Organización y arquitectura de computación

UNIDAD I MODELO DE ARQUITECTURAS DE CÓMPUTO

1.1 Modelos de arquitecturas de cómputo.

1.1.1 Arquitecturas Clásicas.

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas

Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman)

Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. 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.

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.

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. Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en 8 bits en una memoria aparte.

1.1.2 Arquitecturas Segmentadas.

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando

paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias

Procesador Memoria de datos

Entrada y salida

Bus de

datos

Memoria de

programa

Bus de

programa

Registros

ALU

Unidad de

Control

unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones. Para comprender mejor esto, supongamos que un procesador simple tiene un ciclo de instrucción sencillo consistente solamente en una etapa de búsqueda del código de instrucción y en otra etapa de ejecución de la instrucción. En un procesador sin segmentación del cauce, las dos etapas se realizarían de manera secuencial para cada una de la instrucciones, como lo muestra la siguiente figura.

1.1.3Arquitecturas de multiprocesamiento.

Cuando se desea incrementar el desempeño más aya de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.

Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera:

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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 sobr los que se deben se aplicar el mismo algoritmo numérico.

1.2 Análisis de los componentes.

1.2.1 CPU

1.2.1.1 Arquitecturas.

Ademas de las arquitecturas clásicas mencionadas anteriormente, en la actualidad han aparecido arquitecturas híbridas entre la Von Newman y la Harvard, buscando conservar la flexibilidad, pero mejorando el rendimiento.

El cambio más importante de los últimos años en diseño de las computadoras de los últimos años se dio durante los años 1980, con la aparición de la corriente de diseño conocida como computadoras de conjunto reducido de instrucciones (RISC, por sus siglas en ingles). Esta escuela pretende aplicar un

enfoque totalmente distinto al tradicional hasta entonces, que paso a conocerse como computadoras de conjunto complejo de instrucciones (CISC) para diferenciarla de la nueva tendencia.

1.2.1.2 Tipos.

Los CPUs modernos pueden clasificarse de acuerdo a varias características, tales como: el tamaño del ALU o del Bus de conexión al exterior (8, 16, 32, 64 bits),si tienen cauce segmentado o no segmentado, si con tipo CISC o RISC, Von Newan o Harvard y si solo tienen instrucciones enteras o implementan también instrucciones de punto flotante

1.2.1.3 Características.

Las características más importantes a considerar al escoger un CPU para usarlo en una aplicación, son:

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mental del CPU que el programador utiliza al programar en ensamblador.

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entrada y salida.

 Buses de interconexión, usados para que el CPU lea y escriba a la memoria y a los dispositivos deCiclo de instrucción (el conjunto de pasos que realiza el CPU para procesar cada instrucción)Modos de direccionamiento que pueden usarse para obtener los operandos de las instrucciones.Conjunto de instrucciones que puede ejecutar el CPUModelo del programador (Conjunto de registros que el programador puede utilizar), forman el modeloMIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, ClustersMISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementadoSIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectorialesSISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes