CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS

NOMBRE:

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

PERIODO:

Ing. Freddy Patricio Ajila Z.

MARZO 2013 – JULIO 2013

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AREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

EMAIL: fpajila@unl.edu.ec

PRIMERA PARTE

CAPITULO 1: INTRODUCCION

1.11.1Organización y arquitectura de Organización y arquitectura de computadorcomputador

1.2.1.2.Estructura y funcionamientoEstructura y funcionamiento

1.3.Porque estudiar la organización y 1.3.Porque estudiar la organización y estructura de los computadoresestructura de los computadores??

1.1 ORGANIZACION Y ARQUITECTURA

La Arquitectura se refiere a los atributos que tienen un impacto directo en la ejecución de un programa entre estos atributos se encuentran:

-El conjunto de instruciones-El numero de bits usados para representar los datos

numericos, caracteres, etc.- Mecanismos de Entrada/Salida- Tecnicas para direcionamiento de memoria

1.1 ORGANIZACION Y ARQUITECTURA

La Organizacion se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones. Entre los atributos de la organización se incluyen

-Senales de control-Interfaces entre el computador y los perifericos-Tecnología de memoria usada

1.2 ESTRUCECTURATURA Y FUNCIONAMIENTO

ESTRUCTURA:

Forma como se relacionan los componentes unos con otros.

Existen cuatro componentes estructurales principales:

Unidad Central de procesamiento (CPU): Controla el funcionamiento del computador y se encarga del procesamiento de datos.

Memoria principal: Almacena DatosE/S : Transfiere datos entre el computador y el

entorno externoSistema de Interconexión: proporciona la

comunicación entre la CPU, memoria principal y la E/S.

El Computador: Estructura del nivel

superior

El componente mas complejo e interesante es la CPU y sus principales componentes estructurales son:Unidad de Control: Controla el funcionamiento de la CPU y por lo tanto de todo el computador.Unidad aritmético-lógica (ALU): Es la encargada del procesamiento de datos del computador.Registros: Proporcionan almacenamiento interno a la CPU.Interconexiones CPU: son los mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros.

Unidad Central de Procesamiento o CPU

Unidad de Control

FUNCIONAMIENTO Operación individual de los componentes como

parte de su estructura. Existen cuatro funciones básicas que un computador puede llevar a cabo:– Procesamiento de datos– Almacenamiento de datos– Transferencia de datos– Control

Visión Funcional del computador

Transferencia de datos

Almacenamiento

Procesamiento de datos Internos

Procesamiento de datos en transito

1.3 PORQUE ESTUDIAR LA ORGANIZACIÓN Y

ARQUITECTURA DE LOS COMPUTADORES?

EL computador es el corazón de la informatica.Todos los estudiantes de informática deben en cierta medida comprender y valorar los componentes funcionales de un computador, sus características, su funcionamiento e interacciones. Una buena comprensión de estos conceptos será util en otras áreas de estudio y en un futuro laboral.

CAPITULO 2: EVOLUCION Y PRESTACIONES DE LOS

COMPUTADORES

2.1 Breve historia de los 2.1 Breve historia de los computadores.computadores.

2.2.Diseno buscando mejores 2.2.Diseno buscando mejores prestacionesprestaciones

2.3.Evolución del Pentium y del 2.3.Evolución del Pentium y del Power PC.Power PC.

2.1 BREVE HISTORIA DE LOS COMPUTADORES

Puntos Clave:•Incremento en la velocidad del procesador (menor distancia – mayor velocidad)•Disminución en tamaño de componentes (multiprocesadores)•Aumento de capacidad memoria (8GB)•Aumento velocidad de entrada salida (puertos USB)•Velocidad procesador > tiempo acceso memoria (memoria cache)

PRIMERA GENERACION: LOS TUBOS DE VACIO (Von Neuman 1946)Computador de programa-almacenado IASEstructura:•Memoria Prncipal (datos, instruciones)•ALU (operaciones binarias)•UNIDAD DE CONTROL (interpreta instruciones y ejecuta)•UNIDAD E/S

Estructura del computador IAS

Desde 1952, prototipo serie computadoras proposito general

Memoria del IAS• La memoria del IAS consistía en 1000

posiciones de almacenamiento llamados palabras, de 40 bits cada uno.

• Tanto los datos como las instrucciones se almacenaban allí.

MEMORIA IAS

• Registro temporal de memoria (buffer) MBR. Actualmente se suele denominar MDR.

• Registro de dirección de Memoria MAR.• Registro de instrucción IR.• Registro Temporal de Instruccion IBR• Contador de programa PC• Acumulador AC • Multiplicador Cosiente MQ

Registros del IAS

Estructura ampliada del IAS

Diagrama de Flujo

SEGUNDA GENERACION: LOS TRANSISTORES (Laboratorios Bell 1947)Mas pequeno, mas barato, disipa menos calor, dispositivo solido hecho con silicio.

•Comercial al final de los 50•Series IBM 700 y 7000

TERCERA GENERACION: LOS CIRCUITOS INTEGRADOS (1958)

•Revoluciona la electrónica y nace la microelectronica

•Componentes mas pequenos y mas rapidos

•1964 IBM lanza Sistema/360.

•IBM lider absoluto con el 70 % ventas mercado

Ley de Moore : numero de transistores por chip se duplicaria por ano y se mantendria en el futuro

Estructura de bus IBM (96 hilos) para control direccionamiento y datos. Arquitectura universal para mini y microcomputadores

ULTIMAS GENERACIONES: (1970)

Memoria Semiconductora (chips de circuitos integrados)•Capacidad 256 bits•Maquinas mas pequenas y rapidas•Memorias semiconductoras de 1k, 4k, 16k, 64k, 256k, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M.•Ahora 1Gbit en un solo Chip Microprocesadores (1971 )•Todos los componentes del CPU en un solo Chip (UC,ULA, Registros, Interconexion).

2.2 DISENO BUSCANDO MEJORES PRESTACIONES

• El precio de los computadores continúa cayendo año tras año, mientras sigue creciendo su capacidad y prestaciones (potencia)

• Las aplicaciones domésticas y de oficina cada vez requieren más potencia: procesamiento de imágenes, reconocimiento del habla, vídeo-conferencias, aplicaciones multimedia, almacenamiento de ficheros con voz y vídeo, etc.

• Servidores para grandes volúmenes de transacciones y procesamiento de bases de datos en redes cliente servidor.

• Sin embargo, los bloques básicos de los computadores de hoy son prácticamente los mismos que los de los computadores de hace casi 50 años (IAS)

• Las técnicas para sacar el máximo rendimiento de los componentes se han vuelto cada vez más sofisticadas

Factores en diseño de mejores prestaciones

• Velocidad de Microprocesador • Equilibrio de Prestaciones • Mejoras en la organización y arquitectura de

chips

Velocidad del Microprocesador– Predicción de Ramificación

– Análisis del flujo de datos

– Ejecución Especulativa

precaptar la instrucciónprecaptar la instrucción

dependencia de instrucciones dependencia de instrucciones para organización optimizadapara organización optimizada

ejecutar instrucciones antesejecutar instrucciones antes de que aparezcan en de que aparezcan en la ejecución de un programala ejecución de un programa

Equilibrio de prestaciones• Existe una desigualdad de prestaciones entre

microprocesador y memoria principal. Si la memoria no logra mantener las demandas del procesador, este se detiene

Equilibrio de prestaciones• Computadores mas rápidos demanda periféricos E/S mas

rápidos

Soluciones Mejorar Prestaciones

• Incrementar ancho de palabra 64 bits• Incluir cache u otro esquema de almacenamiento

temporal en memoria principal• Aumentar tamaño y velocidad de caches entre

procesador y memoria principal para reducir la frecuencia de acceso a MP.

• Incrementar ancho de banda, usando buses más rápidos

2.3 EVOLUCION DEL PENTIUM Y PowerPCPENTIUMIntel el nro 1 durante decadasIntel desarrollaba 1 microprocesador cada 4 anosDesde 1991 hasta hoy produce 1 microprocesador cada 2 o 1 anoLos mas destatacados:8080 (8 bits)8086 (16 bits)80286 (16 bits)80386 (32bits)80486 (32 bits)

Pentium (32 bits)Pentium Pro (32 bits)Pentium II (32 bits, procesa eficiente video, audio, graficos )Pentium III (32bits, graficos 3D)Pentium IV (32 bits)Itanium (64 bits)Dual Core y Core 2 Duo (64 bits)Core I3 (64 bits)Core I5 (64 bits)Core I7 (64 bits)

2.3 EVOLUCION DEL PENTIUM Y PowerPC

4bits

8bits

16bits

32bits

64bits

32bits

32bits

64bits

Primer chip multiprocesador nace en 2001 (POWER4 IBM)

Preguntas de repaso

Bibliografía

https://www.youtube.com/watch?v=ynT-xc4GM7I

http://www.slideshare.net/videoconferencias/arquitectura-de-computadores-2579579

Organización y arquitectura de computadores, William Stalling.7ma Edición, 2007

http://www.intel.com/

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Universidad Nacional de Loja