informatica arquitectura
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Universidad Técnica del Norte
Facultad de ingenierías en ciencias aplicadas
Ing. Textil
Nombre: Jhon Correa Nivel: Primer nivel Fecha:
10/12/2015
Arquitectura del computador
Según lo planteado por Michael J. Flynn en 1972 la arquitectura del computador es el
diseño conceptual y la estructura fundamental de un computador. Se divide en:
Arquitecturas en paralelo: Las tres cuestiones fundamentales de un sistema en
paralelo son:
1.- Describe la naturaleza, tamaño y Number Resource Organization (nro). De los
elementos procesadores.
2.- Describe la naturaleza, tamaño y número de los módulos de memoria.
3.- Describir la estrategia de interconexión entre procesadores y memoria.
Taxonomía de Flynn.
Basado en 2 conceptos:
Corrientes de instrucciones.
Corrientes de datos.
Clasificación
Las cuatro clasificaciones definidas por Flynn se basan en el número de intrusiones
concurrentes (Control) y en los flujos de datos disponibles en la arquitectura.
Flujo de
instrucciones
Flujo de
datos
Nombre Ejemplos
1 1 SISD Maquinas clásicas de Von Neumann.
1 Múltiple SIMD Supercomputadoras vectoriales, procesadores de
arreglos.
Múltiple 1 MISD Presumiblemente ninguna.
Múltiple Múltiple MIMD Multiprocesadores.
Taxonomía de Flynn de las computadoras en paralelo
Un flujo de datos consiste de un conjunto de operados.
Los flujos son hasta cierto punto independiente, de modo que existen cuatro
combinaciones.
SISD (Una instrucción un dato)
Computadora secuencial von Neumann. Tiene un flujo de instrucciones, uno de
datos y realiza una operación a la vez.
Ejemplo:
Las arquitecturas SISD son máquinas con uniprocesador o monoprocedor tradicionales
como los antiguos mainframe.
Secuencia de procesamiento en la cual recibe una sola secuencia de instrucciones que
operan.
SIMD (Single instruction multiple data)
Instrucción única para datos.
Las maquinas SIMD tiene varias ALU para llevar a cabo una instrucción con diferentes
conjuntos de datos en forma simultánea.
Instrucciones
Procesador
2 Procesador
1
Procesador
3
MISD (Multiple Instrucion Single Data)
Secuencias de instrucciones pasan a través de múltiples procesadores.
MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)
Las máquinas que usan MIMD tienen un número de procesadores que funcionan de
manera asíncrona e independiente.
Clasificación de los MIMD
Las MIMD se clasifican en:
Sistemas de memorias compartida.
Sistemas de memoria distribuida.
Sistema de memoria compartida distribuida.
Sistema de memoria compartida.
En este tipo de sistema cada procesador tiene acceso a toda la memoria, es decir hay un
espacio de direccionamiento compartido.
Sistemas de memoria distribuida
Estos sistemas tiene su propia memoria local, los procesadores puedes compartir
información por medio de mensajes.
SISD
Son los más populares y extendidos.
Se refiere a las computadoras convencionales de VON Neuman. Todas las
computadoras tradicionales están incluidas en esta categoría como son las PC´S.
Características del modelo SISD
La cpu procesa únicamente una instrucción por cada ciclo de reloj.
Cada unidad procesa un dato distinto
MISD
Pueden ser utilizadas en aplicaciones con información en paralelo, o con tareas
en paralelo.
Ninguna de las computadoras conocidas se ajusta a este modelo.
No son usadas, y no son significativas.
Características del modelo MISD:
Cada unidad ejecuta una instrucción distinta.
Cada unidad procesa el mismo dato.
Aplicación muy limitada en la vida real.
MIMD
Se puede decir que MIMD es un súper conjunto de SIMD.
Diferentes elementos de información se asignan a diferentes procesadores.
Pueden tener memoria compartida.
Características del modelo MIMD
Cada unidad procesa un dato distinto.
Cada unidad ejecuta una instrucción distinta
Memoria
En la memoria se almacena tanto el programa como los Datos que va a ejecutar la CPU.
La memoria principal de los computadores tiene una apariencia similar a este:
Esta matriz está organizada en palabras, las cuales tienen asignada una dirección que
indica su posición.
Entrada/ Salida
Una computadora tiene dispositivos de entrada y salida como son los que contiene el
gabinete. El problema principal que existe entre ellos es su tecnología y que tienen
características diferentes a los del CPU, estos también necesitan una interfaz de cómo se
van a entender con el CPU, al igual que el procesador y el controlador periférico para
intercambiar datos entre la computadora.
Control de periférico tiene una dirección única en el sistema.
Sistema de interconexiones: Buses
1.- Buses de datos: es el que se utiliza para transmitir datos entre los diferentes
dispositivos del computador.
2.- Buses de Direcciones: sirve para indicar la posición del dato que se requiere
acceder.
3.- Bus de Control: sirven para seleccionar al emisor y al receptor en una transacción
del bus.
4.- Bus de alimentación: sirve para proporcionar a los dispositivos voltajes distintos.
Periféricos.
Se entenderán todos aquellos dispositivos que son necesarios para suministrar datos a la
computadora o visualizar los resultados.
Circuitos de Memoria.
El almacenamiento se hace atravez de dispositivos de memoria que almacena
información de manera binaria.
RAM estática asíncrona.
Es una memoria volátil, de acceso rápido que puede almacenar y leer información su
característica es que la hace ideal para ser memoria principal en los ordenadores, la
celda de almacenamiento de la SRAM contiene 4 transistores MOS que almacenan 1 y
0 mientras se mantenga la alimentación del circuito.
b) RAM estática síncrona
Utiliza la misma tecnología que las SRAM, con lo que son volátiles y de rápido
acceso. La diferencia es que existe una señal de reloj que sincroniza el proceso de
lectura y escritura. Las memorias cache externas de algunos microprocesadores son de
este tipo para facilitar el acceso de datos en modo ráfaga y acelerar el proceso de acceso
a bloques de memoria.
c) RAM Dinámica.
La DRAM tiene capacidades que accede con un solo transistor, en vez de celdas con
varios transistores. El problema es que las capacidades se descargan mediante la
corriente de pérdidas de transistores y aparte son lentas comparadas con la SRAM;
tienen una estructura de forma de matriz, estando multiplexadas las direcciones en
forma de filas y columnas, tienen modos de acceso más rápido en lo que suministra la
parte alta de dirección; este modo de acceso se denomina modo página y acelera el
acceso al no tener que suministrar para cada acceso la dirección de página completa.
d) Memorias ROM
Las memorias de solo lectura una vez que han sido escritas o programadas solo se
puede leer el contenido de las celdas, se suelen utilizar para almacenar el código que
permite arrancar a los sistemas; estas se fabrican para aplicaciones masivas con
máscaras de silicio. Hay 3 tips de memorias ROM que pueden ser programadas en el
laboratorio, algunas pueden ser borradas.
e) Memoria PROM
Son memorias ROM programables eléctricamente mediante un programador especial
que genera picos de alta tensión, que funden físicamente unos fusibles grabando en el
dispositivo de forma permanente. Tienen el inconveniente que no pueden ser borradas y
para su lectura requieren una tarjeta especial.
Memoria EPROM:
Se programan también con un dispositivo de programación conectado al ordenador la
diferencia con la PROM es que estas si se pueden borrar; se realiza mediante rayos UV,
para que suceda esto las EPROM tienen una ventana de cuarzo pequeña transparente en
la cual se hace la exposición de la matriz de celdas como se muestra en la figura 1.6.
Una vez programadas se tiene que etiquetar esta ventana para evitar que sea borrada
accidentalmente.
Memoria Cache:
Memoria de alta velocidad ayuda a acelerar el procesamiento de el microprocesador,
puede acceder a los datos almacenados en cache más rápido que los que están
almacenados en la memoria RAM.
La memoria cache recoge constantemente los datos importantes de la RAM.
Niveles de la memoria cache
Memoria cache L1: Incorporada en el núcleo del procesador, fragmento de memoria
RAM suele ser de 8,16.32 o 64 o 128 Kbytes.
Memoria cache L2: Mucho mayor que L1 unificada del orden de 256 Kb o 512 Kb, lee
constantemente cantidades de datos ligeramente mayores de la memoria RAM, situada
fuera del chip:
En la placa base, o en un módulo espacial junto al CPU.
La DDR-SDRAM
Es similar a la convencional y conocida SDRAM, con la diferencia que dobla la
velocidad de transferencia ya que pasa a ser dos veces por ciclo.
Envía los datos 2 veces por cada señal de reloj, una vez en cada extremo de la señal.
Utiliza un voltaje de 2.5V
Existen dos clases de memoria DDR:
1.- PC1600 con un ancho de banda de 1.6GB/seg
2.- PC2100, estaciones de trabajo y servidores.
Su elevado ancho de banda la convierte por su elevado rendimiento en la
solución ideal para PCs, estaciones de trabajo y servidores.
La memoria DDR2
Son una versión mejorada de las memorias DDR, que permiten que los búferes de
entrada/salida trabajen al doble de la velocidad de la frecuencia del núcleo, permitiendo
que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias.
Opera tanto en flanco alto del reloj como en el bajo.
La memoria del BIOS
Arquitectura de computadoras El BIOS (Basic Input Output System)
Durante el arranque del equipo podemos experimentar diversos problemas,
desde que nuestros equipo este completamente muerto y no haga nada, hasta que
emita pitidos que nosotros no entenderemos o muestre mensajes poco
clarificadores en pantalla.
Esto ocurrirá durante la inicialización del hardware y significara que algún
componente del sistema ha fallado, sin pasar los test iniciales de verificación.
Así que conocer las causas o significados de estos mensajes en forma de texto o
sonido puede resultar muy útil cuando surge problemas.
Procesador
Incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los
registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial,
mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento
del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa.
Organización de un procesador:
Captar instrucciones: Lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria
principal).
Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es
necesario.
Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de
un módulo de E/S.
Procesar datos: la ejecución e una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna
operación aritmética o lógica con los datos.
Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la
memoria o en el módulo de E/S.
Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos
temporalmente mientras una instrucción está ejecutándose, en otras palabras el
procesador necesita una pequeña memoria interna.
Estructura interna del procesador
Indican los caminos de transferencia de datos y de la lógica de control.
Disco Duro
Es un dispositivo de almacenamiento que graba los datos de forma magnética en ambas
caras de la superficie de uno o varios discos concéntricos de cerámica o aluminio
recubierto de limadura magnética los cuales están sujetos por un mismo eje, gracias al
cual giran a una gran velocidad.
Están resguardados dentro de una caja metálica la cual la mantiene libre de polvo o de
cualquier otro agente que pueda perjudicar su funcionamiento o la perdida de datos.
Internamente todos los discos duros pueden ser iguales, pero pueden variar grandemente
en el tipo de interfaz o conexión.
Características de los Discos Duros
Todo disco duro debe tiene estas distinciones unas mayores que otras en diferentes
discos ya sea por fabricante o modelo:
Tiempo Medio de Acceso: es el tiempo que tarda la cabeza de
lectura/escritura en llegar al sector donde se encuentra la información
que nos interesa.
Tiempo Medio de Búsqueda: es el tiempo que tarda el cabezal de ir de
la pista más externa del disco a la pista interna o cercana al eje.
Tiempo de Lectura/Escritura: esto es el tiempo que se toma el disco
duro en leer o escribir información, todo en base a la cantidad de
información que se busca o se escribe, los tamaños de bloque del disco
duro, las RPM, la cantidad de sectores a utilizar.
Latencia Media: es el tiempo que tarda la cabeza de lectura/escritura en
colocarse sobre un sector previamente buscado, todo esto se hace en la
mitad del tiempo de una rotación completa del disco duro.
Velocidad de Rotación: esta presentada en RPM (Revoluciones Por
Minuto) es las veces que giran los discos en un minuto.
Tasa de Transferencia: es la velocidad en que se transporta la
información a la computadora ya sea a otro dispositivo de
almacenamiento o moviéndola de una carpeta a otra. En este caso sería
FSB(Front Side Bus)
Cache: es una serie de circuitos integrados que almacenan información,
son del tipo memoria Flash.
Landz: es el lugar sobre el cual se estacionan los cabezales de
Lectura/Escritura cuando el disco duro está apagado.
Tarjeta madre
Parte principal de un computador ya que nos sirve de alojamiento de los demás
componentes permitiendo que estos interactúen entre si y puedan realizar procesos.
Partes de la tarjeta madre:
BIOS: Se encarga de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del
ordenador.
Cache: En ella se guardarán datos que el ordenador necesita para trabajar.
Chipsets: Se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador
Zócalo zif: Se usa para fijar y conectar un microprocesador.
Slot de expansión: Son ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se
introducen las tarjetas de expansión.
Ranuras pci: Generalmente son de color blanco, miden 8.5 cm es de hasta 132 MB/s a
33 MHz, no es compatible para alguna tarjetas de vídeo 3D.
Ranuras dimm: Son ranuras de 168 contactos y 13 cm. de color negro, es lugar donde
nos permite inserta memorias RAM tipo DIMM
H. Ranuras SIMM: Son ranuras de 30 conectores, y meden 8,5 cm. En 486
aparecieron los de 72 contactos, más largos: unos 10,5 cm de color blanco, es lugar
donde almacenaremos las memorias RAM tipo SIMM.
Ranuras agp: Se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D. Ofrece 264
MB/s o incluso 528 MB/s. Mide unos 8 cm.
Anuras isa: Sirve para conectar un módem o una tarjeta de sonido, Miden unos 14 cm y
su color suele ser negro.
Pila: Se encarga de conservar los parámetros de la BIOS como la fecha y hora.
Jumper: Trata de un conjunto de pines que se encuentran en los circuitos impresos de
mainboard, discos, etc.
Conectores frontales: Es un conjunto de pines donde conectamos el panel frontal del
case, es decir los botones de encendido, reset y los leds o indicadores, posee una regla
de conexión: "Cables oscuros hacia el pin positivo (+), y en el caso del speaker, el cable
negro es tierra y el rojo tiene +5 v DC".
Linografía:
http://es.slideshare.net/rosluck29/clasificacin-de-flynn-arquitectura-del-computador
https://es.wikipedia.org/wiki/MIMD
http://www.monografias.com/trabajos104/arquitectura-computadoras-
memoria/arquitectura-computadoras-memoria.shtml
https://sites.google.com/site/computadorasarquitectura/home/unidad1
http://arquitecturadecomputadorass.blogspot.com/2012/09/organizacion-del-
procesador.html
https://arquitecturaumg.wordpress.com/2013/05/27/discos-duros/
http://arquihardware.blogspot.com/2008/07/tarjeta-madre.html