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Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez1

Sistemas Operativos

IntroducciónUnidad II

Sergio Fuenlabrada Velázquez

Sergio Fuenlabrada Velázquez

Edna Martha Miranda ChávezRevisión Feb 2011

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Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez

Evolución de las computadoras

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Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez

Evolución de las computadoras

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Clasificación del sistema informático

- Procesador - Subsistema físico - Memoria interna (ordenador) - Memoria secundaria - Periféricos

Sistema - Subsistema lógico - Programas del sistema

Informático (Sistema operativo) - Programas de servicio

- Sistema de - Programas de aplicación Información - Datos a procesar

HW

SW

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Clasificación del subsistema lógico

- Gestión de recursos físicos - Programas - Gestión del procesador de control - Gestión de la memoria principal

- Gestión de soportes externos

- Ensambladores- Traductores - Compiladores

Recursos lógicos - Intérpretes

- Editores - Programas - Clasificadores

de servicios - Utilidades - Manipulación de ficheros

- Etc.

- Gestión- Aplicaciones - Cálculo

- Paquetes

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Componentes de la CPUGuía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson

Unidad de Control

ALU

PTU

FPU

BIUMMU

Unidad Prefetch

RegistrosRegistros

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Componentes de la CPU• Unidad de control – Controla las funciones de la CPU. Establece

las actividades a realizar, datos a utilizar y donde coloca los resultados.

• PTU – Protection Test Unit vigila si las funciones se realizan correctamente, en caso necesario genera una señal de error.

• FPU – Floating Point Unit (Coprocesador matemático), operaciones de punto flotante, operaciones de trigonometría y logaritmos.

• MMU - Memory Management Unit. Cuando necesita la CPU memoria se los solicita a la MMU. Direccionamiento y catalogación de la memoria, traduce el direccionamiento físico en lógico.

• BIU – Bus Interface Unit, supervisa la transferencia de datos sobre el sistema del Bus entre los otros componentes de la computadora y la CPU.

• Unidad prefetch – Carga los registros de la siguiente instrucción a ejecutar.

• Unidad de decodificación – Decodifica las instrucciones a instrucciones mas simples (básicas) para alistarlas para la unidad de control.

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Arquitectura básica del computador

Unidad de controlControl de todas las operaciones e interconexión interna del computador (Bus del sistema)

Unidad aritmética y lógica

PC IR FR

MAR MDR AC

Unidad de

memoria

Unidad de entrada /salida

Dispositivos

Periférico

CPU

Memoria Primaria

Controlador de I/O

Bus del Sistema

Unidad Central de Proceso (Procesador)

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• PC – Contiene la dirección de la celda de memoria que tiene almacenada la siguiente instrucción a ejecutar.

• MAR – Contiene la dirección de la memoria cuyo contenido se quiere leer o escribir. Este se conecta al bus de dirección cuando se efectúa la operación.

• IR – Contiene la instrucción que actualmente se esta ejecutando.• MDR – Contiene los datos requeridos de la memoria, MDR se

conecta al bus de datos para recibir la información.• FR – Registro de banderas, un CPU simple cuenta al menos:

– N – indica un valor negativo en el acumulador– Z – Indica que el valor almacenado en el acumulador es cero– V – Indica que el resultado de la operación aritmética excede la

capacidad del acumulador• AC - Registro que el CPU utiliza para operaciones, almacena

números que va a ocupar o depositar el resultado.

Arquitectura básica

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Estructura – Nivel superior Organización y arquitectura de

computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Computador

Memoria Principal

Entrada / Salida

Interconexión interna del

computador Bus del sistema

Periféricos

Líneas de comunicación

Unidad Central de Proceso

(CPU)

Computador

La figura muestra los componentes principales de un computador

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Estructura del CPU Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Computadora Unidad Aritmética y

lógica

Unidad de

control

Interconexión interna de la

CPU

Registros

CPU

I/O

Memoria

SystemBus

CPU

La figura muestra los componentes principales del Procesador (CPU)

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Estructura de la Unidad de control Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

CPU

Memoria de

control

Unidad de control de registros y

decodificadores

Lógica Secuencial

Unidad de

control

ALU

Registers

InternalBus

Unidad de control

La figura muestra los componentes principales de la Unidad de Control del Procesador (CPU)

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Las siguientes diapositivas muestran la vista funcional, esto es, los componentes que intervienen en el proceso de ……

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Vista funcional Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Proceso de entrada y salida de datos

Sistema de transferencia

de datosMecanismo de control

Facilidades de almacenamiento

de datos

Facilidades de procesamiento

de datos

Entrada de datos

Salida de datos

Observe que:

-- No toda la entrada de datos requiere el uso procesador o se almacenada

-- La información después de ser procesada se puede almacenar y viceversa

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Ejemplo de Operación 1 Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Proceso de movimiento de datos – De teclado a pantalla


de datos

Mecanismo de control


de datos


de datos

Observe que si los datos de entrada (del teclado) no requieren ni almacenamiento ni procesamiento, el mecanismo de control los recibe y los reenvía a su destino (al monitor)

Datos de entrada

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Ejemplo de Operación 2 Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Almacenamiento de Internet a memoria


de datos


de datos



de datos

Observe que los datos que son recibidos de la tarjeta de red, son enviados para ser almacenados (buffer de red). El sistema puede solicitar el siguiente mensaje o enviar los datos los datos a un almacenamiento secundario (a una carpeta de archivos temporales) o al monitor para ser mostrados.

Datos

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Ejemplo Operación 3 Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Procesamiento y almacenamiento -- a la memoria -

Procesamiento Batch de transacciones de un banco


de datos


de datos



de datos

Observe que se muestra la iteración del proceso: Lectura del registro o tupla (del archivo o tabla), procesamiento de los datos, almacenamiento del resultado, lectura de los siguientes datos, ….., emisión del resultado

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Ejemplo Operación 4 Organización y arquitectura de computadores, William Stallings, Ed. Pearson

Procesamiento de la memoria a un dispositivo de I/O imprimiendo estados de cuenta en un banco


de datos


de datos



de datos

Observe que los datos capturados, se procesan y almacenan.

Se puede carga de memoria datos adicionales a procesar y finalmente se emite el resultado.

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Inicialización de un sistema IntelSistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson

Carga SO y Drive´s

Memoria Secundaria

Inicio

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BIOS

• Por sus siglas en ingles Basic Input Output System

• Es un Firmware - Programa grabado en una placa. Memoria ROM.

• Al encender la computadora localiza, reconoce y prueba todos los dispositivos necesario para iniciar el proceso de carga y ejecución del sistema operativo.

Componentes electrónicos

Componentes mecánicos

Dispositivo

BIOS

Reconoce y efectúa el proceso de prueba los

dispositivos

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Pasos en el proceso de arranque del sistemaGuía completa para PC, Gilster Ron, McGraw-Hill

Iniciación de energía

Arranque del BIOS

Post

BIOS de video y de dispositivo

Verificación del sistema

Verificación de Plug and Play

Pantalla de resumen

Dispositivo de arranque encontrado

Sistema operativo en ejecución

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Pasos en el proceso de arranque del sistema

1. Se enciende la computadora. La fuente de poder cuando esta lista para suministrar energía confiable a la tarjeta madre emite una señal de “Good Power Signal”. La tarjeta madre envía un comando de reinicio del sistema al procesador.

2. El procesador lee la instrucción de dirección de salto a FFFOh, esta contiene la dirección física del BIOS del sistema . La CPU copia el programa de BIOS del sistema en la memoria primaria e inicia su ejecución.

3. El POST verifica y prueba la configuración del hardware, almacenado en la configuración del BIOS. Si detecta error emite beep o pitos (código audible) y/o muestra mensaje de error.

4. Si no hay error sede el control al BIOS del adaptador de Video, verifica y enciende la pantalla. En la pantalla se muestra el resultado de la ejecución de los demás BIOS de los dispositivos.

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Pasos en el proceso de arranque del sistema

5. El BIOS del sistema ejecuta una serie de pruebas al sistema: capacidad de memoria, verifica los dispositivos enumerados en el CMOS vs. BIOS de dispositivos: Se encuentren. Velocidad, parámetros, etc. SI todo esta bien configura y aprueba

6. El BIOS del sistema configura todos los dispositivos PnP (Plug and Play)

7. El BIOS emite resumen.

8. El BIOS identifica la unidad en donde se encuentra el Sistema Operativo. En el Diskette busca el S.O. en el sector 0, en el Disco Duro busca el S.O. en el Registro de Arranque Maestro (MBR).

9. Localizado el S.O. el BIOS le sede el control.

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Organización,

Comunicación entre estratos

• Los sistemas operativos varian de estructura, en

general se conforman de varios estratos.

Sistema de nomina

Sistema de finanzas

Sistema de ventas

Interprete de comandos

Bibliotecas Compiladores

Sistema Operativo

Lenguaje de maquina

Microprograma

Dispositivos físicos

Programas de aplicación

Software de base

Hardware

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Organización• Lenguaje de maquina.- Conjunto de

instrucciones que el microprograma ejecuta. 50 a 300 instrucciones. Operaciones aritméticas y lógicas, carga valores en dispositivos

• Microprograma.- Software primitivo, controla en forma directa los dispositivos. Se encuentra en memoria ROM. Busca y trae instrucciones en lenguaje maquina. Es un Interprete. Determina ubicación, solicita y almacena datos.

• Dispositivos físicos.- Estrato inferior , circuitos integrados, fuentes de poder, tubos de rayos catódicos

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Definición de Sistema Operativo

“El sistema operativo maneja la operación de la computadora misma, y los programas de aplicación, controla todos los recursos de la computadora”.

Tanenbaum

“El sistema operativo proporciona el ambiente dentro del cual se ejecutan los programas” .

Silberschatz

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Organización• Estratos del sistema operativo

BibliotecasInterprete de comandos

Compiladores

Gestor de procesos

Gestor del procesador

Gestor de memoria

Núcleo (Kernel)

Modo Usuario

Modo Kernel o supervisor o superusuario

Cuando el sistema operativo recibe comandos de una aplicación se dice que el sistema operativo esta en modo usuario. Esto se define como una llamada al sistema. Una llamada ejecuta una rutina de servicio. Muchos sistemas operativos hoy en día cuentan con bibliotecas de interfaz las cuales contienen las llamadas al sistema operativo.

Cuando el sistema operativo recibe comandos privilegiados (comandos que sólo puede efectuar el administrador del sistema el super-usuario, son comandos que son tecleados en la consola o en el servidor) se dice que el sistema operativo esta en modo kernel o de supervisor.

Aplicación

Hardware

LLAMADA

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Servicios del sistema Operativo

Un sistema operativo ofrece servicios al usuario entre los que se encuentran:

• Interfaz (GUI – Graphical User interfase, CLI – Command Line Interfase, Menús, etc.

• Ejecución de programas • Operaciones de entrada y salida de datos • Gestión de archivos• Gestión de comunicaciones entre procesos• Detección de errores• Gestión de recursos• Protección y seguridad • Generación de estadísticas

Fundamentos de Sistemas Operativos, Silberschatz, Ed. Mc Graw Hill

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Llamadas al sistema

• “En el nivel mas bajo, las llamadas al sistema permiten que un programa en ejecución haga solicitudes directamente al sistema operativo

• En el nivel superior, el interprete de comandos o SHELL proprociona un mecanismo para que el usuario ejecute una solicitud sin escribir un programa .

• Los comandos pueden proceder de archivos de procesamiento por lotes o directamente de una terminal…

• …. Las solcitudes de nivel superior, satisfechas por el interprete de comandos o los programas del sistema, se traducen a una secuencia de llamadas al sistema”

• …. API (Aplication Programming Iterface) – Especifica un conjunto de instrucciones que el programador de aplicaciones puede usar”


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Llamadas al sistema

• Para usar una API el programador debe indicar una serie de parámetros y esperar valores de retorno.

• Cada SO tiene sus propios nombres de llamadas al Sistema. – API Win32 – API POSIX (Unix, Linux, Mac OS X)– API JAVA (Maquina virtual)

• Las ventajas de usar API es la portabilidad, son mas sencillas, son similares a las llamadas del sistema nativo.

• El que ejecuta una API debe entender lo que hará el SO como resultado de dicha ejecución y solamente se debe limitar a proporcionar los parámetros que le solicita la API para su ejecución.


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Generaciones de los sistemas operativos

(ver archivo anexo en word)

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