Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Unidad 1 Arquitectura de cómputo, Martin Alejandro Reyes Gaona - Coggle…
Unidad 1
Arquitectura de cómputo
1.2 Análisis de los componentes
1.2.1 CPU: Arquitecturas, Tipos, Características, Funcionamiento (ALU, unidad de control, Registros y buses)
CPU
CISC
Tienen un número amplio de instrucciones y modos de direccionamiento. Se implementan instrucciones especiales que realizan funciones complejas. El número de registros del CPU es limitado.
RISC
Solo se cuenta con unas pocas instrucciones y modos de direccionamiento, pero se busca implementarlos de forma muy eficiente y que todas las instrucciones trabajen con todos los modos de direccionamiento. Amplio número de registros en el CPU.
Tipos
Por tamaño del ALU o del Bus de conexión al exterior (8, 16, 32, 64 bits)
De cauce segmentado o no segmentado
CISC o RISC
Von Newan o Harvard
Instrucciones enteras y/o de punto flotante
Características
Modelo del programador (Conjunto de registros que el programador puede utilizar)
Conjunto de instrucciones
Modos de direccionamiento
Ciclo de instrucción
Buses de interconexión
Funcionamiento
La ejecución de un programa acorde a la aplicación del mismo.
Etapas
1-Búsqueda del código de Instrucción.
Leer de la memoria la siguiente instrucción a ejecutar, donde es almacenada en forma de un código numérico que indica cual será la siguiente.
2- Decodificación.
Tomar el código numérico e identificar a cuál de las operaciones que puede realizar el CPU corresponde dicho código.
3- Ejecución.
Operaciones sobre los datos que se vayan a procesar.
1.2.2 Memoria: Conceptos básicos del manejo de RAM y cache
Definición de memoria
Dispositivo que puede mantenerse en por lo menos dos estados estables por un cierto periodo de tiempo. Puede representarse por bits.
Comportamiento
Se forma con varias celdas básicas para poder leer y escribir dichas celdas básicas, agrupadas como localidades de memoria.
Conceptos básicos del manejo de la memoria
Se produce bajo el control directo y continuo del programa que solicita la operación de E/S.
El procesador es responsable de extraer los datos de la memoria en una salida, y almacenar los datos en la memoria principal.
Desventaja
El procesador tiene que esperar un tiempo considerable hasta que el modulo en cuestión esté preparado para recibir o transmitir datos.
Memoria principal Semiconductora
Funcionamiento
Usa circuitos integrados basados en semiconductores para almacenar información.
Tipos
Volátiles.
Las computadoras modernas las usan. Comúnmente llamada RAM.
No volátiles.
Comúnmente llamas flash.
Memoria Caché
Definición
Es la memoria de acceso rápido de una computadora, que guarda temporalmente las últimas informaciones procesadas.
¿Qué es?
Es un búfer especial de memoria que poseen las computadoras, que funciona de manera similar a la memoria principal.
Reducir el tiempo de acceso a datos.
1.2.3 Manejo de la entrada/salida: Módulos de E/S programada y con Int. DMA, Canales y procesadores de E/S.
Módulos de Entrada/Salida
Función
Están conectados con el procesador y la memoria principal, y cada uno controla uno o más dispositivos externos.
Arquitectura
Está diseña para permitir una forma sistemática de controlar las interacciones con el mundo exterior
Entrada/Salida Programada
Función
Se produce bajo el control directo y continuo del programa que solicita la operación de E/S.
Desventaja
El procesador esperar un tiempo considerable hasta que el modulo esté preparado para recibir o transmitir datos
Entrada y salida mediante interruptores
Función
Genera una orden de E/S y después continúa ejecutándose hasta que el hardware lo interrumpe para indicar que la operación ha concluido.
Canales y Procesadores de Entrada/Salida
Representa una ampliación del concepto de DMA. Un canal de entrada y salida puede ejecutar instrucciones de entrada y salida, lo que le confiere un control completo sobre las operaciones de entrada y salida
1.2.4 Buses, tipos, estructura y jerarquías
Definición
Elemento fundamental de intercomunicación en la arquitectura de Von Newmann.
Elementos
Número y tipo de líneas que lo componen.
Protocolo de transmisión de información.
Conceptos clave
Conmutador: Elemento que permite encaminar la información entre varios enlaces, activando unos e inhibiendo otros.
Multiplexado temporal: Utilización de las mismas líneas del bus para enviar en momentos distintos, informaciones distintas.
Enlace: Elemento que permite transmitir información entre dos o más dispositivos.
Tipos
Serie y paralelo
Sincronizado y asíncrono
Multiplexado y no multiplexado
Estructura
Líneas/bus de datos
Camino para transferir datos entre el resto de componentes de un computador.
Líneas/bus de direcciones
Designan la posición/dirección de los datos.
Líneas/bus de control
Controlan el acceso y uso de las líneas/buses anteriores.
1.2.5. Interrupciones
Tipos
Reset del sistema
No enmascarables
Enmascarables
Ciclo
1) Finaliza instrucción en ejecución, si la interrupción está habilitada y el bit GIE=1 se acepta la interrupción.
2) Se pone en pila PC.
3) Se pone en pila SR.
4) Se selecciona la interrupción más prioritaria de las que pidan servicio.
5) El flag de petición de interrupción es reseteado automáticamente.
6) El SR es limpiado a excepción del SCG0, el cual no cambia. Esto termina cualquier modo de bajo consumo.
7) El contenido del vector de interrupción es volcado en PC, el programa continua con la ejecución de la rutina de servicio a la interrupción.
1.1 Modelos de arquitectura de cómputo
Clásicas, Segmentadas, de multiprocesamiento
Clásicas
Uso
Arquitecturas desarrolladas en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas
Arquitectura de von Neumann
La CPU está conectada por la memoria principal única donde se guardan las instrucciones del programa y los datos. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único.
Limitaciones
En la longitud de las instrucciones por el bus de datos, entonces el microprocesador realiza varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.
En la velocidad de operación a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultáneamente.
Arquitectura Harvard
Uso
Utilizan los Microcontroladores PIC, tiene la unidad central de proceso conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos).
Características
Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa y la otra sólo almacena datos.
Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de instrucciones.
La longitud de los datos y las instrucciones puede ser distinta.
Ventajas
Las instrucciones no están relacionados con los datos, y por lo tanto puede ser optimizado, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.
El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad en cada operación.
Desventajas
El bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se lee de o se escribe a la memoria.
Limita las acciones que se pueden realizar al mismo tiempo limitando el desempeño de la computadora.
Segmentadas
Usos
Buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo.
El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.
Consigue una reducción en el tiempo de ejecución medio por instrucción.
Trabaja en varias instrucciones al mismo tiempo, el número promedio de instrucciones por segundo se multiplica.
Generalidades
Un ciclo de instrucción es el período que tarda la unidad central de proceso (CPU) en ejecutar una instrucción de lenguaje máquina.
Un ciclo de instrucción está formado por uno o más ciclos máquina.
Comprende una secuencia de acciones determinada que debe llevar a cabo la CPU para ejecutar cada instrucción en un programa.
¿Qué es?
Es una técnica de implementación por la cual se solapa la ejecución de múltiples instrucciones.
Facilidades
Instrucciones son del mismo largo
Pocos formatos de instrucciones
Dificultades
Situaciones en la segmentación cuando la siguiente instrucción no se puede ejecutar en el próximo ciclo de reloj.
Riesgos
Estructurales
De control
De datos
Multiprocesamiento
Usos
Cuando se desea incrementar el desempeño más allá de lo que permite la técnica de segmentación del cauce.
Se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.
Ventajas
Más pequeños que los procesadores multichip.
Las caches pueden disminuir el tráfico del bus y los protocolos de coherencia pueden mantener caché y memoria consistente.
El tráfico por procesador y el ancho de banda del bus determinan el número
de procesadores en dicho multiprocesador.
Clasificación
SISO – (Single Instruction, Single Operand ), computadoras independientes.
SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ), procesadores vectoriales.
MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ), no implementado
MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters
Procesadores vectoriales
Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico a una serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos, tales como simuladores para predecir el clima, explosiones atómicas, reacciones químicas complejas.
Martin Alejandro Reyes Gaona
