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Arquitectura de computadores y sistemas operativos
Presentación e introducción 1
©
DIT-UPM, 2015. Algunos derechos reservados.Este material se distribuye bajo licencia Creative Commons disponible en:http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.es
Presentación e introducción 2
Presentación e introducciónContexto académico y objetivos
Sistemas y modelos
Niveles de abstracción
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Presentación e introducción 3
Presentación e introducción
Contexto académico y objetivosContextoObjetivos
Sistemas y modelos
Niveles de abstracción
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Contexto académico
Grado en Ingeniería BiomédicaARSO: asignatura obligatoria 3º (S6), 6 ECTSDepartamento: Ingeniería de Sistemas Telemáticos
http://www.dit.upm.es
Asignaturas más relacionadas:Fundamentos de programación (S1)Sistemas electrónicos (S4)Algoritmos y estructuras de datos (S5)
Presentación e introducción 4
Objetivos (de la guía de aprendizaje)
Funciones, estructura y funcionamiento de los sistemas operativosFicheros, procesos y recursosUnixRepresentación binariaPrincipios básicos de la arquitectura de ordenadoresFuncionamiento de los procesadores en el nivel de máquinaconvencionalProcesadores de lenguajes
En resumen:
¿Qué hay dentro de un ordenador?I Estructura y componentes de hardware y de software
¿Cómo funciona?I Procesos que ocurren al ejecutarse los programas
Presentación e introducción 5
¿Qué es un ordenador?
Fuente:
http://skokcomm.com/computer_support.html
SW
HW
Un ordenador es un sistema complejoque puede describirse
mediante diferentes modelosen distintos niveles de abstracción
Presentación e introducción 6
Algunas «vistas» (abstracciones) del ordenador
programa
principal
función
dato
resultado
entrada UCP salida
MP
pantalla
teclado
placa madrecontrolador serial
controlador de video
fuente dealimentación
bus
ratón
nonato
activopreparado
bloqueado
muerto
distribuidor
distribuidor
interrupción
BRKinterrupción
xy
s
rs
re
e1e2
s
+V+V
Presentación e introducción 7
Presentación e introducción
Contexto académico y objetivos
Sistemas y modelosSistemas abiertos y complejosModelosModelos funcionales, estructurales y procesalesEjemplo
Niveles de abstracción
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Sistema
R.A.E, 23ª ed.:«2. m. Conjunto de cosas que relacionadas entre sí ordenadamentecontribuyen a determinado objeto»«~ operativo1. m. Inform. Programa o conjunto de programas que realizanfunciones básicas y permiten el desarrollo de otros programas»
Sistemas materiales: un edificio, un automóvil,un ordenador, un programa, una persona (?). . .
Sistemas conceptualesI abstractos: topología, lingüística. . .I abstraídos: planos, esquemas, manuales, procesos, fisiología. . .
(modelos de los correspondientes materiales)
Presentación e introducción 8
Sistemas abiertos
sistema
entorno
En telemática, concepto más restrictivo:la interacción sistema–entorno debe respetar ciertasnormas (o estándares)
Presentación e introducción 9
Sistemas complejos
«El compuesto por un gran número de partes que actúan entre sí demanera no sencilla»(Herbert Simon)
Complejidad: atributo con componentes subjetivosSe reduce con descripciones (modelos)
Presentación e introducción 10
Modelos
Modelo = sistema paradescribir, osustituir (simulación)
a un sistema (original)existente, oinexistente (diseño)
sistema(original)
sistema(modelo)
homomorfismo
original
modelosintaxis
personas
pragmática
semántica
Presentación e introducción 11
Tipos de modelos
materiales
conceptuales (abstraídos)
icónicos
analógicos
funcionales
estructuralesprocesales
formalizados
no formalizados
comprensión
uso
diseño/ implementación
sintaxis semántica pragmática
Presentación e introducción 12
Modelos funcionales («de caja negra»)
Describen la función del sistema (actuación y relación con el entorno)
para sistemas estáticos: maquetas, planos, . . .para sistemas dinámicos:
estímulos respuestassistema
modelo = {comportamientos} = {respuesta = f(estímulos)}
Presentación e introducción 13
Modelos estructurales («de caja transparente»)
Describen al sistema detallando partes (subsistemas) einterrelaciones
estímulos respuestas
sistema
modelo = {modelos funcionales subsistemas} + {interrelaciones}
Presentación e introducción 14
Modelos procesales («de caja abstracta»)
Describen la actividad dinámica interna, o proceso
estímulos respuestas
modelo = {función de transición, función de salida}
función de transición
función de salida
estado i
estado i+1
Presentación e introducción 15
Ejemplo: sumador binario serial (1)
Modelo funcional:
e21
e11
e01
...
e22 e12 e02...
t2
t1
t0
... t2
t1
t0
...
E1
E2 s2 s1 s0...
Ssumador
serial
S = E1
E2
+
Ejemplo: E1: 011001E2: 011101S = 110110
011001 + 011101 = 110110
R
e1
e2
z
s
q
O− tiempo
Presentación e introducción 16
Ejemplo: sumador binario serial (2)
Modelo estructural:
elemento de retardo,
e1
e2
q z
setapa de
sumador
O−
Modelos funcionales de los doscomponentes:
Etapa de sumador:s = (e1 + e2 + q)(mód 2)
z =
0 si e1 + e2 + q = 0
o si e1 + e2 + q = 11 si e1 + e2 + q = 10
o si e1 + e2 + q = 11
Elemento de retardo: q(t) = z(t −Θ)
Presentación e introducción 17
Ejemplo: sumador binario serial (3)
Modelo procesal:
eq 00 01 10 11q0 q0/0 q0/1 q0/1 q1/0q1 q0/1 q1/0 q1/0 q1/1
q0
q1
00/0
01/1
10/1
11/0
00/1
01/0
11/1
10/0
Presentación e introducción 18
Presentación e introducción
Contexto académico y objetivos
Sistemas y modelos
Niveles de abstracciónJerarquía de niveles en los ordenadoresModelos en el nivel de máquina convencional
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Niveles de abstracción
Todo modelo es una abstracción del sistema original(hace abstracción de detalles irrelevantes)
Para sistemas complejos, jerarquía de niveles de abstracción:
♣ Los sistemas del nivel i − 1 son componentes del nivel i♣ “Subir” del nivel i − 1 al nivel i es abstraer♣ “Bajar” del nivel i al nivel i − 1 es concretar
(y, en su caso, implementar)
Presentación e introducción 19
Niveles de abstracción para los ordenadores
máquina convencional+microprogramas
máquinas programables binarias (interpretan instrucciones)
micromáquina máquinas microprogramables (interpretan microinstrucciones)
circuito lógico sistemas combinacionales y secuenciales, memorias, ...
circuito eléctrico puertas lógicas
dispositivometales,semiconductores, ...
transistores,resistores, ...
máquina operativa+programas
máquinas programables binarias extendidas (interpretan instrucciones y "llamadas al sistema")
máquina simbólica+programas
máquinas simbólicas (interpretan sentencias y órdenes en lenguajes simbólicos)
NIVELES COMPONENTES SISTEMAS
impl
emen
taci
ón
abst
racc
ión
Presentación e introducción 20
Los niveles en el Plan de Estudios
Asignatura Curso/Sem. NivelFundamentos de programación 1/1S Máquina simbólicaAlgoritmos y estructuras de datos 3/1S Máquina simbólicaBases de datos 3/2S Máquina simbólica
Arquitectura de computadores ysistemas operativos
3/2S Máquina operativa ymáquina convencional
Sistemas electrónicos2/2S Circuito lógico
y micromáquinaFundamentos de electrónica 2/1S Circuito eléctrico
y dispositivo
Presentación e introducción 21
Modelos en el nivel de máquina convencional
Modelos estructurales:Componentes físicos(hardware) UCP MP CE/S CE/S
bus del sistema
Modelos funcionales:Representación de datose instrucciones en binarioConjunto (o repertorio) deinstrucciones
31 0
031
N
CO MD CD
Modelos procesales:Modelo de una CPU (UCP)monoprocesador:
lectura de instrucción
ejecución de instrucción
decodific.
lectura de operando
Presentación e introducción 22
Modelos en el nivel de máquina operativa
Modelos estructurales:Componentes lógicos(software)
procesos de usuario
gestión de ficheros
gestión de entrada/salida
gestión de procesos
hw
gestión de memoria
Modelos funcionales:Llamadas al sistemaIntérprete de órdenes
intérprete
cp
rm
dir...
read
...
create
fork
Modelos procesales:Modelo de un proceso:
nonato
activo
preparado
bloqueado muerto
distribuidor
BRK
interrupción
interrupción
Presentación e introducción 23
Presentación e introducción
Contexto académico y objetivos
Sistemas y modelos
Niveles de abstracción
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Programa
Tema 1: Sistemas operativosFunciones, servicios, estructura y componentesProcesos y hebrasUNIXPrácticas con Linux en laboratorio
Tema 2: Representación de la informaciónTextos y númerosDetección de errores y compresiónFormatos de ficherosFicheros multimedia
Tema 3: Arquitectura de procesadores hardwareArquitectura y procesadoresEl procesador BRMPrácticas con Raspberry PiProcesadores paralelos
Tema 4: Procesadores softwareTraductores e intérpretesCompiladores JIT y adaptativosVirtualizaciónLa máquina virtual Java
Presentación e introducción 24
Presentación e introducción
Contexto académico y objetivos
Sistemas y modelos
Niveles de abstracción
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Material de estudio
Abraham Silberstchatz, Peter Galvin y Greg Gagne:Operating System Concepts, 9th ed.John Wiley, 2012. Capítulos 1 y 2 (para el Tema 1)Apuntes propios de la asignatura, disponibles en elMoodle
Consulta adicional:
Christopher Negus y Christine Bresnahan: Linux Bible, 8th ed. JohnWiley, 2012David A. Patterson y John L. Hennessy: Computer Organization andDesign. The Hardware/Software Interface, 4th ed. Morgan Kaufmann,2009John L. Hennessy y David A. Patterson: Computer Architecture: AQuantitative Approach, 5th ed. Morgan Kaufmann, 2012Gregorio Fernández: Curso de ordenadores. Conceptos básicos dearquitectura y sistemas operativos, 5ª ed. Fundación Rogelio Segovia,ETSIT-UPM, 2004
Presentación e introducción 25
Recursos en red
http://moodle.upm.es/titulaciones/oficiales
Página web estática con información general:http://www.dit.upm.es/{ asignaturas{ ARSO
Presentación e introducción 26
Presentación e introducción
Contexto académico y objetivos
Sistemas y modelos
Niveles de abstracción
Programa y planificación
Documentación
Evaluación
Evaluación continua: tareas y pesos
Dos pruebas parciales: . . . . . . . . . . . . . . . . 70 %I Parcial 1: . . . . . . . . . . . .35 %
F Temas 1 y 2
I Parcial 2: . . . . . . . . . . . .35 %F En junioF Temas 3 y 4
Realización de ejercicios en clase: . . . . 20 %
Realización de prácticas de laboratorio: 10 %
Presentación e introducción 27
Evaluación continua: condiciones
Requiere asistencia habitual a claseRequiere realizar todas las entregas de prácticas y ejerciciosprácticos planteadosSe aprueba si NOTA ≥ 5 (sobre 10 puntos)NOTA = Parcial 1 + Parcial 2 +ejercicios + prácticasLas notas individuales de Parcial 1 y Parcial 2deben ser ≥ 4 (sobre 10 puntos)La nota media de Parcial 1 y Parcial 2debe ser ≥ 4,5 (sobre 10 puntos)Si la nota obtenida en el Parcial 1 es < 4 (sobre 10),o si se desea subir nota, se repetirá el examen de los Temas 1 y 2en enero, a continuación del Parcial 2
Presentación e introducción 28
Evaluación mediante examen único
Los alumnos que lo deseen serán evaluados mediante un únicoexamen final en el mes de junio
Solicitud por escrito al Director del Departamento de Ingeniería deSistemas Telemáticos, presentada en el registro de la ETSITantes del día 7 de marzo de 2015
La presentación de este escrito supondrá la renuncia automáticaa la evaluación continua
En el examen se evaluará la adquisición de todos losconocimientos y habilidades, teóricos y prácticos, impartidos en laasignatura
Presentación e introducción 29
Trabajo personal
Todas las entregas y prácticas que se realicen deben ser frutodel trabajo personal del alumno(aunque se fomentará la discusión y el trabajo en grupo)
La copia de entregas o la copia en las pruebas parcialessupondrá el suspenso automático de toda la asignatura tantopara quien copia como para quien deja copiar
Presentación e introducción 30
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