Arquitectura de computadoras (resumen)

1.- Visión general Organización y arquitectura Arquitectura de computadores: Aquellos atributos que tienen un impacto directo en la ejecución lógica de un programa.  Conjuntos de instrucciones, número de bits usado para representar varios tipos de datos, mecanismos de E/S, y técnicas para el direccionamiento de memoria. Organización de Computadores: Se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones, que dan origen a especificaciones arquitectónicas.  Señales de control, interfaces entre el computador y los periféricos y la tecnología de memoria usada. Estructura y funcionamiento Naturaleza jerárquica de los sistemas complejos Sistema jerárquico: Conjunto de subsistemas interrelacionados cada uno de los cuales, a su vez, se organiza en una estructura jerárquica hasta que se alcanza el nivel más bajo del subsistema elemental. Este sistema jerárquico es esencial tanto para su diseño como descripción, pues el diseñador solo debe lidiar con un nivel del sistema a la vez. En cada nivel el sistema consta de un conjunto de componentes y sus interrelaciones. Estructura: El modo en que los componentes están interrelacionados Funcionamiento: La operación de cada componente individual como parte de la estructura. Funcionamiento Funciones básicas de un computador:  Procesamiento de datos Almacenamiento de datos (Aunque el resultado se obtenga de inmediato, hay un almacenamiento a corto plazo) Transferencia de datos (Entre el mismo y el mundo exterior, si es a un dispositivo conectado, llamado periférico, se conoce como E/S y si es a larga distancia como comunicación de datos)  Control (Debe haber un control de las otras 3 funciones, que es ejercido por el/los ente/s que proporcionan al computador instrucciones)

Estructura Hay 4 componentes estructurales principales:  Unidad central de procesamiento o CPU: Controla el funcionamiento del computador y lleva a cabo sus funciones de procesamiento de datos. Frecuentemente se llama procesador. - Unidad de control: Controla el funcionamiento de la CPU y por lo tanto del computador - Unidad aritmético lógica (ALU): Lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos. - Registros: Proporciona almacenamiento interno a la CPU - Interconexiones CPU: Mecanismos que proporcionan comunicación entre ALU, control y registros. Memoria principal: Almacena datos E/S: Transfiere datos entre el computador y el entorno externo Sistema de interconexión: Es un mecanismo que proporciona la comunicacione entre la CPU, la memoria principal, y la E/S. 2.- Evolucion y presentaciones de los computadores  La evolución de los computadores se ha caracterizado por un incremento de la velocidad del procesador, una disminución del tamaño de los componentes, un aumento del tamaño de memoria, un aumento de la capacidad E/s y de la velocidad.  Uno de los responsables de mayor velocidad en el procesador es la disminución del tamaño de los componentes del microprocesador, esto reduce la distancia entre componentes y aumenta la velocidad. Sin embargo, la mayor ganancia de velocidad está en la organización del procesado (Uso amplio de la segmentación de cauce, técnicas de ejecución paralela y uso de técnicas de ejecución especulativa)  La velocidad del procesador ha aumentado más rápidamente que el tiempo de acceso a la memoria, por ello se han usado diferentes técnicas para compensar la situación tales como memorias caché, caminos de datos más anchos de la memoria al procesador y más circuitos de memoria inteligente.

ENIAC  Primer computador electrónico de propósito general del mundo, se creó en respuesta a una necesidad militar durante la II guerra mundial. Se necesitaban cientos de personas para elaborar ‘tablas de tiro’, mientras que ENIAC realizaba 5000 sumas por segundo, se construyó con tubos de vacío y hacia cálculos en sistema decimal. Era programado manualmente conectando y desconectando cables y mediante conmutadores. Máquina de Von Neumann  Si el programa se representara de una forma adecuada para ser guardado en la memoria junto con los datos, el computador podría conseguir instrucciones leyéndolas de la memoria y se podría hacer o modificar un programa colocando los valores en una zona de memoria. En 1952 se completó el IAS, otro computador de propósito general de programa-almacenado. Constaba de: - Una memoria principal que almacenaba tanto datos como instrucciones -Una unidad aritmético-lógica capaz de hacer operaciones con números binarios -Una unidad de control que interpreta las instrucciones en memoria y provoca su ejecución -Un equipo de E/S dirigido por la unidad de control En general los computadores de hoy tienen el mismo funcionamiento y estructura general de las máquinas de Von Neumann. La memoria del IAS, consiste en 1000 posiciones de almacenamiento llamadas palabras., de 40 dígitos binarios (bits) cada una. Tanto los datos como las instrucciones se almacenan ahí. El computador IAS tiene 21 instrucciones, las cuales se pueden agrupar en: - Transferencia de datos entre la memoria y la ALU -Salto incondicional: Normalmente la unidad de control ejecuta instrucciones secuencialmente. Las instrucciones de salto pueden romper la secuencialidad facilitando operaciones repetitivas. -Salto condicional: Un salto depende de una condición, lo que permite puntos de decisión

-Aritméticas realizadas por la ALU -Modificación de direcciones