Abstracciones del computador y la Tecnología

Abst ra c c ione s de l
c om put a dor y la
T e c nología
§1.1 Introducción
Progreso en la tecnología de
computadores
Respaldado por la ley de Moore
Hacer posibles las nuevas aplicaciones
Computadores de los automóviles
Teléfonos celulares
Proyecto del genoma humano
World Wide Web
Máquinas para búsqueda (buscadores)
Los computadores son omnipresentes
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Computadores de escritorio
Propósito general, variedad de programas
Sujeto a compromiso entre el costo/ y rendimiento
Servidores
Basados en redes
Alta capacidad, rendimiento, confiabilidad
Van desde los pequeños hasta los de gran tamaño
Computadores empotrados
Ocultos como los componentes del sistema
Rigurosas limitaciones entre la relación
potencia/rendimiento/costo.
Ing. JoséAlberto Díaz García
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Ing. JoséAlberto Díaz García
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¿Cómo se traducen los programas a
lenguaje máquina?
Y como el hardware ejecuta los programas
La interfase hardware/software
¿Qué determina el rendimiento del
programa?
Y como puede mejorarse
¿Cómo los diseñadores de hardware
pueden mejorar el rendimiento?
¿Qué es procesamiento paralelo?
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Algoritmo
Determina el número de operaciones ejecutadas
Lenguaje de programación, compilador,
arquitectura.
Determina el numero de instrucciones ejecutadas por
operación.
Sistema procesador memoria
Determina que tan rápido se ejecutan las
instrucciones
Sistema I/O (incluyendo el OS)
Determina que tan rápido las operaciones de I/O son
ejecutadas.
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Se escriben en lenguajes de alto nivel
Programas del sistema
Compilador: traduce código HLL a código
máquina
Sistema operativo: código de servicio
Maneja entrada/salida
Maneja la memoria y el almacenamiento.
Programa las tareas & comparte los
recursos.
§1.2 Por debajo de los programas
Programas de aplicación
Hardware
Procesador, memoria, controladores de
entrada/salida.
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Lenguajes de alto nivel
El nivel de abstracción muy
cercano al dominio del
problema.
Provee productividad y
portabilidad.
Lenguaje ensamblador
Representación textual de
instrucciones
Representación del
hardware
Dígitos binarios (bits)
Instrucciones codificadas y
datos
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Desktop,
Servidores,
Empotrados
§1.3 Dentro de la caja
Algunos tipos de
computadores
Incluye Entrada/Salida
Dispositivos de interfase con el
usuario.
Monitor, teclado, mouse
Dispositivos de almacenamiento
Discos duros, CD/DVD, flash
Adaptadores de redes
Para comunicarse con otros
computadores
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La gra n fot o
1. Entrada
2. Salida
3. Memoria
4. Ruta de datos
5. Control
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Dispositivo
de salida
Cable
de red
Dispositivo
de entrada
Dispositivo
de entrada
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Mouse óptico
Los LEDs iluminan el
escritorio
Pequeña cámara de
baja resolución
Procesador con una
gran imagen
Busca movimientos en
x, y
Botones & ruedas
Sustituye al mouse
mecánico de bola.
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Ruta de datos: realiza operaciones con
datos
Control: genera la secuencia en la ruta de
datos , memoria, .
Memoria Cache
Es una memoria pequeña y rápida del tipo
SRAM para acceso inmediato de datos.
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AMD Barcelona: procesador de cuatro núcleos (cores)
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La gra n fot o
La abstracción nos ayuda a trabajar con la
complejidad
Ocultar detalles de bajo nivel
Arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA)
La interfase del hardware/software
Aplicación de la interfase binaria
El programa de interfase en la arquitectura del
conjunto de instrucciones (ISA).
Ejecución
Los detalles fundamentales y la interfase.
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Memoria principal (volátil)
Se pierden los datos y las instrucciones cuando
falla la energía.
Memoria secundaria no volátil
Discos magnéticos
Memoria flash
Discos óticos (CDROM, DVD)
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Compartir los recursos de comunicación
Redes de área local (LAN): Ethernet
Dentro de un edificio
Redes de área ancha (WAN: Internet
Redes inalámbricas: WiFi, Bluetooth
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La tecnología
electrónica continúa
su evolución.
Incrementa la
capacidad y el
rendimiento
Reduce los costos
Año
Tecnología
1951
Tubo al vacío
1965
Transistor
1975
Circuito integrado (IC)
1995
Circuito de alta escala de
integración (VLSI)
2005
Ultra alta escala de integración
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Capacidad de DRAM
Relativo rendimiento/costo
1
35
900
2,400,000
6,200,000,000
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Microprocesadores de multicore
Mas de un procesador por chip
Requiere de programación paralela explicita
Comparada con el nivel de instrucción paralela
El Hardware ejecuta múltiples instrucciones
simultáneamente.
Oculto al programador
Difícil de lograr
Programar para el rendimiento
Cargar el equilibrio
Optimizar la comunicación y la sincronización
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§1.7 Aspectos reales: El Opteron X4 de AMD
Yield: Propagación el trabajo en dies por wafer
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X2: tecnología 300mm wafer, 117 chips, 90nm
X4: tecnología 45nm
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