Sistemas operativo resumen.

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A partir de las cargas y almacenamiento la CPU carga en automático instrucciones desde la memoria principal para su ejecución.

Un ciclo típico instrucción-ejecución, cuando se ejecuta en un sistema con una arquitectura de von Neumann, primero se extrae una instrucción de memoria y almacena dicha instrucción en registro de instrucciones. La instrucción se decodifica y puede dar lugar a que se extraigan operandos de la memoria y se almacene un registro interno. Después de ejecutar la instrucción los necesarios operando, el resultado se almacena de nuevo en la memoria.

Idealmente desearíamos que los programas y los datos residieran en la memoria principal de manera permanente. Este arreglo no es posible por las siguientes dos razones:

- La memoria principal por lo general es demasiado pequeña para que pueda almacenar todos los programas y datos necesarios de manera permanente.

- La memoria principal es un dispositivo de almacenamiento volátil que pierde su contenido cuando se interrumpe la energía de alguna manera.

Almacenamiento secundario

La mayor parte de los sistemas informáticos proporcionan almacenamiento secundario como una extensión de la memoria principal. El requerimiento fundamental de este almacenamiento es que se tienen que poder almacenar grandes cantidades de datos de forma permanente. El dispositivo de almacenamiento secundario más común es el disco magnético que proporciona un sistema de almacenamiento tanto para programas como para datos.

Otros sistemas incluyen la memoria cache, los CD-ROM, cintas magnéticas. Cada sistema de almacenamiento proporciona las funciones básicas para guardar y mantener datos hasta que sean recuperados en un instante posterior.

La amplia variedad de sistemas de almacenamiento pueden originarse en una jerarquía según la velocidad y el coste. Los niveles superiores son caros pero rápidos, a medida que desciende la jerarquía, el coste del bit generalmente disminuye mientras que el tiempo de acceso habitualmente aumenta.

Las cintas magnéticas y las memorias controladoras son más rápidas y baratas

Los distintos almacenamientos pueden ser volátiles o no volátiles.

Volátil: pierde su contenido cuando se retira la alimentación del dispositivo

No volátiles: en ausencia de baterías caras y sistemas de alimentación de reserva, los datos deben escribirse en almacenamiento no volátiles para su salvaguarda.

Jerarquía de dispositivos de almacenamiento

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Los sistemas de almacenamiento que se encuentra por encima de los discos electrónicos son volátiles y los que se encuentra por debajo son no volátiles. Muchos dispositivos de disco electrónico contienen disco duro magnético oculto y una batería de reserva. Si la alimentación externa se interrumpe la controladora del disco electrónico copia los datos de la RAM en el disco magnético. Cuando se restaura la alimentación los datos se cargan e nuevo a la RAM.

Otra forma de disco electrónico es la memoria flash la cual es muy popular en las cámaras, los PDA y los robots, así mismo está aumentando su uso como dispositivo de almacenamiento extraíble en computadoras.

La memoria flash es más lenta que la dram pero no necesita estar alimentada para mantener su contenido. Otra forma de almacenamiento no volátil es la NVRAM que es una dram con batería de reserva. Esta memoria puede ser tan rápida como una dram aunque solo mantiene su carácter no volátil durante un tiempo limitado.

Estructura de E/S

Una pc de propósito general consta de una o mas cpi y de multiples controladoras de dispositivos que se conectan a través de un bus común. Cada controlador de dispositivo se encarga de un tipo especifico de dispositivo. Dependiendo de la controladora puede haber mas de un dispositivo conectado. Por ejemplo, siete o mas dispositivos pueden estar conectados a la controldora SCSI (interfaz para sistemas informáticos de pequeño tamaño). Una Controladora de dispositivo es responsable de transferir datos entre los dispositivos periféricos que controla y su búfer local. Normalmente los sistemas operativos tienen un controlador (driver) de dispositivo para cada controladora de dispositivo. Este software controlador del dispositivo es capaz de entenderse con la controladora hardware y presenta el resto del sistema operativo una interfaz uniforme mediante la cual comunicarse con el dispositivo.

Al iniciar una operación de E/S el controlador del dispoitivo carga los registros apropiados de la controladora hardware. Esta a su vez examina el contenido de estos registros para tererminar que acción realizar. La controladora inicia entonces la tranferencia de datos desde el dispositivo a su bufer local. Una vez completada la transferencia de datos , la controladora hardware informa al controlador el dispositivo a través de una interrupción de que ha terminado la operación. El controlador devuelve entonces el control al sistema operativo devolviendo posiblemente los datos o un puntero de datos. Si la operación ha sido lectura. Para otras operaciones el controlador del dispositivo devuelve información de estado.

La E/S controlada por interrupción resulta adecuada para tranferir cantidades pequeñas de datos, pero representa un desperdicio de capacidad de proceso cuando se usa para movimientos masivos de datos, como en la E/s del disco. Para resolver este problema se usa el acceso directo a la memoria DMA. Despues de configurar búferes, punteros y controladores para el dispositivo E/S, la controladora hardware transfiere un bloque entero de datos entre su propio bufer y la memoria sin que intervenga el cpu. Solo genera una interrupción por cada bloque, para decidir al controlador software del dispositivo que la operación se ha completado en lugar de la interrupción por byte generada en los dispositivos de baja velocidad. Mientras la controladora hardware realiza estas operaciones el cpu esa disponible para llevar a cabo otros trabajos. Algunos sistemas de gama alta emplean una arquitectura basada en conmutador, en lugar de en bus. En estos sistemas los diversos componentes pueden comunicarse con otros de forma concurrente en lugar de competir por los ciclos de un bus compartido.

Servicios del sistema operativo

Un sistema operativo proporciona un entorno para