Fundamentos de Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos: Una Revisión Detallada

Representación de Números Float y su Distribución

¿Están los números de tipo 'float' uniformemente distribuidos en la recta numérica?

No. Al utilizar potencias de 2, conforme aumenta el valor del exponente, se reduce a la mitad la densidad de los valores representados. Por lo tanto, no están distribuidos uniformemente a lo largo de la recta.

Política de Reemplazo

Es el algoritmo que cada sistema operativo utiliza para decidir, cuando la memoria principal está llena, qué información se elimina y cuál se introduce.

Planificador y sus Funciones

Es la parte del sistema operativo que se encarga de gestionar qué procesos entran y salen de las distintas colas de estado (activo, bloqueado, espera).

BIOS (Basic Input/Output System)

La BIOS es el primer programa que arranca el ordenador. Su propósito es verificar el hardware instalado y cargar el sistema operativo. Se almacena en memoria ROM, habitualmente de tipo EEPROM.

Compilador e Intérprete

El intérprete traduce y ejecuta un fichero o programa línea a línea, mientras que el compilador traduce un fichero fuente completo a código máquina.

Memoria Caché

Es un componente de memoria de acceso rápido y menor tamaño que la memoria principal. Se sitúa entre esta y la CPU, almacenando datos para que las solicitudes futuras se puedan atender con mayor velocidad.

Se basa en los principios de localidad temporal y espacial.

Memoria Virtual y Diferencias con la Caché

La memoria virtual es una abstracción que realiza el sistema operativo, englobando la memoria física con los periféricos, a los que trata como si fueran memoria. La caché, desde la perspectiva de la CPU, es una memoria física.

Página

Es la cantidad de información que el sistema operativo transfiere de la memoria secundaria a la principal.

Fallo de Página

Cuando el procesador necesita una información que no está en la memoria principal, interrumpe el proceso en el que está y, a través del sistema operativo, busca en la RAM (o en el disco si la información ha sido llevada a memoria virtual).

Cambio de Contexto y su Relación con el Fallo de Página

El cambio de contexto consiste en la ejecución de una rutina por parte del sistema operativo, cuyo propósito es detener la ejecución de un proceso para dar paso a la ejecución de otro. El sistema operativo guarda el contexto del primero y carga el contexto del segundo.

En condiciones normales, cuando se produce un fallo de página, el sistema operativo tomará el control para restaurar la página y se producirá un cambio de contexto para salvaguardar la información del proceso que generó el fallo.

Contexto

El contexto de un proceso incluye:

• Las instrucciones del programa.
• El estado de la CPU (PC, SP, registros, flags, etc.).
• Variables en memoria.
• Recursos utilizados por el proceso.

El contexto es el mínimo conjunto de datos utilizado por un proceso que debe ser guardado para permitir su interrupción y posterior continuación desde el punto en el que fue interrumpido.

Buffer

El buffer se utiliza para adecuar las diferentes velocidades entre la aportación de datos desde o hacia los periféricos y la velocidad de tratamiento de dichos datos por parte de la CPU.

Almacena temporalmente los datos, permitiendo transferir hacia la memoria principal bloques de datos a alta velocidad. Entre el módulo y el periférico, los datos se intercambian gradualmente a la velocidad de este último.

¿Por Qué se Utiliza el Complemento a Dos (CA2)?

Se utiliza porque la unidad aritmético-lógica (ALU) no resta números binarios directamente, sino que suma números binarios negativos. El complemento a dos facilita esta operación.

Pipelining (Segmentación)

Se basa en dividir la ejecución de las instrucciones en etapas, de forma que una instrucción comienza a ejecutarse antes de que hayan terminado las anteriores. Con esto, se consigue paralelismo a nivel de instrucción.

Tipos de Arquitectura

• Arquitectura tipo pila: Los operandos son implícitos. Se utiliza el registro TOS (Top of Stack). Ejemplos de instrucciones: PUSH x; PUSH y; ADD; POP z.
• Arquitectura con acumulador: Un operando es explícito y el otro es implícito, almacenado en el registro acumulador. Ejemplos de instrucciones: LOAD x; ADD y; STORE z.
• Arquitectura de registros de propósito general (GPR): Todos los operandos son explícitos. Pueden ser:
  • Registros internos (registro – registro). Ejemplos de instrucciones: LOAD R1, x; ADD R3, R1, y; STORE R3, z.
  • Posiciones de memoria y registros (registro – memoria). Ejemplos de instrucciones: LOAD R1, x; LOAD R2, y; ADD R3, R1, R2; STORE R3, z.

Registros que Participan en la Ejecución de Instrucciones (Arquitectura Basada en Acumulador)

• PC (Program Counter - Contador de Programa): Almacena la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
• MBR (Memory Buffer Register - Registro Intermedio de Memoria): Almacena un dato antes de escribirse en memoria o después de leerse de memoria. Se conecta con la memoria a través del bus de datos.
• MAR (Memory Address Register - Registro de Dirección de Memoria): Almacena la dirección de memoria en la que se escribirá o de la que se leerá el dato en MBR. Se conecta con la memoria a través del bus de direcciones.
• IR (Instruction Register - Registro de Instrucciones): Si el dato leído desde memoria en MBR es una instrucción, se transfiere a este registro.
• AC (Accumulator - Acumulador): Almacena implícitamente uno de los operandos de entrada a la ALU.