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Arquitectura de Computadoras, ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Gerardo…
Arquitectura de Computadoras
CHIPSET
Centro de comunicaciones de la placa base de una computadora, controla y organiza los datos entre el procesador los discos duros, los discos SSD, la memoria RAM, la tarjetas gráficas, los puertos USB.
BUS DE DIRECCIONES
El bus de direcciones conecta la CPU con la RAM. El bus de datos conecta la CPU con la RAM y con todos los dispositivos de almacenamiento, de entrada/salida y de comunicaciones que están conectados con la placa madre.
ESTANDARES DE BUSES
El bus arquitectura estándar de la industria ó ISA,
es un bus de 16 bits (1980).
Tecnología Bus Local, esta se desarrolló para conectar dispositivos más rápidos a la CPU (1992).
El Bus de Interconexión de Componentes Periféricos facilita la integración de nuevos tipos de datos.
El Bus puerto de aceleración de gráficos incorpora una arquitectura especial que le permite a la tarjeta de video.
El Bus serial universal es un bus relativamente nuevo que se encuentra en todas las computadoras modernas.
Puente Norte (Northbridge):
El chipset norte es el circuito más importante después del procesador. Anteriormente se situaba en la placa base y justamente debajo de éste, mediante un chip provisto casi siempre de disipador.
Puente Sur (Southbridge)
Es también conocido como I/O Controller Hub (ICH) en los sistemas Intel. El puente sur se distingue del puente norte porque no está directamente conectado al CPU, sino que más bien el puente norte conecta el puente sur con la CPU.
MEDIDAS DE ALMACENAMIENTO
TIPOS DE ALMACENAMIENTO MASIVO: DISCO DURO
MECÁNICO
DISCO DURO DE ESTADO SÓLIDO (SSD).
SSD M.2: SATA.
SSD NVMe.
Memoria USB 32GB
Memoria USB 64GB
Memoria RAM para PC DDR4 4GB
Memoria RAM para laptop DDR3 8G
TARJETA CONTROLADORA DE DISCOS.
es una pieza de hardware que actúa como interfaz entre la placa base y los otros componentes de la computadora. Por ejemplo, los discos duros, unidades ópticas, impresoras, teclados y ratones requieren controladores para funcionar
Esta tarjeta controla las cabezas de lectura y escritura usando un “mapa” de los platos internos, para tener acceso a la información contenida en el disco duro.
TARJETA CONTROLADORA DE DISCOS.
La tarjeta controladora de los disco duros se encargan también de: gestionar la energía, mantener la rotación y el movimiento de diferentes partes del disco en niveles operativos, realizar la corrección de errores, y controlar el flujo de datos que entran y salen de los platos magnéticos donde se almacena la información; por lo que es, básicamente, el cerebro del disco duro.
CONEXIÓN DE DISCOS DUROS
FD-400: Originalmente diseñada para las unidades de discos flexibles de 8 pulgadas a mitad de los años 70. Utilizaba un cable conductor 44 con un conector a la tarjeta de circuitos que suministraba tanto energía como datos.
SA-400: Otra interfaz para unidades de discos flexible (esta vez diseñada originalmente a finales de los 70 para el entonces nuevo disco de 5.25 pulgadas).
IPI: Las siglas vienen de Intelligent Peripheral Interface; esta interfaz se utilizó en las unidades de discos de 8 y 14 pulgadas desarrollada para los minicomputadores en los años 70.
SMD: Un sucesor de IPI, SMD (viene de Storage Module Device o Dispositivo Modular de Almacenamiento ) se utilizó en los discos duros de los minicomputadores de 8 y 14 pulgadas de los años 70 y 80.
ST506/412: Una interfaz de disco duro que viene de los años 80. Utilizado en muchas computadoras personales de hoy, esta interfaz tiene dos cables - un conducto de 34 y otro de 20
ESDI: Viene de Enhanced Small Device Interface, interfaz de dispositivos pequeños mejorada, esta interfaz se consideró un sucesor de ST506/412 con tasas de transferencia más rápida
INTERFAZ IDE.
Parallel ATA (PATA), originalmente AT Attachment y también conocido como ATA o IDE, es una interfaz estándar creada por Western Digital y Compaq
El conector IDE es una interfaz alargada con muchísimos conectores (39 o 40 dependiendo del dispositivo) que tenían los discos duros y unidades ópticas de antaño y cuyo cable era gris, plano y alargado con los pines aislados individualmente.
La interfaz SATA actual funciona en serie, por lo que no es posible conectar más de un dispositivo con un mismo cable de datos, pero la interfaz IDE al ser en paralelo sí que lo permitía.
TIPOS O GENERACIONES IDE QUE SE USARON:
DE y ATA-1: la primera versión de lo que ahora se conoce como ATA/ATAPI fue desarrollada por Western Digital. Los primeros dispositivos en utilizarla fueron Compaq y se lanzaron en 1986.
EIDE y ATA-2: este estándar se aprobó en 1994, y el nombre EIDE es por Enhanced IDE (IDE mejorado).
UDMA y ATA-4: este estándar elevó el rendimiento hasta 33 MB/s, y en sus últimas versiones se incorporaron nuevos cables de 80 pines que aumentaron el rendimiento hasta 133 MB/s.
TIPOS DE CONEXIONES DE RED
Una red de computadoras (también llamada red de ordenadores o red informática) es un conjunto de equipos nodos y software conectados entre sí por medio de dispositivos físicos o inalámbricos que envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier otro medio para el transporte de datos, con la finalidad de compartir información, recursos y ofrecer servicios.
MONITOR O PANTALLA PARA COMPUTADORA
El monitor de PC, también llamado pantalla, monitor de ordenador y monitor de computadora, es el principal dispositivo de salida (interfaz), que muestra datos o información a todos los usuarios.
El monitor de PC, también llamado pantalla, monitor de ordenador y monitor de computadora, es el principal dispositivo de salida (interfaz), que muestra datos o información a todos los usuarios.
Los monitores CRT consumen el mismo voltaje que un foco tradicional o refrigerador, 127 V.
CARCATERISTICAS
• Sin modo gráfico.
• Resolución 720_350 píxeles.
• Soporte de texto monocromático.
• No soporta gráfico ni colores.
• La tarjeta gráfica cuenta con una memoria de vídeo de 4 KB.
• Soporta subrayado, negrita, cursiva, normal, invisibilidad para textos.
El monitor de PC, también llamado pantalla, monitor de ordenador y monitor de computadora, es el principal dispositivo de salida (interfaz), que muestra datos o información a todos los usuarios.
Los monitores CGA por sus siglas en inglés “Color Graphics Adapter” o “Adaptador de Gráficos en Color” en español. Este tipo de monitores fueron comercializados a partir del año 1981, cuando se desarrollo la primera tarjeta gráfica conjuntamente con un estándar de IBM.
CARCATERISTICAS
• Resoluciones 160_200, 320×200, 640×200 píxeles.
• Soporte de gráfico a color.
• Diseñado principalmente para juegos de computadoras.
• La tarjeta gráfica contenía 16 KB de memoria de vídeo.
Evolución de la arquitectura.
Los primeros lenguajes de programación eran imperativos, es decir que una programa en este paradigma es una lista de instrucciones paso a paso como una receta de cocina. Un lenguaje típico de este paradigma es C o el antiguo BASIC. Que un lenguaje sea imperativo no significa que sea menos potente.
Los lenguajes de programación adoptan uno o varios paradigmas en función del tipo de órdenes que permiten implementar como, por ejemplo, Python o JavaScript, que son multiparadigmas.
TIPOS DE COMPUTADORAS.
Las computadoras forman parte de la vida de todas las personas del mundo, incluso en aquellas que no las usan directamente pero que por medio de la computación reciben todo tipo de servicios, desde los más esenciales hasta los más especializados.
SUPERCOMPUTADORAS. Las computadoras más potentes del mundo, las que pueden procesar las mayores cantidades de información y resuelven las operaciones más complicadas son las supercomputadoras.
MAINFRAMES. También conocidos como macrocomputadoras o computadoras centrales, son capaces de procesar millones de aplicaciones a la vez. Por eso, son utilizadas principalmente por entidades gubernamentales y empresas que manejan grandes cantidades de información, operaciones bancarias o bases de datos.
COMPUTADORAS PERSONALES (PC). La cara más vista de la computación son las computadoras personales, que tienen sus orígenes en los equipos construidos desde 1970 y que en un principio se llamaron microcomputadoras.
COMPUTADORAS HÍBRIDAS. Las computadoras híbridas o dos en uno combinan la productividad de las laptop con la portabilidad de las tablets.
COMPUTADORAS PORTÁTILES. La primera computadora portátil como tal fue creada por Epson en 1981 y en su momento fue considerada como la “cuarta revolución de la computación personal” por la revista BusinessWeek. Después del lanzamiento de Windows 95
COMPUTADORAS DE ESCRITORIO. Conformadas típicamente por un monitor, un CPU, un teclado y un mouse, además de aparatos accesorios como cámaras web o bocinas.
COMPUTADORAS NETBOOKS. Las netbooks son las computadoras personales más básicas que existen. Son laptops con pantallas de 10 pulgadas en promedio, pero con menor potencia y capacidad que las computadoras portátiles más grandes.
TABLETS. Las tablets son pura pantalla. El mundo conoció las tablets cuando Apple lanzó en 2010 el iPad.
TELÉFONOS INTELIGENTES. Los smartphones son computadoras convertidas en teléfono. En menos de 6 pulgadas de tamaño incorporan, además de batería, procesador, pantalla táctil y sensores como acelerómetro, brújula, giroscopio y GPS.
COMPUTADORAS VESTIBLES (WEARABLES). Las nuevas tendencias de la computación se dirigen hacia la creación de computadoras en miniatura para su uso personal. Incorporadas en relojes, gafas, pulseras y otros accesorios, sus funciones se enfocan en la complementación de las funciones de otros dispositivos, principalmente de los teléfonos inteligentes
COMPUTADORAS VESTIBLES (WEARABLES). A este apartado de la computación se le conoce como tecnología vestible o dispositivos wearables, y destacan hasta el momentos equipos como el Apple Watch, un reloj inteligente; Google Glass, unos lentes inteligentes, o Pebble Watch, pionero de los relojes inteligentes.
Arquitectura de los procesadores.
La idea principal de los sistemas de multiprocesadores es lograr la unión de los procesadores de forma tal que trabajen como si se tratase de una única computadora, en la cual se encuentran reunidas las capacidades de procesamiento de todos los procesadores y claro esta del resto de los recursos asociados a estos, como lo es la RAM, la memoria secundaria y los dispositivos de entrada y salida.
SISD: Sistemas monoprocesador. En las arquitecturas SISD, (Single Instruction, Single Data) un único procesador ejecuta una única instrucción sobre un único punto de la memoria. Corresponde con la arquitectura de Von Neumann.
SIMD: SIMD , Es un tipo de clasificación de arquitecturas de computadores. SIMD permite realizar la misma operación en distintos datos lo que permite paralelismo mejorando el rendimiento — por ejemplo, en la compresión de gráficos 3D y videos, simulaciones físicas, criptografía y otros entornos.
MISD : Las arquitecturas segmentadas pertenecen a este tipo, son máquinas tolerantes de fallos, ejecutan la misma instrucción redundantemente para detectar y corregir errores, utilizando task replication (repetición de tareas)
MIMD: Multiple Instruction, Multiple Data "múltiples instrucciones, múltiples datos", es una técnica empleada para lograr paralelismo. Las máquinas que usan MIMD tienen un número de procesadores que funcionan de manera asíncrona e independiente. En cualquier momento, cualquier procesador puede ejecutar diferentes instrucciones sobre distintos datos.
Bajo NUMA, un procesador puede acceder a su propia memoria local de forma más rápida que a la memoria no local (memoria local de otro procesador o memoria compartida entre procesadores).
El multiprocesamiento simétrico siendo la situación en la que todos los procesadores del sistema son iguales y pueden realizar en el mismo tiempo, las mismas operaciones.
▪ Trabajo: Dos programas distintos pueden ejecutarse en paralelo.
▪ Tarea: En este nivel se consideran varias tareas independientes entre
si formando parte de un programa determinado. Es posible la
interacción de las tareas.
▪ Proceso: Varios procesos componen una tarea. Son bloques con
funcionalidad bien definida.
▪ Variable: El paralelismo puede darse a nivel de variables ya que
varias instrucciones pueden ser ejecutadas en paralelo siendo el
punto de conflicto las variables en común.
▪ Bit: Todos los computadores usan paralelismo a nivel de bit.
La CPU básica para la IA: el array sistólico. Los arrays sistólicos, son la base para entender cómo funcionan las CPU para la IA; consisten en una cadena o array de elementos de procesamiento, y cada una de estos se encuentra conectado a otros elementos de procesamiento de manera directa a través de una interfaz que los comunica de manera ordenada entre sí.
Matrices Sistólicas y Tensores. De la misma manera también podemos conectar los elementos de procesamiento de manera matricial y llegar a tener una matriz sistólica, como en el diagrama es el que se muestra en la imagen.
Matrices Sistólicas y Tensores. De la misma manera también podemos conectar los elementos de procesamiento de manera matricial y llegar a tener una matriz sistólica, como en el diagrama es el que se muestra en la imagen.
Matrices Sistólicas y Tensores. Utilidad de los sistemas sistólicos Pese a que se han hecho famosos por el uso de este tipo de procesadores con tal de acelerar los algoritmos de inteligencia artificial, tienen otras utilidades como:
• Filtros de Imagen (Interpolación).
• Búsqueda de patrones.
• Correlación.
• Evaluación Polinómica.
• Transformaciones de Fourier.
• Multiplicación de Matrices.
• etc.
Ámbitos de uso de la computación paralela.
• Simulación de modelos complejos.
• Diseño y automatización de proyectos de ingeniería.
• Exploración petrolera y minera.
• Medicina.
• Área militar.
• Cine: efectos visuales, animación 3D.
• Realidad Virtual.
• Comercio electrónico.
• Mega bases de datos (Google, YouTube, Rapidshare).
Ley de Moore.
Él fue el primero en observar una tendencia en los primeros días de la microelectrónica que definiría la estrategia a seguir por todos los fabricantes de la industria en cuanto a la cadencia de integración de transistores en los circuitos integrados.
Ley de Huang.
Según esa ley, el rendimiento de la GPU en IA (inteligencia artificial) se duplicará cada año. En esta ley es la propia evolución de la inteligencia artificial, y no el proceso de fabricación de los semiconductores, lo que jugará un papel clave en la mejora del rendimiento con cada nueva generación de unidades gráficas.
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS
Gerardo Natharen Morante
K024
INGENIERIA EN SISTEMAS
PROF: ANTONIO TORIZ