Pr. Dr. Xavier Bonnaire Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 1 Introducción ● Ideas Preliminares ● La Arquitectura de Computadores ● Tendencias Tecnológicas ● Perspectivas Históricas Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 2 Ideas Preliminares ● La Arquitectura de los Computadores – Constituye el fundamento de los Sistemas de Computación – Es una area muy importante de la economía mundial ● ● Area de mayor dinamismo e innovación – ● Alrededor de un 10% del PIB de EE.UU. Crecimiento espectacular desde los años 1940 Los Computadores han cambiado la sociedad – En el trabajo ● – Productividad mas importante, nuevas áreas, ... En las casas ● Acceso a la información (Internet), Video Juegos, ... Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 3 Ideas Preliminares ● ¿Por qué estudiar arquitecturas? – Permite construir software de mejor calidad ● – – Mejor desempeño Ubicuidad de los procesadores ● Computadores ● Electrodomésticos (domotics) ● PDA, Celulares, etc... Desarrollo de sistemas embebidos ● Real Time Systems – Dimensionamiento (Sizing) y desempeño en decisiones de inversión – Desarrollo de procesadores propios ● ASICS (Application Specific Integrated Circuit) Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 4 Evolución de la Tecnología ● Los Procesadores y la Memoria – – ● Han evolucionados a tasas increíbles ● Diseño con la última tecnología ● Los computadores de ahora sirven para diseñar los de mañana Competencia ● Entre las empresas que fabrican ● Entre las universidades y laboratorios privados El desempeño relativo por unidad de costo – Tiene un crecimiento explosivo – Cambia muy rápidamente Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 5 Desempeño Relativo Año 1951 1965 1975 1995 ● Tecnología Tubos de vacío Desempeño/costo unitario 1 Transistor Circuito Integrados VLSI 35 900 2.400.000 VLSI = Very Large Scale Integration Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 6 Arquitectura de Computadores ● ¿Qué es la Arquitectura de Computadores? – Un conjunto de instrucciones ● – Instrucciones del procesador (de los procesadores) Una organización de la máquina ● Varios niveles de abstracción – – – – – – Circuitos Básicos Diseño y Circuitos Digitales ... Sistemas Operativo Compiladores Aplicaciones Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 7 Arquitectura de un Computador Aplicaciones Sistema Operativo Compiladores Intr. Set Proc. Firmware I/O System Instruction Set Architecture DataPath & Control Digital Chips Basic Chips Layout Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 8 Tendencias Tecnológicas ● Crecimiento – – – Procesadores ● Capacidad Lógica: cerca del 30% por año ● Frecuencia reloj: cerca del 20% por año Memoria ● Capacidad DRAM: cerca del 60% por año (4x cada 3 años) ● Velocidad memoria: cerca del 10% por año ● Costo por Bit: cerca del 25% por año Discos ● Capacidad cerca del 60% por año ● Por el mismo precio Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 9 Tendencias Tecnológicas Año 1980 1983 1986 1989 1992 1996 1999 2003 2005 DRAM Tamaño 64 KB 256 KB 1 MB 4 MB 16 MB 64 MB 256 MB 1 GB 4 GB? Año 1983 1985 ... 1990 ... 1997 ... 2000 ... 2004 2005 2006 DISCOS Cap. Interf. 5MB ATA 20MB ATA 1GB ATA 20GB ATA 80GB ATA 250GB SATA 450GB SATA 1TB ? Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 10 La Ley de Moore - Semiconductores MIPS=P⋅B Mejora t P: Factor de ajuste B: Factor de aprendizaje t: Tiempo en años t ● Ley de Moore – A precio constante, el desempeño se duplica cada 18 meses – B = 1.48 (ley de Moore) – B = 1.56 (valor observado) MIPS = Million of Instructions Per Second Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 11 Tendencia en el desempeño Microprocesadores Supercomputadores Log del Desempeño Mainframes Minicomputadores Año 1970 1975 1980 1985 1990 1995 Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 12 Procesadores ● Hay tres famillas de procesadores – – – Los Procesadores RISC (Sun Sparc, PowerPC, ...) ● Reduced Instruction Set Computer ● Pocas instrucciones pero muy rapido ● Muchos registros de data Los Procesadores CISC (Motorola 68XXX, Intel P4, AMD Athlon, ...) ● Complex Instruction Set Computer ● Frecuencia muy rápida para competir con los RISC ● Muchas instrucciones (computación, vídeo, sonido, etc...) ● Pocos registros de datos Los Procesadores EPIC (Intel Itanium, Athlon 64, Opteron) ● Explicitly Parallel Instruction Computing ● Paralelismo en la ejecución de las instrucciones Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 13 Desempeño en el procesador – Actualmente el desempeño mejora 50% por año – 2x cada 1.5 año 350 300 RISC Desempeño 250 200 150 Introducción del RISC Intel x86 100 35%/yr 50 0 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 Año Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 14 Perspectivas Históricas ● Primer Computador Digital – ENIAC : Electronic Numerical Integrator and Calculator) ● ● ● – J. Presper Eckert y John Mauchly, Pennsylvania University, EE.UU. 18000 tubos Se utilizó en la segunda guerra mundial para cálculos balísticos. En 1946, John Von Neumann ● Introduce el concepto de programa almacenado (arquitectura Von Neumann) Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 15 Perspectivas Históricas ● En 1946 – Maurice Wilkes (Cambridge) visitó ek ENIAC – EDSAC : Electronic Delay Storage Automatic Calculator ● ● Operativo en 1949 Primer computador en funcionar bajo el concepto de programa almacenado tal como lo entendemos actualmente. Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 16 Perspectivas Históricas ● En Inglaterra – Durante la segunda guerra mundial ● – Computadores de propósito general para desencriptar mensajes interferidos a los alemanes. Alan Turing ● ● Proyecto COLOSSUS Fue mantenido en secreto hasta 1970 Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 17 Perspectivas Históricas ● Howard Aiken – Harvard University ● Construye el MARK-I (relés electromecánicos) y MARK-II (tubos) Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 18 Perspectivas Históricas ● El Mark-III y Mark-IV – Tienen memoria de datos y programas separados ● Arquitectura Harvard Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 19 Perspectivas Históricas ● 1947 Proyecto Whirlwind en MIT – Análisis de señales de radar ● ● Memoria magnética asada durante 30 años Eckert y Mauchly – Primer computador de proposito general: el UNIVAC-I ● Precio de 1 millón de dolares Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 20 Perspectivas Históricas ● 1950 IBM (International Business Machines) – Empieza a construir computadores ● – El primero el IBM 701 vendido en 1952 1960 El famoso IBM 360 ● ● Inversión de 5000 millones de dolares Dominó el mercado por mucho tiempo Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 21 Perspectivas Históricas ● ● 1966 DEC (Digital Equipment Corporation) – Primer mini-computador commercial, el PDP-8 – Y el famoso PDP-11 1971 Intel inventa el primer microprocesador – El INTEL 4004 Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 22 Perspectivas Históricas ● 1981 IBM – El primer IBM PC – El computador más vendido de la historia ● ● Hizo que el procesador INTEL 8086 fuera el más vendido Sistema Operativo MS-DOS (PC-DOS) 1.0 de Microsoft Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 23 Perspectivas Históricas ● 1981 Computadores Personales – Sinclair ZX-81 ● ● – Memoria de solamente 1Kbytes incluyendo la parte video Sistema Operativo + ROM Basic = 8KBytes Apple II ● 16Kbytes ● Lector de floppy Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 24 Perspectivas Históricas ● Otros computadores históricos Tandy Radio Shack TRS-80 OSBORNE I Apple LISA Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 25 Generaciones de Computadores ● ● ● ● Primera Generación: 1950-1959 – Tecnología: Tubos al vacío – Computador electrónico comercial Segunda Generación: 1960-1968 – Tecnología: Transistores – Computadores baratos Tercera Generación: 1969-1977 – Tecnología: Circuitos Integrados – Mini-Computadores Cuarta Generación: 1978-???? – Tecnología: LSI y VLSI – PC y Estaciones de trabajos Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 26 Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Universidad Tecnica Federico Santa María María – Departamento de Informática Slide 27