ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS ARC-115 INTRODUCCIONEn nuestros tiempos uno de los principales avances mas sobresalientes del siglo XX es el microprocesador, su presencia a cambiado de manera drstica lo que percibimos del mundo. Ninguna otra invencion se ha diceminado tan rapido por todo el mundo o ha tocado tan profundamente tantos aspectos de la existencia humana.

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CONTENIDO1. Diferentes niveles en la arquitectura de un computador. Mquinas virtuales 2. Mquinas multinivel actuales. 3. Evolucin histrica de las mquinas multinivel.

4. Prestaciones

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1. Diferentes niveles en la arquitectura de un computador COMPUTADORA: Dispositivo digital de programa almacenado, electronica y de proposito general Un computador digital es una mquina que puede resolver problemas ejecutando ciertas instrucciones. Un programa es una secuencia de instrucciones. Los circuitos electrnicos de cada computadora reconocen un conjunto limitado de instrucciones muy simples. Lenguaje mquina es el conjunto de instrucciones bsicas de una computadora.3

TRADUCTORES Utilizar lenguaje mquina es difcil y tedioso. Solucin: sea L1 el lenguaje mquina y L2 un lenguaje ms fcil de utilizarprograma en L2 compilacin (compilador) interpretacin (intrprete) programa en L14

MQUINAS VIRTUALES Se puede imaginar la existencia de unamquina virtual cuyo lenguaje mquina es L2. Se pueden crear L3, L4... cada uno ms fcil . de utilizar. nivel nMn con Ln

.M3 con L3

nivel 3 nivel 2 nivel 15

M2 con L2

M1 con L1

2. MQUINAS MULTINIVEL ACTUALESnivel 5Lenguajes de alto nivel

Traduccin (compilador) nivel 4Lenguaje ensamblador

Traduccin(ensamblador) nivel 3Sistema operativo

Interpretacin (sistema operativo) nivel 2Mquina convencional

La mayora de las mquinas actuales constan de 6 niveles. Los microprogramas son directamente ejecutados por el hardware.

Interpretacin (microprograma) nivel 1Microprogramacin

Ejecutados directamente nivel 0Lgica digital

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Nivel 0: nivel de lgica digital Es el hardware de la mquina. El nivel inferior sera el nivel de dispositivo. En este nivel: Puertas lgicas Circuitos integrados Circuitos combinacionales Circuitos aritmticos Relojes Memorias Microprocesadores Buses

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Nivel 1: nivel de microprogramacin Existe un programa llamado microprograma. La funcin del microprograma es interpretarlas instrucciones del nivel 2. En algunas mquinas no existe el nivel de microprogramacin.

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Nivel 2: nivel de mquina convencional Cada fabricante publica el Manual dereferencia del lenguaje mquina para cada uno de los computadores. Las instrucciones del nivel de mquina las interpreta el microprograma. En las mquinas en las que no existe el nivel de microprogramacin, las instrucciones del nivel de mquina son realizadas directamente por los circuitos electrnicos. 9

Nivel 3: nivel del sistema operativo La mayora de las instrucciones de este nivelestn tambin en el nivel 2 pero adems tiene un nuevo conjunto de instrucciones, una organizacin diferente de la memoria, posibilidad de ejecutar 2 o ms programas ... Las nuevas instrucciones las interpreta el sistema operativo. Las que son idnticas a las del nivel 2 las lleva a cabo el microprograma. 10

Nivel 4: nivel del lenguaje ensamblador Los niveles 4 y superiores son utilizados porlos programadores de aplicaciones. Los niveles inferiores estn diseados para ejecutar los intrpretes y traductores de los niveles superiores y son escritos por los programadores de sistemas. El ensamblador es el programa que lleva a cabo la traduccin de un programa del nivel 4.11

Nivel 5: nivel de lenguajes de alto nivel Los lenguajes de alto nivel son ms fciles deutilizar que los lenguajes de niveles inferiores. Son utilizados por los programadores de aplicaciones. Los traductores de programas en lenguaje de alto nivel pueden ser compiladores o intrpretes.12

3. EVOLUCIN HISTRICA DE LAS MQUINAS MULTINIVEL Historia de la arquitectura de computadoras La arquitectura de los computadoras ha ido evolucionando a lo largo de la historia. Se divide la historia en distintas etapas llamadas generaciones.

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Tecnologa:Computadores mecnicos oPersonas destacadas:

Generacin 0: 1642-1945

electromecnicos con muchas limitaciones.

Blaise Pascal construy en 1642 una mquina calculadora para sumar y restar. Charles Babbage construy en 1834 de propsito general (almacn, taller y seccin de E/S). Lady Ada Augusta Lovelace en 1843 sugiri la idea de manejar las tarjetas perforadas en la maquina de Babbge, y asi surgio la primera programadora de computadora Aiken construy la Mark I en 1944, inspirado en los 14 estudios de Babbage.

1 Generacin: 1945-1955 Tecnologa: Vlvula electrnica de vaco.

Modelos:

ENIAC (1946): 18.000 vlvulas, 30 toneladas, 1400 m2,100 Kw, 5.000 sumas por segundo. EDSAC (1949): primer ordenador con programa almacenado. UNIVAC: primer ordenador comercial.

Personas destacadas:

Jonh Von Neumann establece un modelo de la

estructura de un ordenador (memoria,U.A.L., U. de control y U. de E/S). Crea la idea de computador con programa almacenado.15

1 Generacin Modo de funcionamiento:

Se programa en lenguaje mquina, propio de

cada mquina y muy complicado. Se desconocen los leng. de programacin. No existe S.O. Se realiza el programa cableado, se solicita hora para la mquina, se inserta el panel de conexiones en el computador para ejecutar el programa. Se resolvan clculos numricos. A principios de los 50 se mejor el procedimiento con las tarjetas perforadas. 16

2 Generacin: 1955-1965 Tecnologa: Transistor (Bardeen-Brattain, 1947). Ventajas: menorespacio, menor consumo, ms barato y mayor fiabilidad. Esto hace disminuir el precio y tamao de los computadores.

Modelos:

PDP-1 de DIGITAL Lenguajes de alto nivel : FORTRAN, COBOL, ALGOL,

Modo de funcionamiento:

PL/1. Se escribe el programa en papel, se perfora en tarjetas, se lleva al operador, se recoge el listado de impresora. Sistema de procesamiento por lotes (con S.O.)17

3 Generacin: 1965-1980 Tecnologa:3000)

Circuitos integrados SSI (hasta 100) y MSI (100-

Modelos: IBM sistema 360 y PDP-8 (DIGITAL) Modo de funcionamiento: Lenguajes de alto nivel BASIC y PASCAL S.O con multiprogramacin:Divisin de la memoria. Procedimientos de spooling (operacin simultnea de perifricos conectados en lnea). Tiempo compartido. 18

4 Generacin: 1980-1990 Tecnologa:30000)

Se integra la UCP en un slo chip: el microprocesador. Circuitos integrados LSI (3000-30000) y VLSI (ms de

Modelos: IBM PC (1981), IBM PC XT (1982), IBM PC AT Modo de funcionamiento:

(1984), IBM PS/2 (1987), VAX (DIGITAL,1980), CRAY X-MP (1983)

Software fcil de usar. Sistemas operativos MS-DOS, UNIX.. Sistemas operativos de red y sistemas operativosdistribuidos.19

5 Generacin: 1990 en adelante Tecnologa: Circuitos con ms de un milln decomponentes. Nuevas arquitecturas: paralelismo. Tecnologa ptica.

Modelos:

CONNECTION MACHINE, mquina masivamenteparalela.

Modo de funcionamiento:

Inteligencia artificial y sistemas expertos.20

Evolucin de los niveles Los primeros computadores digitales (aos 40) slo tenan

2 niveles (convencional y lgica digital). Los circuitos digitales eran voluminosos, poco confiables y difciles de construir. El nivel de microprogramacin se aadi para: simplificar la electrnica facilitar la escritura de compiladores ejecutar los programas ms rpidamente (ROM ms rpida que la RAM) en los 70 estaba plenamente difundido En los 50 aparecieron los ensambladores y compiladores. En los 60 aparece el sistema operativo.

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Evolucin de los niveles Cuanto ms complicado el lenguaje mquina, ms grande, complicado y lento el microprograma (ya que necesitan procedimientos). La velocidad de la memoria RAM se aument con el avance de la tecnologa (memorias de semiconductores). Es difcil escribir, depurar y mantener el microcdigo. A principios de los 80 se elimina el nivel de microprogramacin para dar paso a las mquinas RISC.22

PRESTACIONES

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