Unidad 1 Organización de computadoras.pdf

5/19/2018 Unidad 1 Organizacin de computadoras.pdf

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Benemrita Universidad Autnoma

de Puebla

Organizacin de computadoras

Un panorama sobre el estado del arte delas computadoras

Grupo de Sistemas Digitales

Otoo 2014

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Contenido

1.1 Introduccin

1.2 Historia de la arquitectura de

computadoras

1.3 Conceptualizacin dearquitectura y organizacin decomputadoras


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1.1 Introduccin

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1.1 Introduccin

Las computadoras han originado unarevolucin de la informacin en lacivilizacin que continua en formaconstante.


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1.1 Introduccin

Cada vez que surge una mejora seincrementan las posibilidades dedesarrollo.

Aplicaciones econmicamente inviables enel pasado reciente, ahora son factibles.

ejemplos?

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1.1 Introduccin

Ejemplos de ciencia computacional ficcinen el pasado reciente:

Los cajeros automticos hubieran sido unconcepto no aceptado en los 50s.

Pc ms econmica -> $500,000 US

Tamao -> similar a un automvil


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1.1 Introduccin

Ejemplos de ciencia computacional ficcin:

Computadoras en automviles (mejorasen precio y desempeo en los 80s)

Laptops

alguna idea de su posible existencia en elpasado reciente?

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1.1 Introduccin

Ejemplos de ciencia computacional ficcin:

Proyecto Genoma Humano (presupuestoactual de cientos de millones de dolares)

cul sera el costo hace 10 aos? 10+

WWW transformacin de la sociedad


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1.1 Introduccin

Ejemplos de ciencia computacional ficcindel futuro:

Sociedad sin efectivo

Carreteras inteligentes automatizadas

Computadoras disponibles en todo lugar

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1.1 Introduccin

Estudio de la organizacin decomputadoras

elementos clsicos de una computadora?

Relevancia de su estudio?


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1.1 Introduccin

Componentes clsicos de una computadora

Entrada, salida, memoria y procesador(datapath y control)

Independencia de la tecnologa hardware

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1.1 Introduccin

Una computadora es un sistema digital dealta capacidad de procesamiento deinformacin, recibe datos de entrada,genera resultados a gran velocidad y con

gran exactitud, mediante la ejecucin deprogramas.


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1.1 Introduccin

Bloques bsicos que forman una computadora

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1.1 Introduccin

Tres tipos de aplicaciones seran:

Computadoras de escritorio

Supercomputadoras, servidores

Computadoras embebidas


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1.1 Introduccin

Comp. de escritorio.- diseada para usoindividual, incorporando una interfazgrfica, teclado y mouse.

Servidor.- usada para ejecutar programasgrandes con mltiples usuariossimultneamente y accesada va algntipo de red.

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1.1 Introduccin

Supercomputadora.- mximo desempeoy costo, configuradas como servidores ycosto en millones de dlares.

Comp. embebida.-computadora incluidaen otro dispositivo usada para ejecutaruna predeterminada aplicacin


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1.1 Introduccin

Discusin:

Ejemplos prcticos de cada tipo.

En equipos comentar un ejemplo decada tipo y un representante loscomentar frente a grupo.

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1.1 Introduccin

Situaciones de anlisis

Industria: cmo seleccionar unacomputadora con la mejor relacin

calidad-precio? Relevancia de la decisin y visin a futuro

Un procesador de 2 GHz

es 2x ms rpido que un

modelo 1 GHz?


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1.1 Introduccin

Discusin:

Cmo seleccionar una computadora(procesador, I/O, memoria) para lossiguientes casos?

Oficina, diseo VLSI y agente de viajes.

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1.2 Historia de la arquitectura de

computadoras


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1.2 Historia de la arquitectura de comp.

Se analiza a travs de generaciones:

Cero - computadoras mecnicas

Primerabulbos

Segunda transistores

Tercera circuitos integrados

Cuarta integracin a muy grandeescala

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Generacin cero (1642-1945)

Blaise Pascal construy una mquinacalculadora funcional en 1642. Eramecnica, con engranes y se impulsabacon una manivela. Inclua la suma y laresta


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30 aos despus Leibniz construy otramquina mecnica que tambin podadividir y multiplicar (4 funciones de unacalculadora de bolsillo).

150 aos despus Babbage (1792-1871)construy su mquina de diferencias, slosumaba y restaba y uso era para calculartablas para la navegacin martima.

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Mquina de diferencias deBabbage

Solo poda ejecutar un

solo algoritmo, el mtodode las diferencias finitasempleando polinomios.

Como salida, perforabasus datos en una placa decobre con un troquel deacero.


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Detalles de la mquina de diferencias de Babbage

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Babbage inici el diseo y construccin desu sucesora mquina analtica, la cualtena cuatro componentes:

Almacn (memoria) 1000 palabras de 50

dgitos decimales.

Molino (unidad de cmputo)

Seccin de entrada (lector de tarjetasperforadas)

Seccin de salida (salidas perforadas y lasimpresoras)


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Era una mquina totalmente mecnica, lacual era programada con un sencillolenguaje ensamblador.

Para el desarrollo del software, Babbagecontrat a Ada Lovellace, en honor a ellase llam as a un lenguaje deprogramacin (Ada, orientado a objetos).

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Mquina analtica de Babbage


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Mquina MARK 1 (1944)

Diseada por Howard Aiken, fue unamquina de relevadores, diseada enHarvard y tena la capacidad para

trabajar con 72 palabras de 23 dgitosdecimales cada una; tiempo deinstruccin: 6 segundos. E/S mediantecinta perforada.

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Primera generacin bulbos(1945-1955)

El estmulo para la computadoraelectrnica fue la segunda guerramundial

Codificacin de mensajes mediante elaparato ENIGMA presente en lasegunda guerra mundial y usado porlos alemanes

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Mquina COLOSSUS

Originada en un laboratoriosupersecreto del gobierno ingls, AlanTuring ayud a disear esta mquina,

funcion en 1943 y fue un secretomilitar durante 30 aos.


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Mquina ENIAC (Electronic Numerical Integrator and

Computer), consista de 18000 bulbosy 1500 relevadores, pesaba 30

toneladas y consuma 140 KW depotencia.

Tena 20 registros, cada uno de elloscapaz de almacenar un nmero decimalde 10 dgitos.

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Se programaba ajustando 6000 interruptoresde multiposicin y conectando numerosasbases con una verdadera maraa de cablesinterconectados.

Se termin en 1946 diseada por Mauchley yEckert.

Inici el inters a partir de un curso de veranopara describir su trabajo a la comunidadcientfica


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ENIAC

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Mquina EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic

Calculator), arquitectura basada enacumulador; construida en 1949 por

Maurice Wilkes en la Universidad deCambridge.


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IAS

(Institute Advanced Studies Princeton)construida por Eckert, Mauchly, VonNewman. Aparece el diseo bsico de

lo que hoy conocemos comoarquitectura de Von Newman, se usen la EDSAC, la primera computadorade programas almacenados.

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Arquitectura de Von Neumann


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Esta mquina tena 5 partes bsicas:Memoria, ALU, Unidad de Control, y elequivalente de entrada y salida.Memoria de 4096 palabras; de 40 bits

cada una. Cada palabra tena 2 instrucciones de

20 bits, o un entero con signo de 40bits. 8 bits indicaban el tipo deinstrucciones y 12 bits especificabanuna de las 4096 palabras de memoria.

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Segunda generacin transistores

(1955-1965)

La PDP-1 apareci en 1961 por partede DEC (digital equipmentcorporation), tena 4K de palabras de 8bits y un tiempo de ciclo de 5us.

La PDP-1 costaba $120,000 y la 7090de IBM costaba millones.


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Se genera la industria de lasminicomputadoras.

Innovacin de un bus nico u mnibus.

Control Data Corporation (CDC) introdujola 6600 con un alto grado de paralelismo

Construccin de supercomputadoras

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Tercera generacin circuitosintegrados (1965-1980)

IBM era el principal fabricante decomputadoras pero tena dos productosincompatibles (7094 y 1401)

Clientes corporativos necesitabanmantener departamentos deprogramacin para cada producto


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IBM dio un paso radical introduciendo unasola lnea de productos, la System/360

Surge la idea de las familias de mquinas

Software de un modelo inferior seejecutaba en modelos superiores(compatibilidad)

Ventaja y desventaja de la compatibilidad

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Propiedad Modelo 30 Modelo 40 Modelo 50 Modelo 65

Desempeo relativo 1 3.5 10 21

Tiempo de ciclo (ns) 1000 625 500 250

Memoria mxima (KB) 64 256 256 512

Bytes obtenidos por ciclo 1 2 4 16

No. Mximo de canales de datos 3 3 4 6

Oferta inicial de la lnea de productos IBM 360


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La 360 gener:

Multiprogramacin.- varios programas enla memoria a la vez

La emulacin y la microprogramacinpara el conjunto de instruccionescorrespondiente

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Cuarta generacin integracin a

muy alta escala (1980-?)

VLSI Very Large Scale Integrationgener la era de la computadorapersonal

Surge Apple y Apple II posteriormente


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IBM personal computer inclua el Intel8088 como su CPU.

Computadora ms vendida de la historia.

Surgen clones de PC debido a que IBMpublic los planos completos y no patent

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A mediados de los 80s la idea RISC(Reduced Instruction Set Computer)domina sobre CISC (Complex Instruction

Set Computer).

Reemplazo de arquitecturas complejaspor otras ms sencillas pero ms rpidas


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1.3 Conceptualizacin de arquitectura y

organizacin de computadoras


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Organizacin y arquitectura

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Organizacin de computadoras

Unidades lgicas: CPU, memoria, E/S.

Funciones y operacin

Interconexin y caracterstica de cadaelemento

Explicacin de cmo se encuentra formada lacomputadora


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La organizacin de computadoras serefiere a las unidades lgicas que lascomponen (unidad central de proceso,unidad de memoria y la unidad de

entrada/salida), las funciones querealizan, su operacin, la forma en que serelacionan y se comunican unas conotras.

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Arquitectura de computadora

forma de construir cada unidad lgica para querealicen las funciones especificadas por suorganizacin.

atributos de un sistema que son visibles a unprogramador

atributos que tienen un impacto directo en laejecucin lgica de un programa

diseo de componentes


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Arquitectura de computadora.- se ocupade la estructura y comportamiento de lacomputadora desde el punto de vista delusuario, incluye los formatos deinformacin, el conjunto de instruccionesy las tcnicas para direccionamiento dememoria

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Los fabricantes de computadorasofrecen una familia de modelos, todoscon la misma arquitectura pero condiferencias en la organizacin.

Una arquitectura puede sobrevivirmuchos aos, pero su organizacincambia con la evolucin de latecnologa.


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Caractersticas clave de la familiaSistema/360

Caractersticas Modelo

30 40 50 65 75

Memoria (bytes) 64K 256K 256K 512K 512K

Velocidad de transferencia de datosprocedentes de la memoria (MB/seg)

0.5 0.8 2.0 8.0 16.0

Tiempo de ciclo del procesador (u/seg) 1.0 0.625 0.5 0.25 0.2

Velocidad relativa 1 3.5 10 21 50

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Ejemplo:

La arquitectura del Sistema/370 con unaspocas mejoras ha sobrevivido hasta hoy dacomo la arquitectura de la lnea de grandesproductos de computacin IBM.

Esta arquitectura apareci por primera vez en1970 e inclua varios modelos.


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A travs de los aos IBM ha introducidomodelos nuevos con tecnologa mejoradapara reemplazar a modelos anteriores,ofreciendo mayor velocidad y menoresprecios.

Los modelos nuevos conservaban laarquitectura para proteger la inversin ensoftware del consumidor.

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Ejemplo entre fabricantes:

AMD Opteron 64 y el Intel Pentium 4tienen misma arquitectura de conjunto

de instrucciones pero diferenteorganizacin.

Ambos implementan el conjunto deinstrucciones X86, pero con diferentesorganizaciones de cache.

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