CLASE 9

SE RECOMIENDA MIRAR LOS SIGUIENTES ENLACES http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/index.html http://www.teahlab.com/ http://medusa.unimet.edu.ve/sistemas/bpis03/clases.htm http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/applets/hades/webdemos/toc.html

LA COMPUTADORA ¿Qué entendemos por computadora? Desempeño Tipos. Usos. Fabricantes. Tecnologías. Algoritmo: instrucciones en código fuente. Lenguaje/compilador/arquitectura: Determinan las instrucciones de maquina. Procesador/Memoria: Determina que tan rápido se ejecutaran las instrucciones Desempeño Mucho por aprender!!!!!!

¿PERO QUE ES LA COMPUTADORA? Entradas Salidas Computer Peripherals Central Processing Unit Main Memory Procesador Red Computer Systems Interconnection Memoria Input Output Communication lines

¿PERO QUE ES LA COMPUTADORA? Componentes básicos: Entrada Salida Memoria Datapath Control Procesador NIVEL DE ABSTRACCION

MODELO VON NEWMAN Consiste básicamente de tres sistemas de Hardware: Una unidad de procesamiento central (CPU) con una unidad de control, una unidad aritmética lógica (ALU), registros y un contador de programa. Una memoria principal del sistema: almacena el programa y los datos. Un sistema Entradas/Salidas.

CARACTERISTICAS DEL MODELO VON NEWMAN El programa es almacenado en la memoria. Todas las palabras tienen el mismo tamaño. Contiene un único camino entre la memoria del sistema y la unidad de control, para los datos y las instrucciones. ULA Unidad de Control Registradores Memoria Procesador CPU

CARACTERISTICAS DEL MODELO VON NEWMAN Capacidad de ejecutar instrucciones secuenciales. La ejecución de una Instrucción puede ser dividida en cinco partes: Ciclo de lectura. Ciclo de decodificación. Ciclo de cálculo de direcciones (de los operandos). Ciclo de Ejecución. Ciclo de Escritura .

ARQUITECTURA VON NEWMAN MODIFICADA Memoria 0= Add r1, r1, r1 Unidad de Control 1= Add r2, r3, r4 … PC = d 0 ULA Sistema I/O Registradores X= Dato 1 System Bus Data Bus Address Bus Control Bus

PROBLEMAS DEL MODELO DE VON NEWMAN Cuello de Botella de Von Neumman (Bottleneck): Existe un solo camino para los datos y las instrucciones. La velocidad del bus es más pequeña que la velocidad del procesador. ULA Unidad de Control Registradores Memoria Procesador CPU

ARQUITECTURA HARVARD Memoria de Instrucciones Memoria de Datos Unidad de Control Data Bus Data Bus ULA Address Bus Address Bus Registradores Control Bus Control Bus Arquitectura con almacenamiento y líneas de interconexión independientes para instrucciones y datos. Las instrucciones y los datos ocupan espacios de direcciones diferentes. La CPU puede leer una instrucción y realizar un acceso a la memoria de datos de manera simultánea

NIVELES DE ABSTRACCION Abstracción: Adentrarnos en los detalles nos revela mas información. Una abstracción omite los detalles innecesarios ayudándonos a hacer frente a la complejidad.

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Procesadores de Texto, hojas de Cálculo, Navegadores, CAD, etc. Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Fortran, Pascal, Basic, Cobol, C, C++, C#, Java Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Gestión de memoria, Ficheros, I/O, Compilación, ensamblado, enlazado. Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Interface Hw/Sw Lenguaje reconocido por la máquina para una arquitectura particular del sistema de cómputo. Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Interpreta y Ejecuta las instrucciones de la máquina Circuito Digital Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital ALU, Compuertas, Alambres Nivel Físico

NIVELES DE ABSTRACCION Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico Transistores, Semiconductores.

NIVELES DE ABSTRACCION PARTE 2 DEL CURSO Aplicación Lenguaje de Alto Nivel Sistema Operativo / Compilador Arquitectura del conjunto de Instrucciones Organización HW sistema Circuito Digital Nivel Físico PARTE 1 DEL CURSO

¿QUE HAY DEBAJO DE UN PROGRAMA? Software de aplicación Escrito en lenguajes de alto nivel Software de sistema Sistema operativo: programa supervisor que sirve de interfaz entre los programas de usuario y el hardware: Maneja las operaciones básicas de entrada y salida Gestiona el almacenamiento y la memoria Planifica tareas para compartir el uso de recursos Compilador: traduce programas escritos en lenguajes de alto nivel (C, Java, Fortran, …) en instrucciones que el hardware puede ejecutar Hardware Procesador, memoria, controladores I/O

LENGUAJE DEL HARDWARE Cómo actúa la máquina? Mediante señales eléctricas (ON/OFF) Símbolos del alfabeto: 0, 1 (Números en base 2) Dígitos binarios (Bits) Órdenes  Instrucciones 1000110010100000 La máquina como ayuda para programar la máquina Programas de traducción de notación simbólica a números Ensamblador add A,B 1000110010100000 Compilador + Ensamblador A+B add A,B 1000110010100000 Assembler Compiler Assembler

NIVELES DE CODIFICACION DE UN PROGRAMA Lenguaje de alto nivel Nivel de abstracción más cercano al dominio del problema. Lenguaje ensamblador Representación textual de las instrucciones. Código de máquina (objeto, binario) Instrucciones y datos codificados.

¿QUE ES ARQUITECTURA DE COMPUTADORES? Arquitectura de la maquina Comprende todos aquellos aspectos visibles al programador: Intruction set, numero de bits usados para la representación de los datos, mecanismos de I/O, técnicas de direccionamiento. ARQUITECTURA DE COMPUTADORES Organización de la maquina Define la manera como se implementan las características: Señales de control, interfaces, tecnología de memoria. Información que fluye entre los componentes.

MAQUINAS CISC (COMPLEX INSTRUCTION SET COMPUTER) Posee muchas instrucciones y muchos modos de direccionamiento. Tiempo de ejecución de las instrucciones es Variable. Gran número de instrucciones complejas. Permite implementar instrucciones de alto nivel directamente o con un número pequeño de instrucciones ensamblador. muls <ea>, Dn ; m68k signed integer multiply ; (Dn  Dn × M[<ea>]) El compilador tiene que hacer muy poco trabajo para traducir un lenguaje de alto nivel a ensamblador. Poca RAM para almacenar las instrucciones. Es difícil construir instrucciones complejas directamente en hardware. Ejemplos: M68k, x86.

MAQUINAS RISC (REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) Computador con repertorio de instrucciones reducido. Pocas instrucciones y muy básicas. Repertorio simple. Formatos de instrucción uniformes. Pocos tipos de datos y de modos de direccionamiento, siempre los más sencillos. LOAD A, ($23200) LOAD B, ($52000) PROD A, B STORE ($23200), A Se requiere menos hardware y más sencillo que las instrucciones complejas, dejando más espacio para registros de propósito general. MULTITUD DE POSIBILIDADES PARA SU OPTIMIZACIÓN.

CISC .vs. RISC CISC RISC Enfatiza en el hardware Enfatiza en el software Instrucciones complejas Solo instrucciones simples Memory-to-memory: "LOAD" y "STORE" incorporados en las instrucciones Register to register: "LOAD" y"STORE" son instrucciones independientes. Códigos de pequeña medida. Códigos de Gran Medida Transistores usados para implementar instrucciones complejas Ocupa más transistores en registros de memoria.

INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA) Parte del computador visible al programador o desarrollador del compilador. Frontera en la que el diseñador y el programador del computador observan la misma máquina. Algunos ejemplos de ISAs: Digital Alpha (v1, v3) HP PA-RISC (v1.1, v2.0) Sun Sparc (v8, v9) SGI MIPS (MIPS I, II, III, IV, V) Intel (8086,80286,80386, 80486,Pentium, MMX, ...) Permite compatibilidad de codigo (al menos hacia atras).

RESUMEN INSTRUCTION SET ARCHITECTURE DEL MIPS R3000 Clases de instrucciones: Load/Store. Computacional. Salto y ramificación. Punto flotante (coprocesador). Manejo de memoria. Especial. 3 formatos de instrucciones todos de 32 bits.

ORGANIZACION Proc Caches Busses adapters Memory Controllers Disks I/O Devices: Controllers adapters Disks Displays Keyboards Networks

ORGANIZACIÓN PENTIUM 3 CHIPSET