Arquitectura De Computadoras

unidad 1

INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES5° SEMESTRE

INTEGRANTESRUIZ BALCAZAR JESUS HUMBERTOLOPEZ ESQUIVEL JHONATAN MANUELDE PAZ CHAVEZ JUAN CARLOS

NOMBRE DEL DOCENTE

ROSEL MUÑOZ LOPEZ

INTRODUCCION

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadoras. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware, para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo. La computadora recibe y envía la información a través de los periféricos, por medio de los canales. La CPU es la encargada de procesar la información que le llega a la computadora. El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y la CPU. Puede considerarse que todas aquellas unidades de un sistema, exceptuando la CPU, se denomina periférico, por lo que la computadora tiene dos partes bien diferenciadas, que son:

- La CPU (encargada de ejecutar programas y que también se considera compuesta por la memoria principal, la unidad aritmético lógica y la unidad de control), y

- Los periféricos (que pueden ser de entrada, salida, entrada/salida, almacenamiento y comunicaciones).

La implantación de instrucciones es similar al uso de una serie de desmontaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de muchas etapas de producción antes de tener el producto desarmado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estos procesadores se les conoce como pipeline processors. Estos están compuestos por una lista de segmentos lineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un grupo de tareas computacionales. Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema para ser procesados. La computadora realiza operaciones con los datos que tiene almacenados en memoria, produce nuevos datos o información para uso externo.

Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando los siguientes aspectos:

- Almacenamiento de operandos en la CPU: dónde se ubican los operadores aparte de la sustractora informativa (SI).

- Cantidad de operandos explícitos por instrucción: cuántos operandos se expresan en forma explícita en una instrucción típica. Normalmente son 0, 1, 2 y 3.

- Posición del operando: ¿cualquier operando puede estar en memoria, o deben estar algunos o todos en los registros internos de la CPU? Cómo se especifica la dirección de memoria (modos de direccionamiento disponibles).

- Operaciones: qué operaciones están disponibles en el conjunto de instrucciones.

- Tipo y tamaño de operandos y cómo se especifican

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema que conforma una computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. Explica la situación de sus componentes y permite determinar las posibilidades de un sistema informático, con una determinada configuración, pueda realizar las operaciones para las que se va a utilizar. La arquitectura básica de cualquier ordenador completo está formado por solo 5 componentes básicos:

- Procesador- Memoria RAM- Disco duro, - Dispositivos de entrada/salida - Software.

Una característica fundamental de una maquina digital, es que esta necesita una excitación para ejecutar una serie de pasos predeterminados, tiene una función específica. En un computador, la respuesta se puede programar, esto es, explora algunas instrucciones y datos (programa) y de acuerdo a esto (ejecuta). Su función es flexible y depende del programa almacenado en memoria. De la diversidad de computadores que existe se distinguen algunos bloques funcionales típicos. Se estudiaran algunos de estos bloques para entender cómo se construye una estructura flexible como una computadora.

El concepto de computador de programa almacenado se establece con el proyecto EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), 1945 (John Von Neumann, J. Presper Ecker, John Mauchly El avance tecnológico, particularmente el desarrollo de tecnología de compuertas con control de impedancia, 3er. estado, ha modificado la estructura centralizada por un esquema más distribuido. Es importante resaltar que en todas estas representaciones se puede constatar que todos los computadores tienen la misma forma de operar. Una diferencia es la incorporación de buses en las arquitecturas actuales, lo que ha permitido el desarrollo de cada unidad funcional por separado.

1.1 MODELOS DE ARQUITECTURAS DE CÓMPUTO

1.1.1Clásicas

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas

Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman)

Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso que se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este. Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de esta versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código máquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros programas). Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente ya que se usa la misma memoria para datos y para el código del programa.

Ilustración 1. 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Von Newman

La principal desventaja de esta arquitectura, es que 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, obligando a que todos los

accesos a esta sean secuenciales. Esto limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman En esta arquitectura apareció por primera vez el concepto de programa almacenado. Anteriormente la secuencia de las operaciones era dictada por el alambrado de la unidad de control, y cambiarla implicaba un proceso de recableado laborioso, lento (hasta tres semanas) y propenso a errores. En esta arquitectura se asigna un código numérico a cada instrucción. Dichos códigos se almacenan en la misma unidad de memoria que los datos que van a procesarse, para ser ejecutados en el orden en que se encuentran almacenados en memoria. Esto permite cambiar rápidamente la aplicación de la computadora y dio origen a las computadoras de propósito general Mas a detalle, el procesador se subdivide en una unidad de control (C.U.), una unidad lógica aritmética (A.L.U.) y una serie de registros. Los registros sirven para almacenar internamente datos y estado del procesador. La unidad aritmética lógica proporciona la capacidad de realizar operaciones aritméticas y lógicas. La unidad de control genera las señales de control para leer el código de las instrucciones, decodificarlas y hacer que la ALU las ejecute.

Arquitectura Harvard Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como un código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos. Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en ocho bits en una memoria aparte.

Ilustración 2. 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Harvard

El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el código de operación de una instrucción, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la instrucción previa. Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor desempeño. En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo

único, pero internamente incluyen varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos, buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad

1.1.2 Segmentadas

1.1.3 De Multiprocesamiento

1.2ANALISIS DE LOS COMPONENTES

1.2.1 CPU

1.2.1.1 Arquitecturas

1.2.1.2 Tipos

1.2.1.3 Caracteristicas

1.2.1.4 Funcionamiento (ALU, unidad de contro, Registros y Buses Internos)

1.2.2 MEMORIA

1.2.2.1 Conceptos Basicos del manejo de la memoria

1.2.2.2 Memora principal semiconductora

1.2.2.3 Memoria Cache

1.2.3 MANEJO DE LA ENTRADA/SALIDA

1.2.3.1 Modulos de Entrada/Salida

1.2.3.2 Entrada/Salida Programada

1.2.3.3 Entrada/Salida mediante interruptores

1.3.3.4 Acceso Directo a Memoria

1.2.3.5 Canales y Procesadores de Entrada/Salida

1.2.4 BUSES

1.2.4.1 Tipos de Buses

1.2.4.2 Estructura de los Buses

1.2.4.3 Jerarquias de Buses

1.2.5 INTERRUPCIONES

CONCLUSION

BIBLIOGRAFIA