Pr. Dr. Xavier Bonnaire - Departamento de Informática

Pr. Dr. Xavier Bonnaire
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María – Departamento de Informática
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Introducción
●
Ideas Preliminares
●
La Arquitectura de Computadores
●
Tendencias Tecnológicas
●
Perspectivas Históricas
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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, ...
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
?
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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
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Tendencia en el desempeño
Microprocesadores
Supercomputadores
Log del Desempeño
Mainframes
Minicomputadores
Año
1970
1975
1980
1985
1990
1995
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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
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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
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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)
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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.
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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
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Perspectivas Históricas
●
Howard Aiken
–
Harvard University
●
Construye el MARK-I
(relés
electromecánicos) y
MARK-II (tubos)
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Perspectivas Históricas
●
El Mark-III y Mark-IV
–
Tienen memoria de datos
y programas separados
●
Arquitectura Harvard
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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
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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
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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
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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
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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
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Perspectivas Históricas
●
Otros computadores históricos
Tandy Radio Shack
TRS-80
OSBORNE I
Apple LISA
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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
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