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Arquitectura de Computadoras - Coggle Diagram
Arquitectura de Computadoras
Chipset
Su función es controlar el flujo de datos entre el procesador, la memoria y los diferentes periféricos que haya en una computadora.
Monitores
El monitor de PC es el principal dispositivo de salida que muestra datos o información a todos los usuarios
Y hasta la fecha no han dejado evolucionar...
En los años 70 la forma más barata de visualizar fue con los monitores CRT
Para entender cómo funcionan los monitores, se debe comprender conceptos básicos
Pixel
Unidad mínima representable en un monitor. Cada pixel es una rejilla, entre más cuadros se tengan y sean más finos, la imagen será más definida
Con la evolución de las pantallas también evoluciono el consumo de energía y las entradas de video, a comparación de los monitores CRT que consumían 127 voltios, los monitores LCD consumen de 12 a 24 voltios.
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Durante los años 50, la forma de interactuar con un computador era mediante un teletipo, que se conectaba directamente e imprimía todos los datos
Las primeras computadoras se comunicaban con el operador mediante pequeñas luces que se encendian y apagaban
Bus de Direcciones
Es un conjunto de cables, similar al bus de datos que sólo conecta a la CPU y la RAM y transporta únicamente direcciones de memoria.
Estándares de Buses
Bus Arquitectura
El bus arquitectura estándar de la industria ó ISA, es un bus de 16 bits (1980). Fue por mucho tiempo el estándar industrial de facto y aún se utiliza en algunas computadoras del siglo XX para conectar dispositivos más lentos a la CPU.
Bus Local
Esta se desarrolló para conectar dispositivos más rápidos a la CPU (1992). Un bus local es un sistema interno que se extiende entre los componentes de la placa madre.
Bus de Interconexión de Componentes Periféricos
Es un tipo de bus local diseñado por Intel para facilitar la integración de nuevos tipos de datos, por ejemplo, de audio, video e imágenes.
Bus Puerto de Aceleración de Gráficos
Incorpora una arquitectura especial que le permite a la tarjeta de video tener acceso a la RAM del sistema directamente, incrementando notoriamente la velocidad del desempeño gráfico.
Bus Serial Universal
Es un bus relativamente nuevo que se encuentra en todas las computadoras modernas (1994). A diferencia del PCI y del AGP, el USB es un bus de intercambio rápido, lo que significa que un usuario puede conectar y desconectar un dispositivo USB sin afectar a la computadora.
Bus PC Card
Se utiliza sólo en las computadoras laptop. Al igual que USB, el bus PC Card es de intercambio rápido. Se utilizan para tarjetas WiFi, tarjetas de red, módems externo, examinadores de huellas dactilares y otros sistemas biométricos de seguridad.
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)
El siguiente elemento en la comparativa del chipset norte vs chipset sur será el puente sur o también denominado ICH (input Controller hub) en el caso de Intel y FCH (fusión controller hub) para el caso de AMD. Podríamos decir entonces que el puente sur es el chip más importante ubicado en una placa base desde que el puente norte se reubicara en la CPU.
Medidas de Almacenamiento
Disco Duro
DISCO DURO DE ESTADO SÓLIDO (SSD).
SSD M.2: SATA
SSD NVMe
USB
Tarjeta Controladora de Discos
Paradigmas de programación y su relación con las arquitecturas
Como los monitores y computadores: han evolucionado, la programación también, un paradigma de programación es una manera o estilo de programación
Programación por bloques
Los primeros lenguajes de programación eran imperativos, es decir un programa en este paradigma, un tipo de lenguaje es C o el antiguo BASIC
Los lenguajes de programación adoptan uno o varios paradigmas en función del tipo de ordenes que permiten implementar, ejemplos como Python o Javascript. Actualmente se suelen utilizar varios paradigmas, como la programación orientada a objetos, que es presente en Java
Controladora de Unidades
Controladora de Discos
La mayoría de las computadoras tienen todos los controladores necesarios integrados en la placa base como chips, no como tarjetas de tamaño completo.
Interfaz de Conexión
A través de los años se han creado diferentes interfaces para los dispositivos de
almacenamiento masivo. Algunos están fuera del mercado, otros han prevalecido. Sin embargo, la lista siguiente proporciona una idea del ámbito del desarrollo de las interfaces sobre los últimos 30 años para así proporcionar una perspectiva de las interfaces en uso hoy día.
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.
T506/412
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 y soportando tamaños más grandes de unidades. La interfaz ESDI, de mediados de los 80, utilizaba el mismo esquema de conexión de dos cables que su predecesor.
INTERFACES DE HOY DÍA CON ESTÁNDARES DE LA INDUSTRIA
SCSI
Formalmente conocida como Small Computer System Interface, Interfaz para sistemas de computación pequeños, SCSI como se conoce hoy día se originó a principios de los 80 y se declaró un estándar en 1986. De forma similar que ATA, SCSI utiliza una topología de bus. No obstante ese es el fin de las semejanzas.
Ultra Wide
Dispositivos de 16 bits con velocidad de ejecución de 40 MBps. Su conector genérico es de 68 pines y alta densidad. La longitud máxima del cable es de 1,5 metros. Admite un máximo de 15 dispositivos. También se conoce como Fast SCSI-3.
Fire Wide
Creado en 1995. Plug & Play. Longitud máxima 4.5 metros. Transferencia: (50–400 MB/s).
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 en 1986 para conectar discos duros y unidades de CD/DVD a la placa base de un PC, aunque también fue utilizada una variante para conectar disqueteras.
IDE
viene de Integrated Drive Electronics, porque fue el nombre que le puso Western Digital cuando desarrolló esta interfaz, y las unidades de almacenamiento con dicha interfaz tenían un límite de tamaño máximo de 137 GB.
IDE 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).
ATAPI
Inicialmente la interfaz fue desarrollada para dispositivos de almacenamiento, pero ATAPI permitió llevar la interfaz ATA más allá y ser utilizada en otro tipo de dispositivos, ya que permitía el comando «eject», así que fue ideal para disqueteras
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.
Ultra ATA
Descrita inicialmente por Western Digital en el año 2000, esta interfaz describía mayor rendimiento pero nunca llegó a ver del todo la luz porque coincidió con la época del SATA, que terminó sustituyendo a la interfaz IDE.
Interfaz SATA
Son un tipo concreto de disco duro interno. Consiste en una interfaz de transferencia de datos entre discos duros y la placa base que permite una mayor velocidad, aprovechamiento, capacidad para conectar unidades a la vez y mayor longitud de cable de transmisión de datos que el anterior P-ATA.
Redundant Array of Independent Disks
Que no es otra cosa que crear un sistema para el almacenamiento de datos utilizando múltiples unidades de almacenamiento entre las que se distribuyen los datos o se replican éstos. Estas unidades de almacenamiento pueden ser, tanto discos duros HDD o mecánicos, como unidades SSD o de estado sólido.
Tipos de Conexión de Red
Red de computadoras
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.
Dirección MAC
Es un identificador único para las interfaces de red. Se utiliza como dirección de red para la mayoría de las tecnologías de red IEEE 802. A veces se conoce como la dirección grabada (BIA) o la dirección de hardware Ethernet (EHA). Entre sus aplicaciones se encuentran las redes inalámbricas Ethernet, 802.11 y Bluetooth.
Origen histórico
Las primera tarjetas de red no formaban parte del equipamiento estándar de la computadora, a diferencia de lo que estamos acostumbrados hoy en día, ni siquiera de las computadoras portátiles.
Ethernet
Suelen soportar Ethernet de 10 Mbit/s, 100 Mbits/s y 1000 Mbits/s. Tales tarjetas son designadas como "10/100/1000", lo que significa que pueden soportar una tasa de transferencia máxima nocional de 10, 100 o 1000 Mbit/s. También están disponibles NIC de 10 Gbits/s. Un megabit por segundo (Mb/s, Mbit/s o Mbps), es una unidad que se usa para cuantificar un caudal de datos equivalente a 1000 kb/s.
Bits por segundo o b/s, en una transmisión de datos
Es el número de impulsos elementales (1 o 0) transmitidos en cada segundo. Los primeros módem tenían una velocidad de Baudios Por segundo (BPS). Los primeros módem que se usaron en los 90s en México tenían una velocidad de 28,800 bit/s… 28,800 bps.
Modems
Tecnología de conexión a red inalámbrica en 2009 entre sus clientes finales, con un acceso a Internet de banda ancha de hasta 512 Kb de velocidad.
Wi-Fi
Existe el estándar de comunicación 802 es un estándar establecido por la IEEE ("Institute of Electrical and electronics Engineers" o en español "Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica") WiFi en el cual según el estándar que corresponda se relaciona una velocidad de transmisión de datos.
Tipos de computadoras
Los computadores se han hecho parte de nuestra vida personal , incluso un celular o consola es una computadora.
Supercomputadoras
Las supercomputadoras son un conjunto de ordenadores muy poderosos conectadas entre si. Las más poderas se encuentran en la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa China
:
Mainframes
Los mainframes pueden funcionar con muchos sistemas operativos a la vez y sirven para gestionar las actividades de varias terminales virtuales
Computadoras Personales
En los años 70 se empezaron a llamar microcomputadoras y con el tiempo, computadora personal, tienen microprocesadores y están diseñadas para tareas mas comunes
Computadoras hibridas
Estas computadoras se caracterizan por combinar la productividad, ya ue son laptops y tablets
Computadoras portátiles
Las computadoras portátiles surgieron en 1981, actualmente son de las más utilizadas y vendidas, por su efectividad y portabilidad
Computadoras de escritorio
Conformadas por CPU, teclado y mouse, estas son más potentes que las laptops y tablets, pero menos efectiva que una supercomputadora
Computadora Netbooks
Los netbook son las computadoras personales más basicas que existen, son laptops pero más sencillas
Tablets
Las tabletas son computadoras personales que han remplazado por las laptops, por su potencia y portabilidad
Teléfono inteligente
Son computadoras convertidas en telefonos, estan han sido las computadoras mas vendidas y utilizadas en los ultimos años
Wearables
La nueva tendencia son estos aparatos que se dirigen hacia la computadora en miniatura para uso personal.
Arquitectura de los procesadores
Hay dos formas de incrementar el rendimiento del hardware, la primera es incrementando la velocidad del procesador, lo cual con lleva a la disminución del tamaño de los componentes, pero esta solución se ve limitada por las leyes de la física, ya que al hacer los componentes más pequeños con la finalidad de incrementar su velocidad
SISD (Sistemas monoprocesador
En las arquitecturas SISD, un único procesador ejecuta una única instrucción, corresponde arquitectura Von Neumann
SIMD (Single Instruction/Multiple Data)
SIMD permite realizar la misma operación en distintos datos lo que permite paralelismo mejorando el rendimiento
MISD (Multiple Instruction, Single Data)
Es un tipo de arquitectura computacional, donde muchas unidades funcionales realizan diferentes operaciones en los mismos datos
MID (Multiple Instruction, Multiple Data)
Las maquinas que usan MID tienen un numero de procesadores que funcionan de manera asíncrona e independiente. En cualquier momento cualquier procesador puede ejecutar diferentes instrucciones sobre distintos datos
NUMA (Non-Uniform Memory Access
Es un diseño de memoria utilizado en multiprocesamiento donde toda la memoria se accede en posiciones relativas de otro proceso o memoria compartida
SMP (Symmetric MultiProcessing)
Es un tipo de arquitectura de computadoras en la que dos o más unidades de procesamiento comparten una unica central. Todos los procesadores tienen acceso a la misma memoria, aunque pueden contar con distinto cache
Procesamiento Paralelo
Objetivo Principal: Este aumenta el rendimiento, también la capacidad para resolver problemas computacionales grandes
Limitaciones: Algunos problemas es el incremento del número de procesadores no mejora el rendimiento global, incluso empeora la eficiencia del sistema
FLOPS (Floating point operations per seconds)
Es una unidad que se suele utilizar para medir los cálculos matemáticos que puede hacer por segundo una CPU y GPU
LA CPU básica para la IA: el array sistólico
Los array 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 estas se encuentran conectado a otros elementos de procesamiento
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
Ley de Moore
Fue desarrollada por el ingeniero Gordon Moore en 1965, cuando era director de los laboratorios Fairchild Semiconductor (aunque como sabréis, posteriormente fue el co-fundador de Intel). 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. En pocas palabras, la ley de Huang describe el desarrollo de la IA en GPUs.
