Introducción a la Arquitectura del Computador Tema 1 – Clases 1 y 2

Agenda Modelo de Von Neumann Modelo de Máquinas Virtuales Descripción modular de la Estructura y Funcionamiento de la Máquina Modificada de Von Neumann bajo el enfoque de Subsistemas de: Procesador Memoria Buses Entrada/Salida Modelo de Máquinas Virtuales Relación Jerárquica de la máquina física y las capas superiores abstractas

Definiciones Preliminares Arquitectura del Computador Atributos de un sistema que son visibles a un programador (Conjunto de Instrucciones, Cantidad de bits para representar distintos tipos de datos, mecanismos de E/S, Técnicas para direccionamiento en memoria). Organización del Computador Unidades funcionales y sus interconexiones (señales de control, interfaces entre el computador y los perféricos, y la tecnología de memoria utilizada). La organización permite manejar o llevar un nivel de control de la complejidad en cada uno de los niveles de abstracción del computador. También permite realizar un diseño sistemático y organizado, de cada uno de sus componentes.

Modelo de Von Neumann Creado por John Von Neumann alrededor del año 1950. En un principio el propósito de Von Neumann era construir una máquina que le permitiera guardar información para que posteriormente la procesara y diera un resultado.

CPU Modelo de Von Neumann Memoria Principal Disp. E/S ULA Unidad de Control CPU

Modelo de Von Neumann Subsistema de Procesador: Unidad de Control Registros

Modelo de Von Neumann Subsistema de Procesador: UC Registros

Modelo de Von Neumann Subsistema de Procesador: Unidad Aritmético-Lógica 2

Modelo de Von Neumann Subsistema de Memoria: La memoria principal es una unidad dividida en celdas de igual tamaño que se identifican mediante una dirección. En ella se almacenan datos o instrucciones en formato binario

Modelo de Von Neumann Subsistema de Memoria (Memoria Principal): Memoria ROM (Read Only Memory). Viene grabada de fábrica con una serie de programas. Generalmente, el software de la ROM se divide en dos partes: Rutina de arranque o POST (Power On Self Test, auto diagnóstico de encendido) BIOS o Sistema Básico de Entrada-Salida (Basic Input-Output System) Memoria RAM (Random Access Memory). guarda los datos momentáneamente (Memoria Volátil) mientras se ejecuta el programa que los necesite, también se caracteriza por ser bastante rápida. ARRANQUE: Realiza el chequeo de los componentes de la computadora; por ejemplo, circuitos controladores de video, de acceso a memoria, el teclado, unidades de disco,etc. Se encarga de determinar cuál es el hardware que está presente y de la puesta a punto de la computadora. Mediante un programa de configuración, el SETUP, lee una memoria llamada CMOS RAM (RAM de Semiconductor de óxido metálico). Ésta puede mantener su contenido durante varios años, aunque la computadora está apagada, con muy poca energía eléctrica suministrada por una batería, guarda la fecha, hora, la memoria disponible, capacidad de disco rígido, si tiene disquetera o no. Se encarga en el siguiente paso de realizar el arranque (booteo): lee un registro de arranque 'BR' (Boot Record) del disco duro o de otra unidad (como CD, USB, etc.), donde hay un programa que carga el sistema operativo a la RAM. A continuación cede el control a dicho sistema operativo y el computador queda listo para trabajar. BIOS: permanece activa mientras se está usando el computador. Permite la activación de los periféricos de entrada/salida: teclado, monitor, ratón, etc

Modelo de Von Neumann Subsistema de Memoria: La memoria (Von Neumann) constaba de: 4096 palabras, cada una con 40 bits (Longitud de la Palabra) Cada palabra podía contener 2 instrucciones de 20 bits o un número entero de 39 bits y su signo. Las instrucciones tenían 8 bits dedicados a señalar el tiempo de la misma y 12 bits para especificar alguna de las 4096 palabras de la memoria.

Modelo de Von Neumann Subsistema de Buses: Es un camino de comunicación entres dos o más elementos Está constituído por varias líneas para transmitir la información las cuales definen su capacidad Existen tres tipos principales: Bus de Datos (datos o instrucciones), Bus de Dirección y Bus de Control

Modelo de Von Neumann Subsistema de E/S: Tanto los datos y las instrucciones que ingresan al sistema así como el resultado de su procesamiento requieren del uso de componentes de entrada y salida Permite el intercambio de información entre la memoria, el procesador y los dispositivos

Modelo de Von Neumann

Elementos de software en un sistema computador Los elementos de Sifoftware pueden definerse como un conjunto de instrucciones (programas) que se ejecutan en el computador, con el objetivo de resolver un problema en específico. Lenguaje de máquina Intérpretes Compiladores Lenguaje de Programación de alto nivel Programas similares fueron almacenados en Bibliotecas (almacenamiento de Subrutinas). El conjunto de bibliotecas dio paso a los Sistemas Operativos. Los sistemas operativos, compiladores y ensambladores son ejemplos de software de sistema. Los programas dirigidos a los programadores, son llamados software de aplicaciones.

Modelo de Máquinas Virtuales Problema: Comunicación Hombre-Máquina Necesito resolver un problema!

Modelo de Máquinas Virtuales Relación Jerárquica de la máquina física y las capas superiores abstractas Para simplificar la complejidad de ésta relación cada capa se apoya en la capa inferior. Los computadores pueden estructurarse como una serie de abstracciones (niveles o máquinas virtuales) Cada Máquina Virtual (MV) posee su propio “lenguaje de máquina”. Por lo general el lenguaje de máquina es muy difícil de usar por los programadores, ya que consiste en una serie de ceros y unos (números binarios), por lo cual surgió la necesidad de incluir un nuevo conjunto de instrucciones más fáciles de usar que el lenguaje de máquina, claro está que debe existir un proceso de traducción de las instrucciones de este nuevo lenguaje más fácil de usar, a instrucciones en lenguaje de máquina. Por ello se inventaron programas para traducir la notación simbólica a números binarios; el primero de estos programas se llamó ensamblador (assembler). El lenguaje ensamblador requiere que el programador escriba una línea por cada instrucción que seguirá la máquina, forzando al programador a pensar igual que la máquina.

Modelo de Máquinas Virtuales Cada lenguaje se basa en su predecesor El nivel más bajo es el más simple y el más alto el más complejo

Modelo de Máquinas Virtuales Procesamiento de las instrucciones En una MV, una instrucción en un lenguaje de nivel n se ejecuta mediante una sucesión de instrucciones correspondientes en el lenguaje del nivel inferior (n-1) Existen dos métodos: Traducción e Interpretación

Modelo de Máquinas Virtuales TRADUCCIÓN INTERPRETACIÓN Genera un nuevo código NO Genera un nuevo código El proceso se realiza una sola vez El proceso de se realiza en cada ejecución La ejecución es muy rápida La ejecución es más lenta Nivel bajo de portabilidad pero mayor flexibilidad Nivel alto de portabilidad pero menor flexibilidad Una vez realizada la compilación no es necesario el código fuente por lo que permite “ocultar” el código original El código fuente es necesario en cada ejecución y por ende no puede “ocultarse” Los errores sintácticos se detectan durante la compilación Los errores sintácticos se detectan durante la ejecución Un programa compilado puede comprometer la ejecución de los otros procesos Un programa interpretado normalmente puede ser interrumpido sin dificultad

Modelo de Máquinas Virtuales

Máquinas Virtuales Multinivel Organización Estructurada 22

Recomendación Revisa el sitio web de la materia para ver las actualizaciones publicadas, clases y la planificación establecida. http://dircompucv.ciens.ucv.ve/generador/sites/organizacion-del-comp-II Repasa la información suministrada en clase antes de asistir a clases. Revisa regularmente tu correo para enterarte sobre novedades y asignaciones.