Tema 1: Introducción a Estructura de Computadores

Conceptos básicos y visión histórica

Programa de Teoría

1. Introducción.

2. Lenguaje Máquina.

3. Lenguaje Ensamblador.

4. Ruta de Datos y Unidad de Control.

5. Unidad Aritmético-Lógica (ALU).

6. Sistema de Entrada-Salida.

7. Memoria.

Contenido

• ¿Qué es un computador?

• Descripción funcional:

Arquitectura de von Neumann

• Orígenes y evolución histórica.

• Parámetros característicos de un computador.

¿Qué es un computador?

Concepto de computador Máquina de estados finitos: FSM Arquitectura von Neumann

Ruta de datos Unidad de Control Memoria de programa y datos

FSM + Datapath

Arquitectura von Neumann

Ruta de datos Responsable de realizar cálculos Registros, unidades funcionales,

unidades de interconexión Unidad de control

Responsable de ordenar cálculos Secuenciador, registros, pilas...

Memoria de programa y datos

Estructura de un computador

Procesador

Unidad de

ControlRuta de datos

UnidadAritmétic

o-Lógica

Memoria

Entrada

Salida

Computador

Ruta de datos

Unidades funcionales Realizan operaciones aritméticas y/o

lógicas ALUs, desplazadores, multiplicadores

Registros de la ruta de datos Almacenan resultados temporales

Unidades de interconexión Multiplexores y/o buses

Unidad de Control

Contador de programa Dirección de la instrucción en curso Se incrementa en cada ciclo

Registro de instrucción Código de la instrucción en curso

Secuenciador Genera señales para cada instrucción Actualiza el Contador de Programa

Secuenciador

Captación de la instrucción Leer dirección del Contador de Programa Incrementar el Contador de Programa

Decodificación de la instrucción Ejecución de la instrucción

Captura de operandos Operación Escritura de resultados

Ejemplo de procesador

Necesidad de cómputoAntecedentes históricos

Ábaco

Máquina de Pascal (1642). Suma

Máquina de Leibniz (fin s. XVII). Multiplica y divide

Telar de Jacquard (med. XVIII) Tarjetas perforadas

El ábaco

La pascalina

La máquina de calcular de Leibniz

Telar de Jacquard

La era moderna

Computadores mecánicos

Charles Babbage: Máquina diferencial. Calcular tablas de

artillería.

Máquina analítica. Programable, con E/S, memoria, unidad de cálculo

Computadores eléctricos

Clasificadora de Höllerith (1886): Primer ordenador eléctrico

Charles Babbage

Máquina de diferencias

Charles Babbage

Máquina analítica

Ada Lovelace

Clasificadora de Höllerith

Computadores electromecánicos

Zuse (1941) primer computador de relés

Howard Aiken (IBM) Mark I, II, III y IV (1943-52)

Electromecánicos: Mark I

Howard Aiken: “Si Babbage hubiera nacido en elsiglo XX nos habríamos quedado sin trabajo”

Computadores electrónicos1ª generación: Válvula de vacío

ENIAC (1945-55), Eckert & Mauchly

John von Neumann: EDVAC (1945) Bases de la arquitectura de

computadores moderna

EDSAC (Wilkes,1949): programa almacenado y coma flotante

UNIVAC I (1951): computador fabricado en serie

Electrónicos (válvulas): ENIAC

John Mauchly John P. Eckert

Computadores electrónicos2ª generación: El transistor

1946: los laboratorios Bell inventan el transistor

Leprechaun, 1956: primer computador basado en transistores

Burroughs B5000: primer ordenador de estructura de pila

IBM Stretch, IBM 1410, PDP-1 (DEC), UNIVAC 1100

El transistor: 2ª generación

ShockleyBardainBrattain

/

Electrónica integrada 3ª generación: Circuito Integrado

J. Kilby inventa el circuito integrado en 1958

Inicialmente, es un chip con algunos transistores (SSI)

A finales de los 60, ya son cientos de transistores (MSI)

1975, decenas de miles de transistores en un chip (LSI)

Grandes familias de computadores

Burroughs B2500, IBM 360, CDC 6500, PDP 5, UNIVAC 1108

Circuito integrado: 3ª generación

Jack Kilby

El microprocesador (4004)

¿4ª generación?El Microprocesador

Intel 4004: primer microprocesador comercial

Aparecen los lenguajes de programación de alto nivel

Parámetros característicos

Tamaño de palabra Frecuencia de reloj Medidas de rendimiento

MIPS, MFLOPS Pruebas sintéticas: SPECint, SPECfp

Conceptos importantes

Estructura de un computador Descomposición funcional Fundamentos de la ejecución de un

programa Evolución tecnológica Parámetros característicos y evaluación

del rendimiento