara ROM -en inglés MROM- (el más antiguo tipo
de estado sólido ROM), que se fabrica con los datos almacenados en forma permanente, y por lo
tanto, nunca puede ser modificada. Sin embargo, las más modernas, como EPROM y Flash EEPROM se
puede borrar y volver a programar varias veces, aún siendo descritos como "memoria de sólo lectura
(ROM), porque el proceso de reprogramación en general es poco frecuente, relativamente lento y, a
menudo, no se permite la escritura en lugares aleatorios de la memoria.

8. CONTROLADORES
• En inglés, device driver es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un
periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz Un driver o controlador
técnicamente es un software o programa que sirve de intermediario entre un dispositivo de hardware y el
sistema operativo
• técnicamente es un software o programa que sirve de intermediario entre un dispositivo de hardware y el
sistema operativo.
• Existen tantos tipos de controladores como tipos de periféricos, y es común encontrar más de un controlador posible para
el mismo dispositivo, cada uno ofreciendo un nivel distinto de funcionalidades. Por ejemplo, aparte de los oficiales
(normalmente disponibles en la página web del fabricante), se pueden encontrar también los proporcionados por el sistema
operativo, o también versiones no oficiales hechas por terceros.
• Debido a que el software de controladores de dispositivos se ejecuta como parte del sistema operativo, con acceso sin
restricciones a todo el equipo, resulta esencial que sólo se permitan los controladores de dispositivos autorizados. La firma
y el almacenamiento provisional de los paquetes de controladores de dispositivos en los equipos cliente, mediante las
técnicas descritas en esta guía, proporcionan las ventajas siguientes:
 Seguridad mejorada. Puesto que los usuarios estándar no pueden instalar controladores de dispositivos que no estén
firmados o que estén firmados por un editor que no es de confianza, los administradores tendrán un control riguroso
respecto a los controladores de dispositivos que pueden usarse en una organización.
 Reducción de los costes de soporte técnico. Los usuarios sólo podrán instalar los dispositivos que hayan sido probados y
admitidos por la organización. En consecuencia, el sistema permite mantener la seguridad del equipo, al tiempo que se
reducen las solicitudes del departamento de soporte técnico.
 Experiencia de usuario mejorada. Un paquete de controladores firmado por un editor de confianza y almacenado
provisionalmente en el almacén de controladores funciona de modo automático, cuando el usuario conecta el dispositivo al
equipo. No se requiere acción alguna por parte del usuario.
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9. MONITOR
Dispositivos de salida
• Es la pantalla en la que se ve la información suministrada por el
ordenador. En el caso más habitual se trata de un aparato basado
en un tubo de rayos catódicos (CRT) como el de los
televisores, mientras que en los portátiles es una pantalla plana
de cristal líquido (LCD).
Dispositivos de entrada
Pantalla Táctil:
• Pantalla diseñada o modificada para reconocer la situación de una presión
en su superficie. Al tocar la pantalla, el usuario puede hacer una selección
o mover el cursor. El tipo de pantalla táctil más sencillo está compuesto de
una red de líneas sensibles, que determinan la situación de una presión
mediante la unión de los contactos verticales y horizontales.
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10. MOUSE
• A este periférico se le llamó así por su parecido con este roedor. Suelen estar constituidos por una caja con
una forma más o menos anatómica en la que se encuentran dos botones que harán los famosos clicks de ratón
siendo transmitidos por el cable al puerto PS/II o al puerto de serie (COM1 normalmente). Dentro de esta
caja se encuentra una bola que sobresale de la caja a la que se pegan 4 rodillos ortogonalmente dispuestos
que serán los que definan la dirección de movimiento del ratón. El ratón se mueve por una alfombrilla
ocasionando el movimiento de la bola que a su vez origina el movimiento de uno o varios de estos rodillos que
se transforma en señales eléctricas y producen el efecto de desplazamiento del ratón por la pantalla del
ordenador.
• Existen modelos modernos en los que la transmisión se hace por infrarrojos eliminando por tanto la
necesidad de cableado. Otros presentan la bola en la parte superior de la caja no estando por tanto en
contacto con la alfombrilla y teniendo que ser movida por los dedos del usuario aunque se origina el mismo
efecto.
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11. TECLADO
• Un teclado se compone de una serie de teclas agrupadas en funciones que podremos describir:
• Teclado alfanumérico: es un conjunto de 62 teclas entre las que se encuentran las letras, números, símbolos
ortográficos, Enter, alt...etc.
• Teclado de Función: es un conjunto de 13 teclas entre las que se encuentran el ESC, tan utilizado en
sistemas informáticos, más 12 teclas de función. Estas teclas suelen ser configurables pero por ejemplo
existe un convenio para asignar la ayuda a F1.
• Teclado Numérico: se suele encontrar a la derecha del teclado alfanumérico y consta de los números así
como de un Enter y los operadores numéricos de suma, resta,... etc.
• Teclado Especial: son las flechas de dirección y un conjunto de 9 teclas agrupadas en 2 grupos; uno de 6
(Inicio y fin entre otras) y otro de 3 con la tecla de impresión de pantalla entre ellas.
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12. USB
• Una memoria USB (de Universal Serial Bus; en inglés pendrive, USB flash drive) es un dispositivo de
almacenamiento que utiliza memoria flash para guardar la información que puede requerir y no necesita
baterías (pilas). La batería era necesaria en los primeros modelos, pero los más actuales ya no la necesitan.
Estas memorias son resistentes a los rasguños (externos), al polvo, y algunos al agua –que han afectado a las
formas previas de almacenamiento portátil-, como los disquetes, discos compactos y los DVD. En España son
conocidas popularmente como pinchos o lápices, y en otros países como Honduras y Guatemala son conocidas
como memorias.
• Estas memorias se han convertido en el sistema de almacenamiento y transporte personal de datos más
utilizado, desplazando en este uso a los tradicionales disquetes, y a los CD. Se pueden encontrar en el
mercado fácilmente memorias de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 y hasta 256 GB; siendo impráctico a partir de los
64GB por su elevado costo. Esto supone, como mínimo, el equivalente a 180 CD de 700MB o 91.000 disquetes
de 1.44 MB aproximadamente. Su gran popularidad le ha supuesto infinidad de denominaciones populares
relacionadas con su pequeño tamaño y las diversas formas de presentación, sin que ninguna haya podido
destacar entre todas ellas. El calificativo USB o el propio contexto permite identificar fácilmente el
dispositivo informático al que se refieren.
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13. IMPRESORA
• Dispositivo que sirve para captar la información que le envía la CPU e imprimirla en papel, plástico, etc. Hay
varios tipos:
• Matriciales: Ofrecen mayor rapidez pero una calidad muy baja.
• Inyección: La tecnología de inyección a tinta es la que ha alcanzado un mayor éxito en las impresoras de uso
doméstico o para pequeñas empresas, gracias a su relativa velocidad, calidad y sobre todo precio
reducidos, que suele ser la décima parte de una impresora de las mismas características.
• Hablamos de impresoras de color porque la tendencia del mercado es que la informática en conjunto sea en
color. Esta tendencia empezó hace una década con la implantación de tarjetas gráficas y monitores en color.
Todavía podemos encontrar algunos modelos en blanco y negro pero ya no son recomendables.
• Las impresoras de inyección cuentan a favor con elementos como el coste, tanto de adquisición como de
mantenimiento, la sencillez de manejo y el tamaño. En contra tenemos su escasa velocidad y calidad frente a
otras tecnologías.
• Láser: Ofrecen rapidez y una mayor calidad que cualquiera, pero tienen un alto coste y solo se suelen utilizar
en la mediana y grande empresa. Por medio de un haz de láser imprimen sobre el material que le pongamos
las imágenes que le haya enviado la CPU.
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14. ESCÁNER
• Es un dispositivo utiliza un haz luminoso para detectar los patrones de luz y oscuridad (o los
colores) de la superficie del papel, convirtiendo la imagen en señales digitales que se pueden
manipular por medio de un software de tratamiento de imágenes o con reconocimiento óptico
de caracteres. Un tipo de escáner utilizado con frecuencia es el flatbed, que significa que el
dispositivo de barrido se desplaza a lo largo de un documento fijo.
• Un tipo muy popular de escáner es el escáner de mano, también llamado hand-held, porque el
usuario sujeta el escáner con la mano y lo desplaza sobre el documento. Estos escáneres
tienen la ventaja de ser relativamente baratos, pero resultan algo limitados porque no pueden
leer documentos con una anchura mayor a 12 o 15 centímetros.
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15. CÁMARA DE VIDEO
• Graba videos como si de una cámara normal se tratara, pero las ventajas
que ofrece en estar en formato digital, que es mucho mejor la imagen,
tiene una pantalla LCD por la que ves simultáneamente la imagen
mientras grabas. Se conecta al PC y este recoge el video que has
grabado, para poder retocarlo posteriormente con el software
adecuado.
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16. CÁMARA DE FOTOS
• Cámara que se conecta al ordenador y le transmite las imágenes que capta, pudiendo ser
modificada y retocada, o volverla a tomar en caso de que este mal.
• Una cámara digital es una cámara fotográfica que, en vez de capturar y almacenar
fotografías en películas fotográficas como las cámaras fotográficas convencionales, lo hace
digitalmente mediante un dispositivo electrónico, o en cinta magnética usando un formato
analógico como muchas cámaras de video.
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17. MMU
MMU (Unidad de Gestión de Memoria)
Está situada dentro del chip de la CPU o cerca de él, pero que desde un punto de vista lógico está
entre la CPU y la memoria. Dicha MMU cuenta con dos
pares de registros de base y de límite, un par para el código del programa y otro par para los
datos. El contador de programa y todas las demás referencias al código del programa utilizan el
par 1, y las referencias a datos utilizan el par 2. En consecuencia, ahora es posible que varios
usuarios compartan el mismo programa, manteniendo una única copia de él en la memoria, algo
que era imposible con el primer esquema. Cuando se está ejecutando el programa 1, los cuatro
registros se establecen como indican las flechas a la izquierda de la Figura 1-9(b). Cuando se
está ejecutando el programa 2, se ajustan como indican las flechas a la derecha de esa figura.
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18. HDD
Un disco duro consiste en una pila de platos de aluminio, aleación o vidrio de 5,25 o 3,5
pulgadas de diámetro (o incluso más pequeños en los ordenadores portátiles). En cada plato está
depositada una delgada capa de óxido metálico magnetizable. Después de la fabricación, no hay
ninguna información en ninguna parte del disco.
Para que el disco pueda utilizarse es necesario que cada plato reciba un formato de
bajo nivel realizado por software. El formato consiste de una serie de pistas
concéntricas, cada
una de las cuales contiene cierto número de sectores, con cortos espacios vacíos entre ellos. En
la Figura 5-24 se muestra el formato de un sector. El preámbulo comienza con cierto patrón de
bits que permite al hardware reconocer el
principio del sector. También contiene los números de cilindro y de sector y alguna otra
información. El programa de formateo de bajo nivel determina el tamaño de la porción de datos.
La mayoría de los discos utilizan sectores de 512 bytes. El campo ECC contiene información
redundante que puede servir para corregir errores de lectura.
Un sector de disco duro
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19. Reloj del Sistema
Todo lo que el hardware de reloj hace es generar interrupciones a intervalos conocidos. Todo lo
demás relacionado con el tiempo corre por cuenta del software, el controlador del reloj. Las
obligaciones exactas del controlador del reloj varían de un sistema operativo a otro, pero
casi siempre incluyen las siguientes:
1. Mantener la hora del día.
2. Evitar que los procesos se ejecuten durante mas tiempo del debido.
3. Contabilizar la utilización de la CPU
4. Manejar la llamada al sistema ALARM emitida por procesos de usuario.
5. Proveer temporizadores de vigilancia a partes del sistema mismo.
6. Preparar perfiles, vigilar y recabar datos estadísticos.
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20. PROCESADOR
El “cerebro” del ordenador es la CPU, la cual toma instrucciones de la memoria y las
ejecuta. El ciclo básico de toda CPU consiste en tomar la primera instrucción de la memoria,
decodificarla para determinar su tipo y operandos, ejecutarla, y luego tomar, decodificar y
ejecutar las instrucciones subsiguientes. Es así como se ejecutan los programas.
Cada CPU ejecuta un repertorio de instrucciones específico. Por lo tanto, un Pentium no
puede ejecutar programas para un SPARC, y un SPARC no puede ejecutar programas para un
Pentium. Puesto que acceder a la memoria para extraer una instrucción o una palabra de datos
tarda mucho más que la ejecución de una instrucción, todas las CPUs contienen algunos
registros internos para guardar variables importantes y resultados temporales. El repertorio de
instrucciones incluye por lo general instrucciones para cargar una palabra de la memoria en un
registro, y para almacenar en la memoria una palabra que está en un registro. Otras
instrucciones combinan dos operandos tomados de los registros, de la memoria o de ambos,
para producir un resultado; por ejemplo, sumar dos palabras y almacenar el resultado en un
registro o en la memoria.
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21. MEMORIA RAM
• Idealmente a todo programador le gustaría poder contar con una memoria infinitamente
• grande, infinitamente rápida y que fuese además no volátil, esto es, que no perdiese su
• contenido en ausencia de energía eléctrica. Llegados aquí, ¿porqué no pedir además que esa
• memoria sea también suficientemente barata? Desafortunadamente la tecnología no
proporciona
• tales memorias. Consecuentemente, la mayoría de los ordenadores disponen de una jerarquía
• de memoria, con una pequeña cantidad de memoria caché muy rápida, cara y volátil, decenas
• de megabytes de memoria principal (RAM) moderadamente rápida, moderadamente cara y
• volátil, y decenas o cientos de gigabytes de memoria de disco lenta, barata y no volátil.
• Corresponde al sistema operativo coordinar la utilización de esos tres tipos de memoria.
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22. GESTION DE MEMORIA
La parte del sistema operativo que gestiona la jerarquía de memoria se denomina el
gestor de memoria. Su trabajo es seguir la pista de qué partes de la memoria están en uso y
cuáles no lo están, con el fin de poder asignar memoria a los procesos cuando la necesiten, y
recuperar esa memoria cuando dejen de necesitarla, así como gestionar el intercambio entre
memoria principal y el disco cuando la memoria principal resulte demasiado pequeña para contener
a todos los procesos. Los sistemas de gestión de memoria pueden dividirse en dos clases: los
que mueven procesos de la memoria principal al disco y del disco a la memoria principal
durante su ejecución (intercambio y paginación), y los que no lo hacen. Los segundos son más
sencillos, por lo que vamos a estudiarlos primero. Más tarde en el capitulo examinaremos el
intercambio y la paginación. A lo largo de este capítulo el lector debe tener presente que el
intercambio y la paginación son principalmente mecanismos artificiales motivados por la falta
de memoria principal suficiente para contener todos los programas a la vez. Si la memoria
principal llegara a ser tan grande que siempre hubiera la suficiente, los argumentos a favor
de un tipo de esquema de gestión de memoria u otro podrían volverse obsoletos. A
continuación una grafica del rendimiento del procesador en función de los procesos en
memoria.
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23. MAPA DE MEMORIA
En el caso más sencillo, la traducción de direcciones virtuales a direcciones físicas se realiza como
acabamos de describir. La dirección virtual se divide en un número de página virtual (bits de orden alto) y
un desplazamiento (bits de orden bajo). Por ejemplo, con direcciones virtuales de 16 bits y páginas de 4
KB, los 4 bits superiores especifican una de las 16 páginas virtuales y los 12 bits inferiores especifican el
desplazamiento del byte (0 a 4095) dentro de la página seleccionada. Sin embargo también es posible una
división con 3 o 5 o algún otro número de bits para la página. Diferentes divisiones implican diferentes
tamaños de página. El número de página virtual se usa como un índice en la tabla de páginas para
encontrar la entrada de esa página virtual. De la entrada de la tabla de páginas se obtiene el número de
marco de página (sólo en el caso de que la página esté presente en memoria). El número de marco de
página se pone a continuación del desplazamiento, reemplazando al número de página virtual, para
formar una dirección física que puede enviarse ya a la memoria. El propósito de la tabla de páginas es
establecer una correspondencia aplicando las páginas virtuales sobre los marcos de página.
Matemáticamente hablando, la tabla de páginas es una función, con el número de página virtual como
argumento y el número de marco de página como resultado. Utilizando el resultado de esta función, el
campo de página virtual de una dirección virtual puede reemplazarse por un campo de marco de
página, formando así una
dirección de memoria física. A pesar de lo sencillo de esta descripción, hay que resolver los siguientes
problemas:
1. La tabla de páginas puede ser extremadamente grande.
2. La traducción de direcciones debe realizarse muy rápidamente.
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24. INTERCAMBIO (SWAPPING)
En un sistema en batch es simple y efectivo organizar la memoria en particiones fijas.
Cada trabajo se carga en una partición cuando llega a la cabeza de la cola, y se queda en la
memoria hasta que termina. Mientras puedan mantenerse suficientes trabajos en la memoria
como para que la CPU esté ocupada todo el tiempo, no hay ninguna razón para utilizar un
esquema más complicado.
Con los sistemas de tiempo compartido o con los ordenadores personales orientados a
gráficos, la situación es distinta. A veces no hay suficiente memoria principal para contener a
todos los procesos actualmente activos, así que los procesos de más deben mantenerse en el
disco y cargarse en la memoria para ejecutarse de forma dinámica.
Pueden utilizarse dos enfoques generales para la gestión de la memoria, dependiendo
(en parte) del hardware disponible. La estrategia más sencilla, llamada intercambio (swapping),
consiste en cargar en la memoria un proceso entero, ejecutarlo durante un rato y volver a
guardarlo en el disco. La otra estrategia, llamada memoria virtual, permite que los programas
se ejecuten incluso cuando tan sólo una parte de ellos esté cargada en la memoria principal. A
continuación estudiaremos el intercambio.
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25. MEMORIA VIRTUAL
Hace ya muchos años que aparecieron los primeros programas demasiado grandes para
caber en la memoria disponible. La solución usualmente adoptada fue dividir el programa en
trozos, llamados recubrimientos (overlays). El recubrimiento 0 era el que se ejecutaba primero.
Cuando terminaba, llamaba a otro recubrimiento. Algunos sistemas de recubrimientos eran
altamente complejos, permitiendo tener varios recubrimientos en memoria a la vez. Los
recubrimientos se mantenían en el disco y el sistema operativo los intercambiaba entre el disco
y la memoria, dinámicamente según se iban necesitando. Aunque el sistema realizaba el trabajo
real de intercambiar los recubrimientos, el programador tenía que encargarse de dividir en
trozos apropiados el programa. La tarea de dividir programas grandes en pequeños trozos
modulares era laboriosa y tediosa, así que no pasó mucho tiempo antes de que alguien idease
una manera de dejar todo ese trabajo para el ordenador. El método ideado
(Fotheringham, 1961) se conoce ahora como memoria virtual. La idea básica detrás de la
memoria virtual es que el tamaño combinado del programa, sus datos y su pila pueden exceder
la cantidad de memoria física disponible. El sistema operativo mantiene en la memoria
principal aquellas partes del programa que se están usando en cada momento, manteniendo el
resto de las partes del programa en el disco. Por ejemplo, un programa de 16 MB puede
ejecutarse sobre una máquina de 4 MB eligiendo cuidadosamente qué 4 MB se tendrán en la
memoria en cada instante, e intercambiando partes del programa entre el disco y la
memoria, según sea necesario.
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26. DIRECCION FISICA
EJEMPLO DIRECCION FISICA
La dirección virtual 0 se envía a la MMU. La MMU ve que esa dirección virtual cae en la página
0 (0 a 4095), que de acuerdo a su correspondencia está en el marco de página 2 (8192 a 12287).
La MMU transforma entonces la dirección a 8192 y coloca la dirección 8192 en el bus. La
memoria no tiene ningún conocimiento de la MMU y lo único que ve es una petición de lectura
o escritura de la dirección 8192, que lleva a cabo. Por lo tanto, la MMU transforma
efectivamente todas las direcciones virtuales entre 0 y 4095 en las direcciones físicas entre
8192
y 12287.
De forma similar, una instrucción
MOV REG,8192
se transforma efectivamente en
MOV REG,24576
debido a que la dirección virtual 8192 está en la página virtual 2,
la cual corresponde al marco de página físico 6 (direcciones físicas
24576 a 28671). Como un tercer ejemplo, la dirección virtual 20500
está 20 bytes después del comienzo de la página virtual 5 (direcciones
virtuales 20480 a 24575) por lo que se corresponde con la dirección física
12288 + 20 = 12308.
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27. PROCESOS
Un concepto clave en todos los sistemas operativos es el de proceso. Un proceso es
básicamente un programa en ejecución. Todo proceso tiene asociado un espacio de direcciones,
es decir una lista de posiciones de memoria desde algún mínimo (normalmente 0) hasta algún
máximo, que el proceso puede leer y en las que puede escribir. El espacio de direcciones
contiene el programa ejecutable, sus datos y su pila. Cada proceso tiene asociado también algún
conjunto de registros, incluido el contador de programa, el puntero de pila y otros registros
hardware, así como toda la demás información necesaria para ejecutar el programa.
Trataremos con mucho mayor detalle el concepto de proceso en el capítulo 2, pero por
ahora la mejor forma de conseguir una buena percepción intuitiva de lo qué es un proceso es
pensar en los sistemas de tiempo compartido. Periódicamente, el sistema operativo decide dejar
de ejecutar un proceso y comenzar a ejecutar otro, por ejemplo, porque el primero ya ha
recibido más de su porción de tiempo de CPU en el último segundo.
Cuando a un proceso se le suspende temporalmente como al anterior, posteriormente es
necesario poder proseguir con su ejecución a partir de exactamente el mismo estado que tenía
cuando se le suspendió. Eso significa que toda la información acerca del proceso debe guardarse
de forma explícita en algún lado durante su suspensión. Por ejemplo, el proceso podría tener
varios ficheros abiertos para su lectura de forma simultánea.
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28. INTERRUPCIONES (IRQ)
Utilizando el modelo de los procesos, es mucho más fácil pensar sobre lo que está
sucediendo dentro del sistema. Algunos de los procesos ejecutan programas correspondientes a
comandos tecleados por un usuario. Otros procesos son parte del sistema y desarrollan tareas
tales como procesar peticiones de servicio de ficheros o gestionar los detalles del manejo de un
disco o una unidad de cinta. Cuando llega una interrupción procedente del disco, el sistema
toma la decisión de detener la ejecución del proceso actual y ejecutar el proceso asociado al
disco, que estaba anteriormente bloqueado esperando a que llegara esa interrupción. Así, en vez
de pensar en términos de interrupciones, podemos pensar en términos de procesos de usuario,
procesos de disco, procesos de terminal, etc., que se bloquean cuando tienen que esperar a que
ocurra algo. Cuando el disco ha terminado de leerse, o el carácter por fin se teclea, el proceso
que esperaba ese suceso se desbloquea y pasa a ser elegible para ejecutarse de nuevo.
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29. BLOQUE COMUN DEL PROCESO
Para implementar el modelo de los procesos el sistema operativo mantiene una tabla (un
array de registros o estructuras), denominada la tabla de procesos, con una entrada por proceso.
Algunos autores denominan a cada una de esas entradas descriptor de proceso o bloque de
control de proceso. Estas entradas contienen información sobre el estado de cada proceso, su
contador de programa, su puntero de pila, su asignación de memoria, el estado de sus ficheros
abiertos, la información relativa a su planificación y a la contabilidad de los recursos que ha
consumido, así como cualquier otra información sobre el proceso que deba guardarse cuando el
proceso conmute del estado de en ejecución al estado de preparado o bloqueado, de forma que
su ejecución pueda retomarse posteriormente como si nunca se hubiera detenido.
Los campos más importantes que aparecen en el descriptor de proceso de cualquier sistema
operativo típico. Los campos en la primera columna están relacionados con la gestión de los
procesos. Las otras dos columnas tienen que ver con la gestión de memoria y la gestión de
ficheros, respectivamente. Hay que señalar que los campos concretos que tienen los
descriptores de la tabla de procesos varían mucho de un sistema operativo a otro, pero la
figura da una idea general del tipo de información que es necesario mantener para la gestión
de los procesos.
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30. ROM
Además de los tipos de memoria mencionados, muchos ordenadores tienen una pequeña
cantidad de memoria de acceso aleatorio no volátil. A diferencia de la RAM, la memoria no
volátil no pierde su contenido cuando se corta el suministro de electricidad. La ROM (Read
Only Memory; memoria de sólo lectura) se programa en la fábrica y no puede modificarse
posteriormente. La ROM es rápida y económica. En algunos ordenadores el programa de
arranque del ordenador está almacenado en ROM. Además, algunas tarjetas de E/S llevan
incorporada su propia ROM con rutinas que se encargan del control del dispositivo a bajo nivel.
La EEPROM (Electrically Erasable Programable ROM; ROM borrable y programable
eléctricamente) y la flash RAM tampoco son volátiles, pero en contraste con la ROM, su
contenido puede borrarse y volver a escribirse. Sin embargo, su escritura tarda varios órdenesde
magnitud más que la escritura en RAM, por lo que se usan de la misma manera que la ROM,
con la única diferencia de que en su caso es posible corregir errores en los programas que
contienen, y reescribirlos en el mismo lugar donde se encuentran.
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31. BUS
La CPU, la memoria y los dispositivos de E/S están todos conectados por el bus del sistema y se
comunican entre sí a través de él. Los ordenadores personales modernos tienen una estructura
más complicada en la que intervienen varios buses. Este sistema tiene ocho buses (caché, local,
memoria, PCI, SCSI, USB, IDE e ISA), cada uno con una velocidad de transferencia y función
diferente. El sistema operativo debe estar al tanto de todos ellos para configurarlos y
gestionarlos. Los dos principales buses son el bus ISA (Industry Standard Architecture;
Arquitectura Estándar de la Industria) original del PC de IBM y su sucesor, el bus PCI
(Peripheral Component Interface; Interfaz de Componentes Periféricos). El bus ISA, que fue
originalmente el bus del PC/AT de IBM, opera a 8,33 MHz y puede transferir dos bytes a la vez,
para dar una velocidad máxima de 16,67 MB/s. Se incluyó para mantener la compatibilidad con las
tarjetas de E/S antiguas y lentas. El bus PCI fue inventado por Intel como un sucesor del bus
ISA. Puede operar a 66 MHz y transferir 8 bytes a la vez, para dar una tasa de datos de 528
MB/s. La mayoría de los dispositivos de E/S de alta velocidad utilizan ahora el bus PCI. Incluso
algunos ordenadores que no son de Intel utilizan el bus PCI, debido al gran número de tarjetas de
E/S disponibles para ese bus.
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