Mapa mental

Componentes do Sistema Computacional

Joao Guilherme Adamkosky Botti Português

Conteúdo do mapa

Processadores (CPU)
- Cérebro do computador
  - Executa instruções da memória
    - Cada CPU tem suas instruções específicas
- Registradores internos
  - Contador de programas
    - Endereço de memória
  - Ponteiro de pilha
    - Tarefas não encerradas
  - PSW ( Program Status Word)
    - Bits de controle
    - Chamadas de sistema e E/S
- CPUs modernas executam várias instruções ao mesmo tempo
- Pipelines
  - Instrução deve ser levada até o fim
- Superescalar
  - Várias execuções ao mesmo tempo
  - Execuções fora de ordem
- Computadores de mesa
  - Modo núcleo
    - Acesso a todo o hardware
- Instruções E/S inacessíveis em modo usuário
- Chamada de sistema
  - TRAP
    - Controle para o sistema operacional
  - Chavear do modo usuário para o modo núcleo
- Underflow
  - Incapacidade de reproduzir números muito pequenos
- Multithread e multinúcleo
  - 'Lei' de Moore
    - Redução massiva do tamanho de transitores
    - Abundância de transitores
      - O que fazer?
        Arquitetura superescalar
        Aumento da memória cache
  - Threads diferentes
    - Chaveamento entre eles
  - Não proporciona paralelismo real
    - Apenas um processo de cada vez
      - Chaveamento reduzido
  - Implicações para o sistema operacional
    - Cada thread é considerada uma CPU diferente
      - Menos eficiente
  - Vários núcleos
    - Sistema operacional de multiprocessador
    - GPU
      - Milhares de núcleos minúsculos
      - Difíceis de programar
Memória
- Extremamente rápida
- Grande
- Barata
- Nenhuma tecnologia satifaz as metas
- Hierarquia de camadas
  - Camadas superiores
    - Mais rápidas
    - Menor capacidade
      - Que as internas
    - Custo maior por bit
  - Registradores
    - Cache
      - Memória Principal
        'Locomotiva'
        RAM
        Perde o conteúdo ao ser desligado
        Requisições que não são atendidas pela cache
        ROM
        Não perde o conteúdo ao ser desligado
        Não pode ser modificada
        Rápida e barata
        EEPROM
        Armazenam conteúdo
        Podem ser modificadas
        Mais demorado que escrever na RAM
        Usadas da mesma maneira da ROM
        Memória flash
        Dispositivos portáteis
        Cameras digitais e reprodutores de música
        Intermediária entre RAM e disco
        Se desgasta ao ser apagada várias vezes
        CMOS
        Volátil
        Data e hora
        Dequal disco deve-se carregar o sistema
        Pequena bateria que ajuda a manter as informações
        Pouca energia
        Falha
        'Alzheimer'
        Computador 'esquece' de coisas como de onde iniciar o sistema operacional
      - Controlada pelo hardware
      - Linhas de cache
      - Presente na cache
        Requisição atendida
      - Ausente na cache
        Requisição adicional
      - Limitada devido ao auto custo
      - Duas nas CPUs
        L1
        Instruções decodificadas
        Sem atraso
        L2
        Memória recentemente usada
        Pequeno atraso
        Intel
        L2 conjunta
        Controlador complicado
        AMD
        L2 separada
        Difícil consistência
    - Mesmo material da CPU
      - Muito rápidos
    - Menores que 1Kb
Discos
- Mais baratos que a RAM
- Mais lento ao acessar dados aleatoriamente
- Pratos metálicos
- Braço mecânico
  - Trilhas
    - Cilindro
    - Setores
    - Arquivos
      - quando o braço abaixa e toca o prato
- SSDs
  - Sem partes móveis
  - sem discos
  - Memória flash
  - Dados não perdido ao desligar a energia
- Dados não perdido ao desligar a energia
- memória virtual
  - programas maiores que a memória física
  - MMU
  - Chaveamento de contexto
    - Operação cara
Dispositivos de E/S
- Controlador
  - Chip
    - Controla fisicamente o dispositivo
  - Aceita comandos do sistema operacional
  - pequenos computadores embutidos
  - Simplifica o trabalho do sistema operacional
  - Driver de dispositivo
    - Comandos e respostas
    - Dentro do sistema operacional e núcleo
      - Religar o núcleo e reinicializar o sistema
      - Adicionar uma entrada em um arquivo do sistema operacional e reinicializar o sistema
      - Capacitar o sistema operacional a aceitar novos drivers enquanto estiver sendo executado sem a necessidade de reinicialização
  - Registradores
    - Comando do sistema operacional
    - Espaço de portas de E/S
    - Dois tipos
      - Elimina a necessidade de instruções especiais mas consome parte do espaço do endereço
      - Não utiliza espaço do endereço ,mas precisa de instruções especiais
  - três maneiras de entrada e saída
    - Chamada de sistema
      - Inicia a E/S
        Coloca os dados onde são necessários
        Retorna o controle a quem chamou
        Espera ocupada
        Mantém a CPU ocupada até o término da operação
    - driver inicia o dispositivo e pede que ele o interrompa quando tiver terminado
      - Sistema operacional bloqueia o programa que a chamou
        Controlador detecta o fim da transferêcia
        Interrupção
        Importante nos sitemas operacionais
        Quatro passos
        Primeiro passo
        Driver diz ao controlador o que fazer
        Controlador inicia o dispositivo
        Controlador sinaliza o chip controlador
        Segundo passo
        Linhas de barramento
        Terceiro passo
        Controlador de interrupção sinaliza a CPU
        Quarto passo
        Controlador de interrupção insere o número do dispositivo no barramento
        CPU decide aceitar a interrupção
        Controlador de programa (PC) e palavra de estado do programa (PSW) são empilhados na pilha atual e a CPU chaveada para o modo núcleo
        Índice para parte da memória para encontrar o endereço do tratador de interrupção
        Vetor de interrupção
        remove o contador de programas e PSW empilhados e os salva
        Indaga o dispositivo para saber sua situação
        Tratador de interrupção encerrado
        Retorna para o programa do usuário
    - Hardware especial
      - Chip DMA
        Controla o fluxo de bits entre a memória e algum controlador sem a intervenção da CPU constante
        CPU configura o DMA e deixa executar
        Quando terminar uma interrupção é causada
  - Interrupçãoes
    - Podem acontecer em momentos inconvenientes
      - CPU desabilita e reabilita as interrupções
        Enquanto estão desabilitadas os dispositivos ainda emitem sinal a CPU
        Se múltiplos dispositivos emitirem o sinal ao mesmo tempo o de maior prioridade é feito primeiro
- Dispositivo
  - Interfaces simples
  - Padronização
    - SATA
      - Serial ATA
      - Disco padrão
Barramentos
- Barramento principal
  - PCIe
    - Inventado pela Intel
    - Capaz de transferir dezenas de gigabytes por segundo
    - Arquitetura de barramento compartilhado
      - Múltiplos dispositivos utilizam os mesmos fios para transferir dados
        'Árbitro' para vários dispositivos
    - Arquitetura de barramento paralela
      - Múltiplos fios
    - Arquitetura de barramento serial
      - Única conexão
        Faixa
      - Paralelismo
      - Os bits não precisam chegar todos ao mesmo tempo
- PCI
  - CPU se comunica com a memória através de um barramento DDR3 e com outos dispositivos via um centro usando um barramento DMI
    - O centro
      - Barramento serial Universal
        Dispositivos USB
      - SATA
        Discos rígidos e acionadores de DVD
      - PCIe
        Transferir frames Ethernet
- USB
  - Conectar dispositivos E/S lentos
  - Pequeno conector de quatro a onze fios
    - Fornecem energia ou conectam-se com o terra
  - Barramento centralizado
    - Interroga todos os dispositivos de E/S
  - Pode ser conectado a qualquer computador que funcionará imediatamente sem precisar de reinicialização
- SCSI
  - barramento de alto desempenho
    - Discos rápidos e digitalizadores de imagens
  - Servidores e estações de trabalho
- Plug and Play
  - Intel e Micrasoft
  - Antes dele cada placa de E/S tinha um nível fixo de interrupções
    - Chaves DPI
      - Caos
  - O sistema coleta automaticamente informações sobre os dispositivos de E/S
    - Atribui números de interrupção a cada um deles e informa a placa-mãe

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Informações

Descrição: Mapa Mental sobre Componentes do Sistema Computacional, criado por Joao Guilherme Adamkosky Botti em 31-05-2019.
Criado por: Joao Guilherme Adamkosky Botti
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