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Aula 03 – Conceitos de Hardware e Software
Prof. Leinylson Fontinele Pereira
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Na aula anterior...
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
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Hardware
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software12
Hardware
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software13
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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Registradores
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
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Registradores
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Hardware
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Hardware
23
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Ciclo de Busca e Execução I
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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Ciclo de Busca e Execução III
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Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Relação entre Dispositivos de Armazenamento
29
maior
capacidade de
armazenamento
maior custo e
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Memória Secundária
Memória Cache
Memória Principal
Registradores
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
30
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.
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
31
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.
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
32
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...
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
33
É o armazenamento de dados “permanente”
e não volátil.
Memória secundária
HD, DVD, PenDrive...
HD
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
34
Memória secundária
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
35
Podem ser memórias secundárias ou
de Interface Humano Computador.
Dispositivos de Entrada e Saída
IHC
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware – Unidades de Entrada e Saída (E/S)
20:33
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
37
Os barramentos fornecem a comunicação entre os diferentes componentes.
Podendo ser Barramento processador-memória, Barramento de E/S e
Barramento backplane.
Possuem linhas de controle e linhas de dados.
Barramento ou bus
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33
Unidade de Entrada e Saída
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
39
Barramentos Processador-Memória e de E/S
Barramento processador-memória
BarramentodeE/S
BarramentodeE/S
Adaptador Adaptador
Memória
Principal
UCP
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Barramento processador-memória
BarramentodeE/S
BarramentodeE/S
Adaptador Adaptador
Memória
Principal
UCP
Adaptador
Barramento
debackplane
Hardware
40
Barramento de Backplane
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
41
Pipelining
Unidade de
busca da
instrução
P1 P4P3P2
Analisador
da
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
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
42
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.
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Microprogramação
Linguagem de Máquina
Arquitetura
RISC
Sistema Operacional
Aplicativos
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
43
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Hardware
44
 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
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software45
Software
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
46
Após a programação, as instruções devem ser traduzidas para linguagemde 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.
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
47
programa fonte programa objetoTradutor
Compilador
Tradutor
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
48
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
49
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.
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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 linker
não seja usado, passando pelo processo de link dinâmico.
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
51
Linker
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Processo de Compilação
20:33
Texto em linguagem C
Texto pre-processado
Código objeto
Programa final
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
53
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.
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
54
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
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
55
Ativação do Sistema
Disco Memória
Principal
boot
Sistema
Operacional
Área do
Sistema
Operacional
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Software
56
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 sejam
desativados de forma ordenada, garantindo integridade dos
dados
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
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
57
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software
Nesta aula aprendemos...
 Hardware
 Software
58
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
60
Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33
Até a próxima aula...
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Sistemas Operacionais - Aula 03 (Conceitos de hardware e software)

  • 1. # Sistemas Operacionais # Aula 03 – Conceitos de Hardware e Software Prof. Leinylson Fontinele Pereira
  • 2. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Na aula anterior...  Visão Geral dos Sistemas Operacionais 20:33
  • 3. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Mundo 3 - Hardware e software 3 Hardware e software Conceitos Básicos Visão Geral de SO
  • 4. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software O que vamos aprender?  Hardware  Software 20:33
  • 5. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Componentes Básicos de um Computador 20:33
  • 6. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Funcionamento Básico de um Computador 20:33
  • 7. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Princípio de Funcionamento: Arquitetura de J. v. Neumann 20:33
  • 8. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Sistema Computacional 8 Memória Principal Dispositivos de E/ S Processador / UCP Unidade Lógica e Aritmética Registradores Unidade de Controle
  • 9. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software9 Hardware
  • 10. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 10 São os componentes físicos que compõe os sistemas computacionais. Agrupados nas unidades funcionais: Processador, Memória Principal e Dispositivos de Entrada e Saída.
  • 11. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software11 Processador A principal função é controlar e executar instruções presentes na memória principal através de operações básicas como somar, subtrair, comparar e movimentar dados. Composto por Unidade de Controle, Unidade Lógica e Aritmética, e registradores. Hardware
  • 12. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software12 Hardware
  • 13. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software13 ULA – Unidade Lógica e Aritmética Responsável pela lógica (testes e comparações) e aritméticas (somas e subtrações). Hardware
  • 14. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 14
  • 15. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33 Portas Lógicas
  • 16. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Uma ULA de 2-bit que faz AND, OR, XOR, e adição 20:33
  • 17. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software17 UC - Unidade de Controle Responsável por gerenciar as atividades de todos os componentes, como gravar dados no HD ou buscar uma instrução na memória. Hardware
  • 18. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33 UC - Unidade de Controle
  • 19. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 19 Registradores Principal função é armazenar os dados temporariamente. Põem dados ao alcance da UAL e UCtrl e funcionam como memória auxiliar da UCP recebendo operandos e resultados intermediários; Eles podem ser de uso geral ou de uso específico.
  • 20. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33 Registradores
  • 21. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 21 CI – Contador de Instruções Endereço da próxima instrução a ser executada AP - Apontador de pilha Endereço 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
  • 22. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 22 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.
  • 23. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Memória Endereço da memória Programa XYZ 3 4 5 6 7 8 Programa XYZ Variável A Sub-Rotina (Soma) Variável B Sub-Rotina (Enviar E-mail)
  • 24. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 24
  • 25. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33 Onde estão as instruções?
  • 26. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Ciclo de Busca e Execução I 20:33
  • 27. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Ciclo de Busca e Execução II 20:33
  • 28. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Ciclo de Busca e Execução III 20:33
  • 29. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Relação entre Dispositivos de Armazenamento 29 maior capacidade de armazenamento maior custo e velocidade de acesso Memória Secundária Memória Cache Memória Principal Registradores
  • 30. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 30 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.
  • 31. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 31 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.
  • 32. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 32 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...
  • 33. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 33 É o armazenamento de dados “permanente” e não volátil. Memória secundária HD, DVD, PenDrive... HD
  • 34. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 34 Memória secundária
  • 35. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 35 Podem ser memórias secundárias ou de Interface Humano Computador. Dispositivos de Entrada e Saída IHC
  • 36. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware – Unidades de Entrada e Saída (E/S) 20:33
  • 37. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 37 Os barramentos fornecem a comunicação entre os diferentes componentes. Podendo ser Barramento processador-memória, Barramento de E/S e Barramento backplane. Possuem linhas de controle e linhas de dados. Barramento ou bus
  • 38. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33 Unidade de Entrada e Saída
  • 39. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 39 Barramentos Processador-Memória e de E/S Barramento processador-memória BarramentodeE/S BarramentodeE/S Adaptador Adaptador Memória Principal UCP
  • 40. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Barramento processador-memória BarramentodeE/S BarramentodeE/S Adaptador Adaptador Memória Principal UCP Adaptador Barramento debackplane Hardware 40 Barramento de Backplane
  • 41. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 41 Pipelining Unidade de busca da instrução P1 P4P3P2 Analisador da 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
  • 42. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 42 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 Arquitetura RISC Sistema Operacional Aplicativos
  • 43. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 43
  • 44. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Hardware 44  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
  • 45. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software45 Software
  • 46. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 46 Após a programação, as instruções devem ser traduzidas para linguagemde 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.
  • 47. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 47 programa fonte programa objetoTradutor Compilador Tradutor
  • 48. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 48
  • 49. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 49 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.
  • 50. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software 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 linker não seja usado, passando pelo processo de link dinâmico.
  • 51. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 51 Linker
  • 52. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Processo de Compilação 20:33 Texto em linguagem C Texto pre-processado Código objeto Programa final
  • 53. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 53 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.
  • 54. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 54 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
  • 55. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 55 Ativação do Sistema Disco Memória Principal boot Sistema Operacional Área do Sistema Operacional
  • 56. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Software 56 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 sejam desativados de forma ordenada, garantindo integridade dos dados
  • 57. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software 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 57
  • 58. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software Nesta aula aprendemos...  Hardware  Software 58
  • 59. 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 60
  • 60. Sistemas Operacionais - Aula 03: Hardware e software20:33 Até a próxima aula... leinylson@gmail.com Alguma Dúvida?