INDICE Prefacio 1 Introducción 2 Organización de los sistemas de computadoras

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Gonzalo Figueroa Álvarez
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1 INDICE Prefacio XVI 1 Introducción Organización estructuradas de computadoras Lenguajes, niveles y maquinas virtuales Maquinas multinivel contemporáneas Evolución de las maquinas multinivel Acontecimientos importante en arquitectura de computadoras La generación cero computadoras mecánicas ( ) La primera generación bulbos ( ) La segunda generación transistores ( ) La tercera generación circuitos integrados ( La cuarta generación integración a muy grande escala ( El zoológico de las computadoras Fuerzas tecnológicas y económicas La gama de las computadoras Ejemplos de familias de computadoras Introducción al Pentium II Introducción al ultrasparc II Introducción al picojava II Bosquejo del libro 36 2 Organización de los sistemas de computadoras 2.1 Procesadores Organización de la CPU Ejecución de instrucciones RISC versus CISC Principios de diseño de las computadoras modernas Paralelismo en el nivel de instrucciones Paralelismo en el nivel de procesador Memoria primaria Bits Direcciones de memoria Ordenamiento de bytes Códigos para corrección de errores Memoria caché Empaquetamiento y tipos de memoria Memoria secundaria Jerarquías de memoria Discos magnéticos Discos flexibles Discos IDE Discos SCSI RAID CD-ROM CD grabables CD reescribibles DVD Entrada/salida 89

2.4 La tercera generación circuitos integrados (1965-1980 21 1.2.5 La cuarta generación integración a muy grande escala (1980-23 1.3. El zoológico de las computadoras 24 1.3.1 Fuerzas tecnológicas y económicas 25 1.

2 2.4.1 Buses Terminales Ratones Impresoras Modems Códigos de caracteres Resumen El nivel de lógica digital 3.1 Compuertas y algebra booleana Compuertas Algebra booleana Implementación de funciones booleanas Equivalencia de circuitos Circuitos lógicos digitales básicos Circuitos integrados Circuitos combinacionales Circuitos aritméticos Relojes Memoria Latches Flip-flops Registros Organización de al memoria Chips de memoria Las memorias RAM y las ROM Chips de CPU y buses Chips de CPU Buses de computadora ancho de bus Temporización del bus Arbitraje del bus Operaciones de bus Ejemplos de chips de CPU El Pentium II El ultrasparc II El picojava II Ejemplos de buses El bus ISA El bus PCI El bus serial universal Interfaces Chips de E/S Decodificación de direcciones Resumen El nivel de microarquitectura 4.1 Un ejemplo de microarquitectura La trayectoria de datos Microinstrucciones Control de microinstrucciones: el Mic-1 213

2 Circuitos lógicos digitales básicos 3.2.1 Circuitos integrados 128 3.2.2 Circuitos combinacionales 129 3.2.3 Circuitos aritméticos 134 3.2.4 Relojes 139 3.3 Memoria 3.3.1 Latches 141 3.3.2 Flip-flops 143 3.

3 4.2 Un ejemplo de ISA: IJVM Pilas El modelo de memoria IJVM El conjunto de instrucciones IJVM Compilación de Java a IJVM Un ejemplo de Implementación Microinstrucciones y notación Implementación de IJVM utilizando el Mic Diseño del nivel de microarquitectura Rapidez versus costo Reducción de la longitud de la trayectoria de ejecución Un diseño con prebúsqueda: el Mic Un diseño con filas de procesamiento: el Mic Una fila de procesamiento de siete etapas: el Mic Mejoramiento del desempeño Memoria caché Predicción de ramificaciones Ejecución fuera de orden y cambio de nombres de registros Ejecución especulativa Ejemplos de nivel de microarquitectura La microarquitectura de la CPU Pentium II La microarquitectura de la CPU ultrasparc II La microarquitectura de la CPU picojava II Comparación del Pentium, ultrasparc y picojava Resumen El nivel de arquitectura del conjunto de instrucciones Generalidades del nivel ISA Propiedades del nivel ISA Modelos de memoria Registros Instrucciones Generalidades del nivel ISA del Pentium II Generalidades del nivel ISA del ultrasparc II Generalidades del nivel de la maquina virtual Java Tipos de datos Tipos de datos numéricos Tipos de datos no numéricos Tipos de datos en el Pentium II Tipos de datos en el ultrasparc II Tipos de datos en la maquina virtual Java Formatos de instrucciones Criterios de diseño par los formatos de instrucciones Expansión de códigos de operación Los formatos de instrucciones del Pentium II Los formatos de instrucciones del ultrasparc II Los formatos de instrucciones de la JVM Direccionamiento Modos de direccionamiento Direccionamiento inmediato 334

4.4 Un diseño con filas de procesamiento: el Mic-3 253 4.4.5 Una fila de procesamiento de siete etapas: el Mic-4 260 4.5 Mejoramiento del desempeño 264 4.5.1 Memoria caché 265 4.5.2 Predicción de ramificaciones 270 4.

4 5.4.3 Direccionamiento directo Direccionamiento por registro Direccionamiento indirecto por registro Direccionamiento indexado Direccionamiento basado indexado Direccionamiento de pila Modos de direccionamiento para instrucciones de ramificación Ortogonalidad de códigos de operación y modos de direccionamiento Modos de direccionamiento del Pentium II Modos de direccionamiento del ultrasparc II Modos de direccionamiento de la JVM Análisis de los idos de direccionamiento Tipos de instrucciones Instrucciones movimientos de datos Operaciones diádicas Operaciones monádicas Comparaciones y ramificaciones condicionales Instrucciones de llamada a procedimientos Control de ciclos Entrada/salida Las instrucciones del Pentium II Las instrucciones del ultrasparc II Las instrucciones del picojava II Comparación de conjuntos de instrucciones Flujo de control Flujo de control secuencial y ramificaciones Procedimientos Corrutinas Trampas Interrupciones Un ejemplo detallado: las torres de Hanoi Las torres de Hanoi en lenguaje ensamblador del Pentium II Las torres de Hanoi en lenguaje ensamblador del ultrasparc II Las torres de Hanoi en lenguaje ensamblador de la JVM El IA-64 de Intel El problema del Pentium II El modelo IA -64: computación con instrucciones explícitamente paralelas Predicación Cargas especulativas Los pies en la tierra Resumen El nivel de maquina de sistema operativo Memoria virtual Paginación Implementación de a paginación paginación por demanda y modelo de conjunto de trabajo Política de reemplazo de paginas 412

4.12 Modos de direccionamiento del ultrasparc II 5.4.13 Modos de direccionamiento de la JVM 346 5.4.14 Análisis de los idos de direccionamiento 347 5.5. Tipos de instrucciones 5.5.1 Instrucciones movimientos de datos 348 5.

5 6.1.5 Tamaño de pagina y fragmentación Segmentación Implementación de la segmentación Memoria virtual en el Pentium II Memoria virtual en el ultrasparc II Memoria virtual y uso de caché Instrucciones de E/S virtuales Archivos Implementación de instrucciones de E/S virtuales Instrucciones para gestión de directorios Instrucciones virtuales para procesamiento en paralelo Creación de procesos Condiciones de competencia Sincronización de procesos con semáforos Ejemplos de sistemas operativos Introducción Ejemplos de memoria virtual Ejemplos de E/S virtual Ejemplos de gestión de procesos Resumen El nivel de lenguaje ensamblador Introducción al lenguaje ensamblador Qué es un lenguaje ensamblador? Por qué usar lenguaje ensamblador? Formato de un enunciado en lenguaje ensamblador Seudoinstrucciones Macros Definición, llamada y expansión de macros Macros con parámetros Características avanzadas Implementación de un recurso de macros en un ensamblador Ensambladores de dos pasadas Primera pasada segunda pasada La tabla de símbolos Enlazado y carga Tareas que realiza el enlazador Estructura de un módulo objeto Tiempo ligado y reubicación dinámica Enlazado dinámico Resumen Arquitectura de computadoras paralelas Aspectos del diseño de computadoras paralelas Modelos de comunicación Redes de interconexión Desempeño Software Taxonomía de computadoras paralelas Computadora 554

3 Instrucciones virtuales para procesamiento en paralelo 436 6.3.1 Creación de procesos 437 6.3.2 Condiciones de competencia 438 6.3.3 Sincronización de procesos con semáforos 442 6.

6 8.2.1 Arreglos de procesadores procesadores vectoriales Multiprocesadores con memoria compartida Semántica de al memoria Arquitecturas SMP basadas en el bus UMA Multiprocesadores UMA que usan conmutadores de barra cruzadas Multiprocesadores UMA que usan redes de comunicación multietapas Multiprocesadores NUMA Multiprocesadores NUMA con coherencia de caché Multiprocesadores COMA Multicomputadoras de trasferencia de mensajes Procesadores masivamente paralelos (MPP) Cúmulos de estaciones de trabajo (COW) Planificación Software de comunicación para Multicomputadoras Memoria compartida en el nivel de aplicaciones Resumen Lista de lecturas y bibliografía 9.1 Sugerencias para lecturas adicionales Introducción y obras generales Organización de sistemas de cómputo El nivel de lógica digital El nivel de microarquitectura El nivel de arquitectura del conjunto de instrucciones El nivel de maquina del sistema operativo El nivel de lenguaje ensamblador Arquitecturas de computadoras paralelas Números binarios y de punto flotante 620 A Números binarios A.1 Números de precisión finita 631 A.2 Sistemas numéricos con base 633 A.3 Conversión de una base otra 635 A.4 Números binarios negativos 637 A.5 Aritmética binaria 640 B Números de punto flotante 643 B. 1 Principios de punto flotante 644 B.2 Estándar de punto flotante IEEE 754 Índice 653

4 Multicomputadoras de trasferencia de mensajes 586 8.4.1 Procesadores masivamente paralelos (MPP) 587 8.4.2 Cúmulos de estaciones de trabajo (COW) 592 8.4.3 Planificación 593 8.4.4 Software de comunicación para Multicomputadoras 598 8.

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