Hardware relacionado con el sistema operativo

1.      Relación con el hardware

 

Todos los sistemas de cómputo están compuestos por al menos una unidad de proceso junto al igual que dispositivos de entrada (teclado, mouse micrófono entre otros) y salida (parlante, pantalla, impresora entre otros). Una de las funciones del sistema operativo es abstraer el hardware de la computadora para presentar al usuario una versión más completa y simplificada de los dispositivos.

1.1 Unidad de procesamiento:

Es la parte más importante en el sistema de cómputo se encarga del funcionamiento de los programas y del sistema operativo.

Las funciones del sistema operativo en cuanto a la unidad de procesamiento son:

Inicialización, Atender las interrupciones y excepciones y Multiplexación

1.1.1 Jerarquía de almacenamiento:

Existe una arquitectura de almacenamiento la cual consiste en que entre más velocidad mayor costo y menos capacidad de almacenamiento y al contrario entre mayor espacio de almacenamiento menor velocidad y menos costo.

1.1.1.1 Registros:

Es la memoria más rápida de la computadora son los registros, esta se encuentra ubicada en los núcleos de cada CPU, a medida que a pasado el tiempo los procesadores han estado evolucionando y a su vez aumentando el funcionamiento por ejemplo aumentando el numero de registros, el estado actual de cada CPU con sus características están todas representadas en los registros.

1.1.2 Interrupciones y excepciones:

Los procesos deberían de realizarse de forma lineal, pero eso en la computación actual no es válido, ya que no serviría de mucho, su funcionamiento debe responder a los eventos que ocurran en el sistema, estos eventos son manejados por interrupciones y excepciones.

Cuando ocurre algún de evento que requiera del sistema operativo, el hardware encargado se comunica con una ubicación predeterminada de memoria, y realizando una interrupción detiene el proceso que se estaba realizando, el sistema operativo es el que se encarga de realizar el manejo de rutina de intervenciones, grabando de antemano el estado de los registros de la CPU y otra información del proceso desplazado y luego lo atiende. Hay que tener en cuenta que las interrupciones se organizan por prioridades, esto con el fin de atender la de mayor importancia para no llegar a perder información, hay un numero especifico de interrupciones según l arquitectura que se tenga, otra característica a tener en cuenta es que las interrupciones son manejadas por el controlador de canal en que son producidas, esto dificulta la categorización.

El sistema operativo puede elegir enmascarar o desenmascara las interrupciones.

Cabe resaltar que las interrupciones son generadas por causas externas del sistema, en cambio las excepciones son generadas por los procesos. También cabe resaltar que los eventos pueden ser alarmas o temporizadores.

Las funciones del sistema operativo en cuanto a las interrupciones son:

 

Administrar el hardware manejador de interrupciones, Abstraer las interrupciones, Punto de entrada al sistema operativo y Atender excepciones y fallas.

 

1.2 Terminales:

Son dispositivos electrónicos que sirven para ingresar datos y emitir resultados en un sistema de cómputo a medida que ha pasado el tiempo al igual que los procesadores estas han ido evolucionando, existen terminales de texto, terminales graficas entre otras, en la actualidad se emulan estas terminales por programas ya que en la época antigua eran dispositivos independientes.

1.3 Dispositivos de almacenamiento:

El almacenamiento en la memoria principal se pierde al interrumpirse la corriente eléctrica, antes esto no era un problema, pero en la actualidad existe información que se debe de almacenar a largo plazo, en la actualidad existen dispositivos magnéticos que manejan comunicación con controladores externos, existe la RAM (memoria de acceso aleatorio), los dispositivos de almacenamiento (memorias flash discos y cintas) pueden guardar la información.

El acceso a la información por parte del sistema operativo no se realiza byte por byte sino por medio de bloques de tamaño fijo.

 

1.4 Relojes y temporizadores:

Las computadoras manejan relojes y temporizadores los cuales son usados para tareas varias como dar la hora, alarmas de programas, ejecutar mantenimientos entre otros, permite crear un orden cronológico de los entre los eventos que ocurren en el sistema, también son usados para generar interrupciones.

 

 

 

 

 

1.5 Canales y puentes:

Los distintos componentes de un sistema de cómputo se comunican mediante los diferentes canales.

Los canales de líneas de comunicación entre el procesador y los demás componentes del chipset, a los cuales a su vez se conectan los diferentes dispositivos del sistema.

1.5.1 Contención: es un método de control de redes, que permite a la computadora detectar una petición de una terminar y permite a la terminal a empezar ejecución. Teniendo en cuenta que prioriza cual transmitir primero.

 

1.5.1 Acceso directo a memoria: el proceso de entrada u salida puede ser altamente ineficiente y más si el procesador se hace cargo de toda la información , para evitar los cuellos de botella en la actualidad se maneja controlador DMA, (acceso directo memora ), donde la transferencia DMA consiste principalmente en copiar un bloque de memoria de un dispositivo a otro , un ejemplo típico es mover un bloque de memoria desde una memoria externa a una interna más rápida  dispositivo, esta operación no ocupa el procesador y por ende puede efectuar otras tareas.

Coherencia de cache:

Existe cache coherente y cache no coherente, la memoria cache está a un nivel superior de la memoria principal.

 

1.6 Interfaz del sistema operativo: llamadas al sistema:

Se denomina llamada al sistema cuando un proceso requiere de alguna acción privilegiada, estas pueden agruparse en grandes rasgos como:

Control de procesos, Manipulación de archivos, Manipulación de dispositivos, Mantenimiento de la información, Comunicaciones y Protección de usuario.

1.7 Llamadas al sistema, arquitecturas y API:

Se evidencian las distintas arquitecturas por ejemplo los sistemas operativos, Windows 95 y en Linux entre otros, además no evidencian algunas API MS-DOS, COCOA, Y BSDS ENTRE OTROS.

 

Depuración por trazas (trace):

1.9Cuando dos cabezas piensan mejor que una:

Existen dos tipos de sistemas para gestionar procesos los cuales son multiprogramación y multiprocesos, la diferencia del uno al otro es que el primero se realizan varios procesos de manera secuencial compitiendo entre ellos y la segunda se hacen vario procesos de manera simultánea.

 

Cómputo distribuido: se denomina al proceso de cómputo realizado entre dos computadoras independientes (que no comparten memoria principal)

Hay varios tipos de modelos para identificar el computo distribuido:

Mallas (Grids) , Cómputo en la nube , Servicios Web, Software como servicio, Plataforma como servicio y Infraestructura como servicio

Consulta de términos glosario:

La memoria principal RAM : RAM (memoria de acceso aleatorio-random acces memory ) es la memoria principal de toda computadora también conocida como memoria volátil, en esta se almacenan datos – programas entre otros. Es donde se cargan las instrucciones que ejecuta la unidad central de procesadores, al pasar del tiempo esta memoria ha ido evolucionando y aumentado su capacidad de almacenamiento y velocidad, no guarda los datos de memoria permanente por lo que cuando se pierde la corriente eléctrica estos no quedan guardados. Esta memoria y el procesador conectan entre si para intercambiar datos.

Memoria Caché: tipo de memoria ala que el procesador tiene acceso directo e instantáneo en donde se almacenan los datos e instrucciones que este mas utiliza para tenerlos de manera inmediata.

En la actualidad existen varios niveles de cache L1,L2,L3 Y L4 en algunos casos. Estos se diferencian que a medida que va aumentando de L1 hasta L4 va disminuyendo su velocidad, pero aumentando su tamaño y su funcionalidad es según estas características.

Memoria ROM: ROM (Memoria de solo lectura – Read only memory ) es un tipo de almacenamiento empleado en computadoras, este se caracteriza por ser almacenamiento solo para lectura y no para escritura. Teniendo en cuenta esto se puede decir que esta memoria se puede recuperar, pero no se puede intervenir. Contiene información introducida por el fabricante, esta depende de una corriente

Unidad de interface con el bus: En arquitectura de computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora. Este se encuentra constituido por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores, además de circuitos integrados.

Unidad de decodificación:  es el Bloque del microprocesador que se encarga de decodificar la instrucción que se va a ejecutar. Es decir, saber qué instrucción es.
Esta unidad se encarga de interpretar el código de la instrucción para averiguar el tipo de instrucción que se va a realizar.
Por ejemplo, instrucciones de suma, multiplicación, almacenamiento de datos en memoria, etc.

Unidad aritmético-lógica (ALU): (La unidad aritmético lógica- arithmetic logic unit), es el circuito digital que se encarga de calcular las operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, entre otras.) y operaciones lógicas, entre dos números.

Registros: Es una memoria que presenta alta velocidad y poca capacidad, esta se encuentra integrada en el microprocesador,lo cual le permite guardar transitoriamente y acceder a valores muy usados, generalmente en operaciones matemáticas. Esta en lo mas alto de la jerarquía de almacenamiento.

Unidad de control (UC) : ( La unidad de control – control unit) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la unidad de proceso y el bus de entrada/salida. La función principal de la UC  es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.

Reloj interno: El reloj interno es un componente del microprocesador el cual emite una serie de pulsos eléctricos a intervalos constantes llamados ciclos, estos ciclos marcan el ritmo que ha de seguirse para la realización de cada paso de que consta la instrucción.

 

Tarea interactiva:

Unidad de proceso: Encargada de ejecutar tanto los programas del usuario como el sistema operativo en sí mismo.

Registros: La memoria más rápida de la computadora.

Terminares: Dispositivos electrónicos utilizados para ingresar datos y emitir resultados dentro de un sistema de cómputo.

Almacenamiento en memoria primaria o volátil: Se pierde al interrumpirse el suministro eléctrico.

Relojes y temporizadores: Utilizados para funciones varias como implementar alarmas tanto para los programas de usuario como para el sistema operativo, ejecutar tareas de mantenimiento periódicas, cumplir con requisitos temporales de aplicaciones de tiempo real, etcétera.

Canales y puertos: Son líneas de comunicación entre el procesador y los demás componentes del chipset que forman parte de un equipo.

Acceso directo a memoria (DMA):Se emplea principalmente al tratar con dispositivos con un gran ancho de banda, como unidades de disco, subsistemas multimedia, tarjetas de red, e incluso para transferir información entre niveles del caché.

Sistemas de cache: Implementan mecanismos en hardware que notifican a los controladores de caché que las páginas que alojan están sucias y deben ser vueltas a cargar para ser empleadas.

Llamadas al sistema: Ocurren cuando un proceso requiere de alguna acción privilegiada.

Dispositivos de bloques: Presentan una interfaz de acceso aleatorio y entregan o reciben la información en bloques de tamaño predeterminado

Mapa mental:

Me pareció muy interesante realizar las actividades, la verdad al principio fue muy confuso entender por que se encontraron muchos términos que no se manejaban y algunos aspectos de análisis eran algo abstractos, pero cuando se comenzó a realizar una a una las actividades propuestas conjunto con la encuesta ya se logro entender y comprender mas a fondo los conceptos, definiciones y procesos.