Organização de Computadores e Sistemas Operacionais
Nesta disciplina, exploramos os componentes internos de um computador e o funcionamento dos sistemas operacionais. Abordamos memórias, registradores, CPU, hierarquia de armazenamento e gerenciamento de memória virtual.
Componentes Fundamentais de um Computador
Estudamos os principais elementos de hardware de um sistema computacional:
- CPU (Unidade Central de Processamento): executa instruções e controla as operações do sistema.
- Memória RAM e ROM: armazenam dados temporários e instruções permanentes.
- Dispositivos de Entrada/Saída: como teclado, mouse, monitor e impressora.
- Barramentos: canais de comunicação entre os componentes.
Ciclo de Processamento da CPU
A CPU executa o ciclo básico de instrução em quatro etapas:
- Fetch: busca a instrução na memória.
- Decode: decodifica a instrução.
- Execute: realiza a operação.
- Store: armazena o resultado.
Hierarquia de Memória
A hierarquia de memória organiza diferentes tipos de armazenamento de acordo com a velocidade e o custo:
- Registradores (mais rápidos e internos à CPU);
- Cache (níveis L1, L2, L3);
- RAM (memória principal);
- Armazenamento em Disco (HD/SSD).
Memória Cache
A memória cache armazena dados frequentemente acessados pela CPU, reduzindo o tempo de acesso à RAM.
- Cache Hit: quando os dados estão na cache.
- Cache Miss: quando os dados precisam ser buscados na RAM.
- Algoritmos de substituição: FIFO, LRU, LFU, Random.
Registradores
Os registradores são unidades de armazenamento extremamente rápidas dentro da CPU, usados para armazenar dados e instruções temporárias.
- Registradores de dados: armazenam operandos.
- Registradores de endereço: apontam para locais na memória.
- Registradores de controle: armazenam estados da CPU.
"Registradores participam de todas as etapas do ciclo de instrução: busca, decodificação, execução e armazenamento."
Memória Virtual
A memória virtual permite que sistemas usem espaço no disco como se fosse RAM, aumentando a capacidade de execução de programas.
- Utiliza técnicas como paginação e mapeamento de páginas.
- Quando a página não está na RAM, ocorre um Page Fault.
- Usa algoritmos como FIFO, LRU e MRU para substituir páginas.
Sistemas Operacionais
Os sistemas operacionais gerenciam hardware e fornecem uma interface para o usuário. Suas funções incluem:
- Gerenciamento de processos e memória;
- Controle de dispositivos de entrada/saída;
- Agendamento de tarefas e comunicação entre processos.