Repaso arquitectura

Question 1

Componentes Básicos de una Computadora

Answer 1

Definición:

CPU (Procesador): Controla el funcionamiento del computador, procesa datos y ejecuta instrucciones de bajo nivel.

Memoria Principal (RAM): Almacenamiento temporal de datos y programas en ejecución.

Dispositivos de E/S: Permiten la transferencia de datos entre la computadora y el entorno externo.

Bus del Sistema: Comunica el procesador, memoria y dispositivos de E/S.

Nota: La memoria principal siempre es RAM (volátil).

Question 2

Registros del Procesador

Answer 2

Registros de Uso General (AX, BX, CX, MMX/SSE): Visibles al usuario, modificables y utilizados para cálculos.

Registros de Uso Específico:

Stack Pointer (SP): Apunta al tope de la pila del sistema.

Instruction Pointer (IP) / Program Counter (PC): Dirección de la próxima instrucción a ejecutar.

Instruction Register (IR): Almacena la última instrucción leída.

Program Status Word (PSW): Contiene flags de estado (ej: IF para interrupciones, MODE para modo de ejecución).

Question 3

Interrupciones

Answer 3

Mecanismo que notifica eventos al procesador, interrumpiendo el flujo normal de ejecución.
puede ser generada por el mismo procesador o por un dispositivo de E/S.

La interrupción es la forma natural que tiene el hardware para pasar de ejecutar una cosa a ejecutar otra.

• Una vez atendida, siempre implica un cambio a modo Kernel.

Question 4

Tipos de interrupciones

Answer 4

Asíncronas (HW): Generadas por hardware externo (ej: teclado). Ocurren al final del ciclo de instrucción.

Síncronas (SW): Causadas por el procesador (ej: división por cero). Ocurren durante el ciclo de instrucción.

Enmascarables: Pueden ignorarse si el flag IF en el PSW está desactivado.

No Enmascarables: Atendidas inmediatamente (ej: fallas de hardware graves).

Nota: Las interrupciones no enmascarables (como un fallo de hardware) siempre se atienden primero, incluso si el CPU estaba en medio de otra tarea crítica.

Question 5

Manejo de interrupciones

Answer 5

El PIC (Programmable Integrated Circuit) es el encargado de tomar todas las interrupciones y cargarlas a la CPU para que se encargue de ellas. Cointiene un vector que contiene los bits de prioridad.

El IRQ (Interrupt Request) es una señal de un dispositivo de hardware que viaja a través de las líneas IRQ hasta el PIC, el cual a su vez le asigna la prioridad a cada pedido del IRQ.

Question 6

Ciclo de instruccion

Answer 6

Fases:

1.Fetch: Lee la instrucción de memoria.

2.Decode: Interpreta la instrucción.

3.Fetch Operands: Busca operandos (si aplica).

4.Execute: Ejecuta la instrucción.

Interrupciones:

Solo se atienden al final del ciclo.

El PC y PSW se guardan en la pila antes de atender la interrupción.

2. Finalizado el ciclo, se pregunta si hay interrupciones habilitadas:
   
   1. Si no están habilitadas, se continúa con la siguiente instrucción y vuelve a empezar el ciclo.
   2. Si están habilitadas, se pregunta si hay alguna interrupción.
      
      1. Si no hay ninguna, se continúa con la siguiente instrucción y vuelve a empezar el ciclo.
      2. Si hay una interrupción, se la atiende.

Question 7

Mecanismos de E/S

Answer 7

Métodos:

Polling: CPU verifica constantemente el estado del dispositivo (ineficiente).

Interrupciones: Dispositivo notifica al CPU cuando está listo.

DMA (Direct Memory Access): Transfiere datos directamente a memoria sin involucrar al CPU (evita robo de ciclos de bus).

Problema DMA: “Robo de ciclo de bus” si el CPU y DMA compiten por el bus.

Question 8

Modos de Ejecución

Answer 8

Modo Usuario:

• Programas de usuario.
• No ejecuta instrucciones privilegiadas ni accede a memoria protegida.

Modo Kernel:

• Ejecución del SO.
• Acceso total a hardware y instrucciones privilegiadas.

Transiciones:

• Usuario → Kernel: Interrupción, syscall.
• Kernel → Usuario: Instrucción privilegiada o restauración de contexto.

Question 9

Instrucciones

Answer 9

Es la unidad mínima de ejecución.

Privilegiadas:
Manejan recursos de E/S o son instrucciones críticas IO,CLI,STI

Instrucciones No Privilegiadas:
MOV,ADD,JMP

Question 10

System Calls (Syscalls)

Answer 10

Mecanismo para que programas soliciten servicios al SO (ej: leer archivos).

Tipos:
- Bloqueantes: el proceso actualmente en ejecución se bloquea (ej: read()).
- No bloqueantes: el proceso actualmente en ejecución no se bloquea (ej: write()).

Wrappers:
- Funciones de biblioteca (ej: malloc()) que abstraen syscalls.
- Ventajas: Portabilidad, seguridad, facilidad de uso.

Question 11

Procesamiento de Interrupciones

Answer 11

Pasos:

Dispositivo genera interrupción.

CPU termina la instrucción actual.

Guarda PC y PSW en la pila.

Ejecuta la rutina de atención (handler).

Restaura contexto y retoma ejecución.

Prioridad:

Interrupciones anidadas si una nueva es de mayor prioridad.

Question 12

Componentes de un SO

Answer 12

Se compone de:

• Kernel.
• Syscalls.
• Bibliotecas del sistema: encapsulan las syscalls para no caer en problemas de más bajo nivel.
• Aplicaciones utilitarias: compiladores, debuggers, interfaz gráfica, comandos, etc.
• Aplicaciones de usuario.