sistemas operacionais - aula 03 (conceitos de hardware e software)
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# Sistemas Operacionais #Aula 03 – Conceitos de Hardware e Software
Prof. Leinylson Fontinele Pereira
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Na aula anterior...
Visão Geral dos Sistemas Operacionais
20:33
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Mundo 3 - Hardware e software
3
Hardware e software
Conceitos Básicos
Visão Geral de SO
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O que vamos aprender?
Hardware
Software
20:33
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Componentes Básicos de um Computador
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Funcionamento Básico de um Computador
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Princípio de Funcionamento: Arquitetura de J. v. Neumann
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Sistema Computacional
8
MemóriaPrincipal
Dispositivosde E/ S
Processador / UCP
Unidade Lógicae Aritmética
Registradores
Unidade deControle
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Hardware
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Hardware
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São os componentes físicos que compõe os sistemas computacionais.
Agrupados nas unidades funcionais: Processador, Memória Principal e Dispositivos de Entrada e Saída.
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Processador
A principal função é controlar e executarinstruções presentes na memória principalatravés de operações básicas como somar,subtrair, comparar e movimentar dados.
Composto por Unidade de Controle, UnidadeLógica e Aritmética, e registradores.
Hardware
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Hardware
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ULA – Unidade Lógica e AritméticaResponsável pela lógica (testes e comparações) e aritméticas (somas e subtrações).
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Portas Lógicas
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Uma ULA de 2-bit que faz AND, OR, XOR, e adição
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UC - Unidade de ControleResponsável por gerenciar as atividades de todos os componentes, como gravar dados no HD ou buscar uma instrução na memória.
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UC - Unidade de Controle
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Hardware
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RegistradoresPrincipal função é armazenar os dados temporariamente.
Põem dados ao alcance da UAL e UCtrl e funcionam como memóriaauxiliar da UCP recebendo operandos e resultados intermediários;
Eles podem ser de uso geral ou de uso específico.
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Registradores
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Hardware
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CI – Contador de InstruçõesEndereço da próxima instrução a ser executada
AP - Apontador de pilhaEndereço de memória do topo da pilha de execução
PSW – Registrador de Status (Program Status Word)Informações sobre a execução da instrução. Altera de acordo com seu resultado
Registradores
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Hardware
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Memória Principal
Armazena instruções e dados em células, geralmente de 8 bits.
As células podem ser acessadas por um endereço único
A especificação do endereço é feita através do registrador MAR. Já o MBR guarda o conteúdo de uma ou mais célula.
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Hardware
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Memória
Endereço da memóriaPrograma XYZ
3 4 5 6 7 8
Programa XYZ
Variável A
Sub-Rotina(Soma)
Variável B
Sub-Rotina(Enviar E-mail)
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Hardware
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33
Onde estão as instruções?
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Ciclo de Busca e Execução I
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Ciclo de Busca e Execução II
20:33
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Ciclo de Busca e Execução III
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Relação entre Dispositivos de Armazenamento
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maiorcapacidade de
armazenamento
maior custo evelocidadede acesso
Memória Secundária
Memória Cache
Memória Principal
Registradores
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Hardware
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A memória principal pode ser volátil ou não volátil
A RAM (Random Access Memory) é volátil
A ROM (Read Only Memory) e a EPROM (Erasable Programmable ROM) são do tipo não volátil.
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Hardware
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É uma memória volátil de alta velocidade com pequena capacidade de armazenamento. Usada para tentar minimizar a diferença do tempo de processamento com o de acesso a memória principal.
Memória Cache
Armazena uma pequena parte dos dados da memória principal. Antes do processador ir na memória principal, ele verifica no cache.
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Hardware
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É a tendência do processador de referenciar instruções e dados localizados em endereços próximos.
Princípio da localidade
A maioria dos processadores apresenta uma estrutura com cache em níveis.Cache L1, L2, L3...
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É o armazenamento de dados “permanente” e não volátil.
Memória secundária
HD, DVD, PenDrive...
HD
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Hardware
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Memória secundária
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Hardware
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Podem ser memórias secundárias oude Interface Humano Computador.
Dispositivos de Entrada e Saída
IHC
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Hardware – Unidades de Entrada e Saída (E/S)
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Hardware
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Os barramentos fornecem a comunicação entre os diferentes componentes.Podendo ser Barramento processador-memória, Barramento de E/S eBarramento backplane.
Possuem linhas de controle e linhas de dados.
Barramento ou bus
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33
Unidade de Entrada e Saída
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Hardware
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Barramentos Processador-Memória e de E/S
Barramento processador-memória
Barr
am
ento
de E
/S
Barr
am
ento
de E
/S
Adaptador Adaptador
MemóriaPrincipal
UCP
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Barramento processador-memória
Barr
am
ento
de E
/S
Barr
am
ento
de E
/S
Adaptador Adaptador
MemóriaPrincipal
UCP
Adaptador
Barr
am
ento
de b
ack
pla
ne
Hardware
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Barramento de Backplane
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Hardware
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PipeliningUnidade de
busca dainstrução
P1 P4P3P2
Analisadorda
instrução
Unidade de busca dos
dados
Unidade de execução da
instrução
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4
P1
P2
P3
P4
tempo
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Hardware
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A linguagem de máquina é o que o processador realmente entende e está diretamente ligado a sua arquitetura.
Arquitetura RISC vs CISC
Poucas instruções, em geral não chegam a acessar a memória principal, usando geralmente muitos registradores.
RISC – Reduced Instrucion Set Computer
CISC – Complex Instruction Set Computers
Instruções complexas interpretadas por microprogramas. Poucos registradores e dificultam a implementação do pipelinig.
Utiltários
Circuitos Eletrônicos
Microprogramação
Linguagem de Máquina
Arq
uitetu
raRIS
C
Sistema Operacional
Aplicativos
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Hardware
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Hardware
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Frequência de clock Tempo para se executar um determinado programa
= no de clocks x ciclos de clock
MIPS = Millions Instructions Per Second FLOPS = Floating-Point Operations Per Second
Análise de Desempenho
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software45
Software
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Software
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Após a programação, as instruções devem ser traduzidas para linguagem de máquina. Quando o tradutor traduz, ele gera o módulo-objeto
Tradutor
Montadores: geram módulos-objetos não executáveis específicos para cada processador.
Compiladores: geram programas não executáveis em linguagem de máquina a partir da linguagem de auto nível.
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Software
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programa fonte programa objetoTradutor
Compilador
Tradutor
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Software
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Software
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Não geram módulo-objeto. Executam instruções escritas em alto nível imediatamente.
Interpretador
A maior desvantagem é o tempo gasto para a tradução, porém são muito flexíveis.
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Software
50
Gera a partir de vários módulos-objeto um único programa executável.
Linker
Resolve as referencias externas e realoca a região de memória para carga do programa.
Alguns compiladores conseguem resolver estas referencias e isto faz com que o linkernão seja usado, passando pelo processo de link dinâmico.
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Software
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Linker
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Processo de Compilação
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Texto em linguagem C
Texto pre-processado
Código objeto
Programa final
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Software
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Loader
Absoluto quando é necessário apenas conhecer o endereço inicial e o tamanho do módulo.
Realocável quando o programa pode ser carregado em qualquer posição da memória.
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Software
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Permite acompanhar toda a execução de um programa.Depurador
Acompanhar a execução de instrução por instrução
Visualizar o conteúdo de uma variável
Implementar pontos de parada do sistema
Especificar que quando uma variável for modificada receba uma mensagem
Recursos
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Software
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Ativação do Sistema
Disco MemóriaPrincipal
boot
SistemaOperacional
Área doSistema
Operacional
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
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Ativação do Sistema O carregamento e ativação do sistema (boot) realizado por
programa localizado em bloco específico do disco (boot block)
Desativação faz com que aplicações e componentes sejamdesativados de forma ordenada, garantindo integridade dosdados
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Material: https://sites.google.com/site/leinylsonnassau
Aula adaptada do material de:
Sistemas Operacionais, Anhaguera - Prof. Charles Fortes
Arquitetura de Sistemas Operacionais, Machado e Maia
Curso em Vídeo, Prof. Gustavo Guanabara
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Nesta aula aprendemos...Hardware
Software
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Na próxima aula veremos... Revisão e Exercício
# Aula 1 – Conceitos Básicos de SO
# Aula 2 – Visão Geral de SO
# Aula 3 – Hardware e Software
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33
Até a próxima aula...
Alguma Dúvida?