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Arquitectura de computadoras
Concepto de arquitectura
Definición
Construcción y distribución física de componentes de la computadora
Determina las posibilidades de ejecución de operaciones
Atributos arquitectónicos
Conjunto de instrucciones
Tamaño de datos
Mecanismo de E/S
Técnicas de direccionamiento de memoria
Distinción entre arquitectura y organización
Arquitectura
Atributos visibles para un programador
Organización
Aspectos internos de implementación
Importancia
Impacto en la ejecucion logica de un programa
Determina la capacidad de un sistema para tareas especificas
Organizacón de Computadoras
Definición
Unidades funcionales y sus interconexiones
Materialización de especificaciones arquitectonicos
Atributos de Organización
Señales de control
Interfaces entre computadora y periféricos
Tecnología de memoria utilizada
Cuestiones arquitectura vs organización
Arquitectura
Instrucción de multiplicar (Si/No)
Organización
Implementación de la instrucción multiplicar
Unidad especializada en multiplicar
Uso iterativo de la unidad de suma del sistema
Variedad de Modelos
Familia de modelos de computadoras
Misma arquitectura, diferencias en organización
Evolución de la Tecnología
Arquitectura duradera
Ejemplo: IBM Sistema 370 (1970)
Varios modelos disponibles
Flexibilidad de actualización sin abandonar el software desarrollado
Funciones básicas de una computadora
Procesamiento de datos
Calculo y operaciones lógicas
Controlado por la CPU
Almacenamiento de datos
Guarda y recupera los datos
Utiliza la memoria principal
Transferencia de datos
Movimiento de información dentro y fuera de la computadora
Realizado por E/S y el sistema de interconexión
Control
Gestión y coordinación de todas las operaciones
Supervisado por la CPU
Componentes principales de una computadora
CPU
Control y el funcionamiento
Procesamiento de Datos
llamado "Procesador"
Memoria Principal
Almacena datos y programas
E/S
Transfiere datos entre computadoras y exterior
Sistema de interconexión (Bus del sistema)
Facilita la comunicación entre CPU, memoria y E/S
Componentes de la CPU
Unidad de control
Supervisa el funcionamiento
Unidad aritmética y lógica
Realiza operaciones de procesamiento
Registros
Almacenan temporalmente datos internos
Interconexión interna
Proporciona comunicación entre unidades
Arquitectura de computadoras clásica
Diseñada por John Van Neumann
Elementos principales
Dispositivos de entrada
Dispositivos de proceso
Dispositivos de almacenamiento
Dispositivos de Salida
Eniac
Primera computadora electrónica del mundo
Unidad central de proceso se comunica a través de un solo bus de con un banco de memoria
Programación manual mediante conmutadores y cables
Arquitectura Van Neumann
Unidad Aritmética lógica (ALU)
Unidad de control
Memoria
Dispositivos de E/S
Bus de datos
Registros importantes
MBR (Registro Temporal de Memoria)
IBR (Registro Temporal de Instrucción )
IR (Registro de Instrucción )
MAR (Registro de Dirección de Memoria)
PC (Contador de Programa)
AC (Acumulador)
MQ (Multiplicador Cociente)
Características
primeras computadoras electromagnéticas y tubos de vacío
Aún se usa en procesadores empotrados de gama baja
Base de las arquitecturas modernas
Proceso Secuencial
Encendido y obtención de las siguiente instrucción de la memoria
Ejecución de la instrucción
Cambios de el contrador de programa para operaciones respectivas o desiciones
Aumento de contador del programa
Volver al paso 1
Desventajas
Bus de datos y direcciones único
limite de grado de paralelismo
Efecto de cuello de botella
Proceso secuencial
Desventajas
Mejoras actuales
Arquitectura de Computadoras de Multiproceso
SMP
multiproceso Simétrico
varios procesadores comparten una única memoria central
Características de SMP (UMA - Uniform Memory Access )
Comparten acceso a la memoria y periféricos
Conexión a través de un bus de común
Simetría en SMP
Ningún procesador es maestro o esclavo
Todos tienen igualdad de derechos en el acceso
Administrados por el sistema operativo
Ventajas de SMP
Cualquier procesador puede trabaja en cualquier tarea
Movimiento eficiente de tareas entre procesadores
Estructura de una Computadora SMP
Multiprocesadores independientes
Comunicación con la memoria a través de un bus compartido
Arbitraje necesario para el uso del bus
Consideraciones
Mismo problema de espera de datos que sistemas de un solo procesador
Varios procesadores pueden estar en espera de datos al mismo tiempo
Arquitectura de computadoras segmentadas
Busca mejorar el desempeño
Realiza paralelamente etapas de ciclos de instrucción al mismo tiempo
Aumenta el rendimiento del computador
consiste
Segmentación del procesador
Arquitectura Pipeline
Consiste en transformado un flujo en un proceso comprendido por varias fases secuenciales
Esta arquitectura es muy común en el desarrollo de programas para el interprete de comandos
Es una arquitectura muy natural en el paradigma de programación funcional
Se aplica en dos lugares de la maquina
CPU
ALU
Procesador de Segmentación
Las etapas se asigna a una unidad funcional diferente
Estas unidades trabajan en forma paralela en instrucciones diferentes
Se comunican por medio de una cola
Unidad Búsqueda
Coloca los códigos de instrucciones que leyo
Unidad ejecución
Ejecuta los códigos
Las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro
Conclusión
Arquitectura de computadoras
Diseño conceptual y estructura operacional fundamental
Modelo y descripción funcional de requerimientos y diseño de varias partes de una computadora
Enfocado en funcionamiento interno de la CPU y el acceso a direcciones de memoria
Organización de computadoras
Selección de interconexión de componentes de hardware para crear computadoras
Basada en requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo