Curso superior de Sistemas de Informação - IFNMG
Aula 2
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Arquitetura de Computadores - Concorrência

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Arquitetura de Computadores - Concorrência: Sistemas Monoprogramáveis x Multiprogramáveis, Interrupções, Exceções, Buffering, Buffering, Spooling, Reentrância, Segurança e Proteção do Sistema e Operações de Entrada e Saída.

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Arquitetura de Computadores - Concorrência

  1. 1. Curso superior de Sistemas de Informação - IFNMG Aula 2 Arquitetura de Computadores CONCORRÊNCIA
  2. 2. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Técnicas de implementação de concorrência como interrupções, buffering, spooling e reentrância, são conceitos fundamentais para sistemas multiprogramáveis. Sistemas operacionais podem ser vistos como um conjunto de rotinas executadas de forma concorrentes e ordenadas. Introdução
  3. 3. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Sistemas Monoprogramáveis x Multiprogramáveis
  4. 4. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Os recursos de memórias, processadores e dispositivos de E/S eram utilizados com pouca eficiência. Recursos permaneciam muitas vezes ociosos por um longo período de tempo. Apenas um programa pode ser executado por vez. Desperdício de processamento. Sistemas Monoprogramáveis
  5. 5. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIASistemas Monoprogramáveis CPU E/S Livre Tempo
  6. 6. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Leitura de um registro 0,0015 Execução de 100 instruções 0,0001 Total 0,0016 % utilizada da CPU (0,0015/0,0001) = 0,066 = 6,6% 93% do tempo esperando a conclusão da operação de E/S. Sistemas Monoprogramáveis
  7. 7. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Outro aspecto a ser considerado é a subutilização da memória principal. Sistemas Monoprogramáveis
  8. 8. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Nesse sistema é comum termos, impressoras paradas por um grande período de tempo e disco com acesso restrito a apenas um usuário. Sistemas Monoprogramáveis
  9. 9. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Nesse sistema vários programas podem estar residentes na memória, concorrendo pela utilização do processador. Quando for solicitada uma operação de E/S os programas podem ser processados pela CPU paralelamente. Sistemas Multiprogramáveis
  10. 10. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA A CPU é implementada para que, quando um programa perder o uso do processador e depois retorna para continuar o processamento, seu estado continue o mesmo de quando foi interrompido. Sistemas Multiprogramáveis
  11. 11. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Em um sistema de tempo compartilhado existe a impressão que o computador está inteiramente dedicado ao usuário. Sistemas Multiprogramáveis
  12. 12. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIASistemas Multiprogramáveis 1 1CPU E/S Tempo 1 2
  13. 13. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Durante a execução de um programa, alguns eventos inesperados podem ocorrer, ocasionando um desvio forçado no seu fluxo normal de execução. Esses eventos são conhecidos como interrupção ou exceção, e podem ser resultado de sinalizações de algum dispositivo de hardware externo ao ambiente memória/processador. Interrupções e Exceções
  14. 14. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIAInterrupções
  15. 15. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA As interrupções podem ser geradas: • Pelo programa do usuário (entrada de dados pela console ou teclado) • Pelo hardware (operações de E/S) • Pelo sistema operacional (ao término da fatia de tempo do processador destinada ao programa) As interrupções sempre são tratadas pelo Sistema Operacional. Interrupções
  16. 16. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA A exceção é um evento semelhante à interrupção, pois também de fato interrompe um programa. A principal diferença é que a exceção é o resultado da execução de uma instrução dentro do próprio programa, como a divisão por zero ou a ocorrência de um overflow (estouro de capacidade de um campo) numa operação aritmética. Exceções
  17. 17. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Na maioria das vezes, a exceção provoca um erro fatal no sistema, causando o término anormal do programa. Isto se deve ao fato de que a exceção é melhor tratada dentro do próprio programa, com instruções escritas pelo programador. Exceções
  18. 18. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIAExceções
  19. 19. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA A técnica de buffering consiste na utilização de uma área em memória principal, denominada buffer, criada e mantida pelo Sistema Operacional. Possui a finalidade de auxiliar a transferência de dados entre dispositivos de E/S e a memória. Buffering
  20. 20. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA O buffer permite minimizar a disparidade de velocidade entre o processador e os dispositivos de E/S, e tem como objetivo principal manter tanto os dispositivos de E/S como o processador ocupados a maior parte do tempo. Buffering
  21. 21. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA A unidade de transferência do mecanismo de buffering é o registro. O buffer deve permitir o armazenamento de vários registros, de forma que o processador tenha à sua disposição dados suficientes para processar sem ter que interromper o programa a cada leitura/gravação no dispositivo de E/S. Buffering
  22. 22. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIABuffering Memória Principal ControladorBuffer gravação Leitura gravação Leitura
  23. 23. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Semelhante ao buffering, utiliza uma área em disco como se fosse um grande buffer. Neste caso, dados podem ser lidos ou gravados em disco, enquanto programas são executados de forma concorrente. Spooling
  24. 24. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Técnica muito usada em sistemas operacionais para gerenciar filas de impressões. No momento que um arquivo for mandando para impressão, ele é armazenado primeiramente em uma parte do disco, esse arquivo é conhecido como arquivo de spool, liberando imediatamente o programa para outras atividades. Spooling
  25. 25. Spooling Sistema Operacional ImpressoraArquivo de SpoolPrograma
  26. 26. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA É comum, em sistemas multiprogramáveis, vários usuários utilizarem os mesmos aplicativos simultaneamente, como editores de texto, compiladores e outros utilitários. Nesta situação, se cada usuário que utilizasse um destes aplicativos trouxesse o código executável para a memória haveria então diversas cópias de um mesmo programa ocupando espaço na memória, o que causaria um grande desperdício de espaço. Reentrância
  27. 27. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Reentrância é a capacidade de um código executável (código reentrante) ser compartilhado por vários usuários, exigindo apenas uma cópia do programa em memória. A reentrância permite que cada usuário esteja executando um trecho diferente do código reentrante, manipulando dados próprios, exclusivos de cada usuário. Reentrância
  28. 28. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Objetivo geral: promover o uso mais eficiente da memória e um desempenho maior do sistema. Reentrância
  29. 29. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Considerando-se que diversos usuários estão compartilhando os mesmos recursos, como: memória, processador e dispositivos de E/S. Faz-se então necessário existir mecanismos de proteção para garantir a confiabilidade e a integridade dos dados e programas dos usuários, além do próprio sistema operacional. Segurança e Proteção do Sistema
  30. 30. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Como vários programas ocupam a memória principal simultaneamente, cada usuário possui uma área reservada onde seus programas e dados são armazenados durante o processamento. O sistema operacional deve possuir mecanismos de proteção a essas áreas, de forma a preservar as informações nela contidas. Segurança e Proteção do Sistema
  31. 31. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Caso um programa tente acessar uma posição de memória fora de sua área, um erro indicando a violação de acesso deve ocorrer. Segurança e Proteção do Sistema
  32. 32. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA Todo o controle da segurança do sistema é implementado pelo sistema operacional, a partir de mecanismos como: • Grupos de usuários; • Perfis de usuários e • Direitos de acesso. Segurança e Proteção do Sistema
  33. 33. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA A proteção começa geralmente no procedimento de login, quando o usuário faz a conexão inicial no sistema. • Proteção as áreas alocadas de memória; • Disco e • Até mesmo o uso do processador. Segurança e Proteção do Sistema
  34. 34. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA As operações de E/S no computador funcionam de três formas básicas: • por programa; • por interrupção e • por acesso direto a memória (DMA) Operações de Entrada e Saída
  35. 35. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIA O canal de E/S funciona então como uma interface entre os controladores e a CPU. Operações de Entrada e Saída
  36. 36. www.evandrojunior.pro.br evandrojunior21@gmail.com pt.slideshare.net/EvandroJunior CONCORRÊNCIAOperações de Entrada e Saída Memória Principal CPU Canal de E/S Controlador Controlador

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