Unidad II Arquitectura de Computadoras

Unidad II Arquitectura de Computadoras
Arquitectura de Computadoras -LATIC
lunes 10 de marzo de 14
Contenido
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¿Qué es una computadora?
Evolución de las computadoras
Tipos de computadoras
El modelo de Von Neumann
La unidad central de procesamiento
La memoria principal y secundaria
Dispositivos de entrada y de salida
¿Qué es una computadora?
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Estructura vs Arquitectura
Estructuras
Arquitecturas
Herramientas
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Estructura vs Arquitectura
Estructuras
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Arquitecturas
• Evolución de las Computadoras
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Arquitecturas Clasicas
• Estas arquitecturas se desarrollaron 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
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Arquitectura Von Newmann
(Mauchly-Eckert)
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Esta Arquitectura fue usada en la computadora ENIAC
•
Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil.
Ejemplo de esta versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los
cuales son programas que toman como entrada un archivo de texto
conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código
maquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean
o modifican otros programas).
•
Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente
ya que se usa la misma memoria para datos y para el código del programa.
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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.
El pasado de las
Computadoras
ENIAC
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Tipos de
Computadoras
• tarea, como se clasifican las computadoras,
con una conclusión personal
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El Modelo de Von Neumann
Von
Newmann
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Desventajas de la arquitectura
von newmann
• Bus de Datos y Direcciones único - Cuello
de Botella de von newmann.
• Todos los accesos son secuenciales.
• Se limita el grado de paralelismo.
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Ventajas de la arquitectura von
newmann
• 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
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Arquitectura Harvard
•
Esta arquitectura surgió en la universidad del
mismo nombre, poco después de que la
arquitectura Von Newman apareciera en la
universidad de Princeton.
•
Al igual que en la arquitectura Von Newman, 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.
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Arquitectura Harvard
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Arquitectura Harvard
•
El hecho de tener un bus separado para el
programa y otro para los datos permite que se lea
el código de operación de una instrucción, al
mismo tiempo se lee de la memoria de datos los
operados de la instrucción previa.
•
Así se evita el problema del cuello de botella de
Von Newman y se obtiene un mejor desempeño.
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Arquitecturas Segmentadas
•
Las Arquitecturas segmentadas aparecieron a
mediados de los años 1960's como una manera de
aumentar el rendimiento sin implicar un nivel
masivo de paralelismo
•
Durante los años 1980's fueron una de las ideas
centrales de los procesadores RISC, buscando
alcanzar el objetivo de que se ejecutara una
instrucción cada ciclo de maquina.
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Arquitecturas Segmentadas
• En Inglés se conocen como “pipelined
processors”
• Consiste en dedicar unidades especificas
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del procesador a cada una de las partes del
ciclo de instrucción y ejecutarlas
paralelamente
Mejora dramáticamente el rendimiento
debido a que en los procesadores
modernos tienen hasta 14 etapas en el ciclo
de instrucción
Arquitecturas Segmentadas
(pipeline)
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Arquitecturas Segmentadas
(Pipeline)
• La unidad de control se subdivide en dos o
más unidades funcionales, cada una
encargada de llevar a cabo una parte del
ciclo de instrucción.
• Se comunican a través de una cola de
instrucciones (Pipeline)
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Arquitecturas Segmentadas
(Pipeline)
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Arquitecturas de
Multiprocesamiento
• Cuando se desea incrementar el
desempeño más alla de lo que permite la
técnica de pipeline (limite teórico de una
instrucción por ciclo de reloj), se requiere
utilizar más de un procesador para la
ejecución del programa de aplicación.
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Arquitecturas de
Multiprocesamiento
• Las CPUs 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
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Arquitecturas de
Multiprocesamiento
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., donde los datos son representados
como grandes números de datos en forma
matricial sobre los que se deben se aplicar el
mismo algoritmo numérico.
Procesadores Vectoriales
Supercomputadora
Cray
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Sistemas SMP
(procesadores simétricos)
•
En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors),
varios procesadores comparten la misma memoria
principal y periféricos de I/O, 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 y ambos son administrados por el
sistema operativo.
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Sistemas SMP
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Clusters
•
Los Clusters son conjuntos 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 en su funcionamiento contar con un
sistema operativo y programas de aplicación
capaces de distribuir el trabajo entre las
computadoras de la red.
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Cluster
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Tarea
• Investigar si intel cuenta con sistemas SMP
ya integrados para la venta del publico. En
caso afirmativo detallar brevemente sus
caracteristicas.
• De las arquitecturas mencionadas diga cual
de ellas se usa en el proyecto SETI, explique
brevemente
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El Modelo Von Newmann
Von
Newmann
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