Arquitetura de Sistemas Operacionais
Francis Berenger Machado / Luiz Paulo Maia
Revisto
Capítulo 2
Conceitos de Hardware e Software
2 – Conceitos de Hardware e Software
 Sistema Computacional
Processador / UCP
Unidade Lógica
e Aritmética
Unidade de
Controle
Memória
Principal
Registradores
Dispositivos
de E/ S
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Unidade Central de Processamento
o Registradores mais importantes
 PC (Program Counter)
 SP (Stack Pointer)
 PSW (Program Status Word)
 IR (Instruction Register)
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Memória Principal com 64 Kbytes
0
instrução ou dado
1
endereços
2
16
2 -1
célula = 8 bits
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Memória Principal com 64 Kbytes
o Tamanho das células pode variar,
geralmente 1 byte
o Acesso à memória através do MAR e do
MBR
 MAR (Memory Address Register)
 MBR (Memory Buffer Register)
o Se barramento de memória com n bits (idem
para o MAR), endereça no máximo 2n
endereços
o Ciclo de leitura ou gravação em 4 passos
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Relação entre Dispositivos de
Armazenamento
Registradores
Memória Cache
maior
capacidade de
armazenamento
Memória Principal
maior custo e
velocidade
de acesso
Memória Secundária
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Memória Cache
o Alta velocidade de acesso, baixa capacidade
e alto custo
o Uso da cache baseia-se no Princípio da
Localidade
 Localidade espacial
 Localidade temporal
o Se dado encontrado na cache, tem-se um
cache hit
o Se dado não encontrado na cache, tem-se
um cache miss mais acesso à MP
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Barramentos Processador-Memória e de
E/S
Memória
Principal
UCP
Barramento processador-memória
Adaptador
Barramento de E/ S
Barramento de E/ S
Adaptador
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Barramento Processador-Memória
o Barramento de Dados
o Barramento de Endereços
o Barramento de Controle
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Barramento de Backplane
Memória
Principal
UCP
Barramento processador-memória
Barramento
de backplane
Adaptador
Adaptador
Barramento de E/ S
Barramento de E/ S
Adaptador
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Barramentos Processador-Memória e de
E/S
o Barramentos processador-memória
geralmente proprietários
 Exemplo: PCI, da Intel
o Barramentos de E/S geralmente
padronizados
 Exemplos: IDE, SCSI, SATA
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Arquitetura Pipeline com Quatro
Estágios
P1
P2
P3
P4
Unidade de
busca da
instrução
Analisador
da
instrução
Unidade de
busca dos
dados
Unidade de
execução da
instrução
P1
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7
P2
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6
P3
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5
P4
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4
tempo
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Arquitetura RISC x Arquitetura CISC
Aplicativos
Utiltários
Sistema Operacional
Arquitetura
RISC
CISC
Linguagem de Máquina
Microprogramação
Circuitos Eletrônicos
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Arquitetura RISC x Arquitetura CISC
o Características do RISC
 Poucas instruções
 Instruções executadas diretamente pelo HW
 Instruções com formato fixo
 Poucos ciclos de máquina p/ instrução
 Poucos modos de endereçamento
 Muitos registradores
 Uso intensivo de pipeline
 Ex’s: Sun SPARC, IBM RS-6000, DEC Alpha
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Arquitetura RISC x Arquitetura CISC
o Características do CISC
 Muitas instruções
 Instruções executadas por microcódigo
 Instruções com formatos diversos
 Vários ciclos de máquina p/ instrução
 Diversos modos de endereçamento
 Poucos registradores
 Uso pouco efetivo de pipeline
 Ex’s: Intel Pentium, DEC VAX, Motorola
68xxx
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Análise de Desempenho
o Métricas consideradas para a avaliação de
desempenho de processadores
 Freqüência de clock (relativo a dado
processador)
 Tempo para se executar um determinado
programa, ou tempo de CPU
= no de clocks x ciclos de clock
 MIPS = Millions Instructions Per Second
 FLOPS = Floating-Point Operations Per
Second
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Análise de Desempenho
o Benchmark
 Conjunto de programas executado para
comparação do tempo de execução
 Programas escolhidos criteriosamente de
acordo com a potencialidade analisada
 Exemplo: SPEC (System Performance
Evaluation Cooperative)
o SPECint, SPECfp, SPEC CPU2006
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Tradutor
programa fonte
Tradutor
programa objeto
Compilador
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Tradutor
o Interpretador:
 Traduz cada instrução ao longo da
execução do programa, executando-as
 Mais lento devido à tradução interativa
o Compilador:
 Gera código executável de uma vez
 Execução mais rápida, instruções já num
nível entendido pelo processador
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Linker
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Linker
o Gera um executável a partir de vários
módulos objetos
o Resolve referências simbólicas entre os
módulos, incluindo bibliotecas
 Loader
o Carrega na memória o programa a ser
executado, fazendo relocação, e inicia sua
execução
o Analisa o tamanho do programa e os
espaços em memória para carregamento
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Ativação do Sistema
Área do
Sistema
Operacional
boot
Sistema
Operacional
Disco
Memória
Principal
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2 – Conceitos de Hardware e Software
 Ativação do Sistema
o Carregamento e ativação do sistema (boot)
realizado por programa localizado em bloco
específico do disco (boot block)
o Executa programas de inicialização
responsáveis pela customização e
configuração de HW e SW específicos para
cada ambiente
o Desativação (shutdown) faz com que
aplicações e componentes sejam desativados
de forma ordenada, garantindo integridade
dos dados (p/ex: arquivos temporários)
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