Sistemas Operativos

Unidad I

Sistemas Operativos I


INTRODUCCIÓN
Un ordenador moderno consiste de uno o más procesadores, alguna memoria principal, discos, impresoras, un teclado, una pantalla, interfaces de red y otros dispositivos de entrada/salida. Se trata de un sistema muy complejo. Resulta un trabajo extremadamente difícil escribir programas que controlen todos esos componentes y los utilicen de unaforma correcta, no digamos óptima. Por esa razón, los ordenadores están equipados con una capa de software que se denomina el sistema operativo, cuya función es gestionar todos esos dispositivos y proporcionar a los programas del usuario una interfaz con el hardware más sencilla.
En la Figura 1-1 se muestra el emplazamiento del sistema operativo. En el fondo está el hardware, que en muchos casos,está compuesto a su vez de dos o más niveles (o capas). El
nivel más bajo contiene dispositivos físicos, consistentes de chips de circuitos integrados, cables, fuentes de alimentación, tubos de rayos catódicos y otros dispositivos físicos similares.
A continuación viene el nivel de la microarquitectura, en el cual los dispositivos físicos se agrupan para formar unidades funcionales. Este nivelcontiene típicamente algunos registros internos a la CPU (Central Processing Unit; Unidad Central de Procesamiento) y una ruta de datos conteniendo una unidad aritmético-lógica (ALU). En cada ciclo de reloj se extraen uno o dos operandos de los registros y se combinan en la unidad aritmético-lógica (por ejemplo mediante la operación de suma o el AND lógico). El resultado se almacena en uno o másregistros. En algunas máquinas es el software quien controla el funcionamiento de la ruta de datos. Dicho software se denomina el microprograma.

Figura 1-1. Un ordenador consta de hardware, programas del sistema y programas de aplicación.

El propósito de la ruta de datos es ejecutar algún repertorio de instrucciones. Algunas de esas instrucciones pueden completarse en un único ciclo de ruta dedatos; otras pueden requerir varios ciclos de ruta de datos. Juntos, el hardware y las instrucciones visibles para el programador en lenguaje ensamblador constituyen el nivel ISA (Instruction Set Architecture; Arquitectura del Repertorio de Instrucciones). A este nivel se le denomina a menudo el nivel del lenguaje máquina.
El lenguaje máquina tiene típicamente entr e 50 y 300 instrucciones, lamayoría de las cuales son para mover datos dentro de la máquina, hacer operaciones aritméticas y comparar valores. En este nivel, los dispositivos de entrada/salida se controlan cargando valores en registros especiales de los dispositivos. Por ejemplo, puede encargarse la lectura de un sector del disco cargando los valores de la dirección del sector en el disco, la dirección de memoria principal,el número de bytes y la direccionalidad (lectura o escritura) en sus registros. En la práctica, se necesita especificar muchos más parámetros, y la información de estado retornada por la unidad después de una operación es enormemente compleja. Además, en la programación de muchos dispositivos de E/S (Entrada/Salida) juega un papel muy importante una adecuada temporización.
Para ocultar esacomplejidad se proporciona un sistema operativo, el cual consiste en una capa de software que oculta (parcialmente) el hardware y da al programador un repertorio de instrucciones más conveniente con el que trabajar.
Por encima del sistema operativo está el resto del software del sistema. Aquí encontramos el intérprete de comandos (shell), los sistemas de ventanas, los compiladores, los editores y losdemás programas independientes de la aplicación. Es importante darse cuenta de que ciertamente esos programas no son parte del sistema operativo.
El sistema operativo es (usualmente) la porción del software que se ejecuta en modo núcleo (kernel) o modo supervisor, de forma que está protegido frente a la manipulación por parte del usuario. Los compiladores y los editores se ejecutan en modo...