INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE ZONGOLICA ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS. INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES UNIDAD 1 ARQUITECTURAS DE COMPUTO ING. JAVIER CONTRERAS

Arquitecturas de computo ¿Qué es una computadora? Es una maquina electrónica capaz de almacenar información y tratarla automáticamente mediante operaciones matemáticas y lógicas controladas por programas informáticos. ¿Qué es una arquitectura? La arquitectura de una computadora representa un sistema que integra diferentes componentes organizados en diferentes niveles independientes unos de otros en cuanto a estructura, pero conservando la interdependencia desde el nivel más alto hasta el nivel más bajo en torno a su funcionamiento.

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

1.1 Modelos de arquitecturas de cómputo. Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman) Esta arquitectura fue usada 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. Mas aplicado en la actualidad Esta arquitectura es muy versátil. Ejemplo de esto es el funcionamiento de los compiladores,

Funcionamiento de compiladores. Programas que toman como entrada Un archivo de Texto conteniendo código fuente Generan como datos de salida, código maquina Que corresponde a dicho código fuente. Estos datos de salida pueden ejecutarse como un Arquitectura de Computadoras programa posteriormente ya que se usa la misma memoria para datos y para el código del programa.

VentajasDesventajas Aparece por primera vez el concepto de programa almacenado Se asigna un código numérico a cada instrucción El CPU se subdivide en ALU y unidad de control Bus de datos y direcciones único – Cuello de botella de Von Newmann. Todos los accesos son secuenciales Se limita el grado de paralelismo

Arquitectura Harvard Esta arquitectura surgió en la universidad que lleva su mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von Newmann apareciera por la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newmann, 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.

Segmentadas Aparecieron a mediados de los años 60’s como una manera de aumentar el rendimiento sin implicar un nivel masivo de paralelismo. Durante los 80’s fueron una de las ideas centrales de los procesadores RISC, buscando alcanzar el objetivo de que se ejecutara una instrucción cada ciclo de máquina. PIPELINED PROCESSORS En ingles se conoce como PIPELINED PROCESSORS y consiste en dedicar unidades específicas del procesador a cada una las partes del ciclo de instrucción y ejecutarlas paralelamente Mejora drásticamente el rendimiento debido a que en los procesadores modernos tienen hasta 14 etapas en el ciclo de instrucción.

¿Que busca mejorar las arquitecturas segmentadas? Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

DE MULTIPROCESAMIENTO. Cuando se desea incrementar el desempeño más haya de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación. Los CPU’s de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera: SISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) Sistemas SMP, Clusters

Otros Procesadores vectoriales Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico a una serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos, tales como simuladores para predecir el clima, explosiones atómicas, reacciones químicas complejas, etc. Sistemas SMP (procesadores simétricos) En los sistemas SMP varios procesadores comparten la misma memoria principal y periféricos de Entrada/Salida, normalmente conectados por un bus común. Se conocen como simétricos, ya que ningún procesador toma el papel de maestro y los demás de esclavos, sino que todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y periféricos, donde ambos son administradores por el sistema operativo.

Clusters Son un conjunto de computadoras independientes conectadas en una red de área local o por un bus de interconexión y que trabajan cooperativamente para resolver un problema. Es clave para su funcionamiento contar con un S.O. y programas de aplicación capaces de distribuir el trabajo entre las computadoras de la red.

1.2 Análisis de los componentes. CPU La unidad central de procesamiento, UCP o CPU (por el acrónimo en inglés de central processing unit), o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida.

1.2.2 Memoria En informática, la memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que forman parte de una computadora. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Las memorias suelen ser de rápido acceso, y pueden ser volátiles o no volátiles. La clasificación principal de memorias son RAM y ROM. Estas memorias son utilizadas para almacenamiento primario.

1.2.3 Manejo de la entrada/salida En computación, entrada/salida, también abreviado E/S o I/O (del original en inglés input/output), es la colección de interfaces que usan las distintas unidades funcionales (subsistemas) de un sistema de procesamiento de información para comunicarse unas con otras, o las señales (información) enviadas a través de esas interfaces. Las entradas son las señales recibidas por la unidad, mientras que las salidas son las señales enviadas por ésta. Los dispositivos de E/S los usa una persona u otro sistema para comunicarse con una computadora.

1.2.4 Buses En arquitectura de computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados. TIPOS DE BUSES: IDE Y SATA

Bus Local. Es el bus entre el CPU, la Memoria y Dispositivos Periféricos que corre a la velocidad del CPU, el mismo que actualmente está representado por el PCI que se encarga de la transmisión de datos entre los dispositivos del PC. Este bus es muy importante ya que gran parte del rendimiento del sistema depende de este y por lo que este bus apareció como solución al cuello de botella que planteaban buses anteriores como el ISA ante CPUs de alta velocidad.

Bus de datos. Un bus de datos es un dispositivo mediante el cual al interior de una computadora se transportan datos e información relevante. Para la informática, el bus es una serie de cables que funcionan cargando datos en la memoria para transportarlos a la Unidad Central de Procesamiento o CPU. En otras palabras, un bus de datos es una autopista o canal de transmisión de información dentro de la computadora que comunica a los componentes de dicho sistema con el microprocesador. El bus funciona ordenando la información que es transmitida desde distintas unidades y periféricos a la unidad central, haciendo las veces de semáforo o regulador de prioridades y operaciones a ejecutar.

Bus de direcciones. Este bus se utiliza para direccionar las zonas de memoria y los dispositivos (que recordemos son tratados como si de posiciones de memoria se tratasen), de forma que, al escribir una dirección en el bus, cierto dispositivo quede activado y sea quien reciba-envíe los datos en el ciclo de bus así empezado. Es un bus triestado unidireccional, por lo que puede ponerse en alta impedancia e ignorar lo que ocurre en el exterior (al tiempo que no influir en el estado de las líneas), pero solo permite la escritura del bus. Esto último es razonable, puesto que la lectura del bus de direcciones no es de utilidad para el UP, al ser él mismo quien gestiona el direccionamiento.

Bus de control El bus de control gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como éstas líneas están compartidas por todos los componentes, tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto órdenes como información de temporización entre los módulos. Mejor dicho, es el que permite que no haya colisión de información en el sistema.

Buses normalizados. Los comunes El Chipset marca las características del bus de la CPU Tipos de buses de expansión ISA Usado en los primeros PC. Es de ocho bits por que usa ocho líneas para comunicarse con tarjeta de placas. También hay de 16 bits. Características: Baja capacidad y amplia difusión. 8 bits 16 bits NCA Es un ISD extendido de 32 bits. Es compatible con el ISA. No se usa para orden de alto nivel avanzado y más avanzado. EISD Es un ISD extendido de 32 y compatibles con ISD. No se usaba para ordenes de alto nivel. Bases locales Obtienen alto rendimiento entre la placa y las ranuras de expansión. Trabaja a 33 Mhz.