1.1. Modelos de arquitecturas de cómputo: clásicas, segmentadas, de multiprocesamiento.

Transcripción

1 1.1. Modelos de arquitecturas de cómputo: clásicas, segmentadas, de multiprocesamiento.

2 Arquitecturas Clásicas. Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman)

3 La principal desventaja de esta arquitectura, El bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se lee de o se escribe a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales. Limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman

4 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. Un ciclo de instrucción (también llamado ciclo de fetch-and-execute o ciclo de fetch-decode-execute en inglés) es el período que tarda la unidad central de proceso (CPU) en ejecutar una instrucción de lenguaje máquina. Comprende una secuencia de acciones determinada que debe llevar a cabo la CPU para ejecutar cada instrucción en un programa. Cada instrucción del juego de instrucciones de una CPU puede requerir diferente número de ciclos de instrucción para su ejecución. Un ciclo de instrucción está formado por uno o más ciclos máquina.

5 Un ciclo máquina El funcionamiento básico de una computadora se basa en el ciclo máquina que realiza los siguientes pasos 1) Extrae de la memoria la siguiente instrucción y la lleva al registro de instrucción. 2) Cambia el Contador de Programa de modo que señale la siguiente instrucción. 3) Determina el tipo de instrucción que acaba de extraer. 4) Verifica si la instrucción requiere datos de la memoria y, si es así, determina donde están situados. 5) Extrae los datos -si los hay- y los carga en los registros internos de la CPU. 6) Ejecuta la instrucción. 7) Almacena los resultados en el lugar apropiado. Vuelve al punto 1 para empezar: la ejecución de la instrucción siguiente

6 Arquitecturas 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. Un reloj del sistema reside en la tarjeta madre. Éste envía una señal a todos los componentes de la computadora en ritmo, como un metrónomo. Generalmente, este ritmo se genera como una onda cuadrada, como la siguiente:

7 Cada onda en esta señal mide un ciclo de reloj. Si el reloj del sistema funciona a 100MHZ, esto significa que hay 100 millones de ciclos del reloj en un segundo. Cada acción en la computadora se marca con un tiempo mediante estos ciclos del reloj y para realizarse, cada acción toma cierto número de ciclos del reloj. Cuando se procesa una solicitud de la memoria, por ejemplo, el controlador de la memoria puede informar al procesador que los datos requeridos llegarán en seis ciclos de reloj. Es posible que el CPU y otros dispositivos funcionen más rápido o más lento que el reloj del sistema. Por ejemplo, cuando un reloj del sistema de 100MHZ interactúa con un CPU de 400MHZ, cada dispositivo entiende que cada ciclo de reloj del sistema es igual a cuatro ciclos de reloj del CPU; éstos utilizan un factor de cuatro para sincronizar sus acciones. Tamaño de la palabra = Una palabra es la cantidad de datos que la CPU puede procesar en un ciclo de reloj. Un procesador de 8 bits puede manejar 8 bits cada vez. Los procesadores pueden ser, hasta ahora, de 8-, 16-, 32-, o 64- bits. Cuanto más grande sea el número = más rápida será la procesamiento

8 Análisis de los componentes. La unidad central de procesamiento, UCP o CPU (por el acrónimo en inglés de central processing unit), o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados.

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10 MEMORIA En informática, la memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que forman parte de una computadora. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una unidad central de procesamiento (CPU por su sigla en inglés, central processing unit), implementa lo fundamental del modelo de computadora de Arquitectura de von Neumann, usado desde los años 1940.

11 Dispositivo basado en circuitos que posibilitan el almacenamiento limitado de información y su posterior recuperación. Las memorias suelen ser de rápido acceso, y pueden ser volátiles o no volátiles. La clasificación principal de memorias son RAM y ROM. Estas memorias son utilizadas para almacenamiento primario.

12 DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA En computación, entrada/salida, también abreviado E/S o I/O (del original en inglés input/output). Colección de interfaces que usan las distintas unidades funcionales (subsistemas) de un sistema de procesamiento de información para comunicarse unas con otras, o las señales (información) enviadas a través de esas interfaces. Las entradas son las señales recibidas por la unidad, mientras que las salidas son las señales enviadas por ésta.

13 El término puede ser usado para describir una acción; "realizar una entrada/salida" se refiere a ejecutar una operación de entrada o de salida. Los dispositivos de E/S los usa una persona u otro sistema para comunicarse con una computadora. De hecho, a los teclados y ratones se los considera dispositivos de entrada de una computadora, mientras que los monitores e impresoras son vistos como dispositivos de salida de una computadora. Los dispositivos típicos para la comunicación entre computadoras realizan las dos operaciones, tanto entrada como salida, y entre otros se encuentran los módems y tarjetas de red.

14 Los dispositivos de Entrada y Salida permiten la comunicación entre la computadora y el usuario. En primer termino hablaremos de los dispositivos de entrada, que como su nombre lo indica, sirven para introducir datos (información) a la computadora para su proceso. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los dispositivos de entrada convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central. Los dispositivos de entrada típicos son los teclados, otros son: lápices ópticos, palancas de mando (joystick), CD-ROM, discos compactos (CD), etc.

15 En segundo lugar tenemos a los dispositivos de salida, los cuales permiten representar los resultados (salida) del proceso de datos. El dispositivo de salida típico es la pantalla o monitor. Otros dispositivos de salida son: impresoras (imprimen resultados en papel), trazadores gráficos (plotters), bocinas, entre otros y que a continuación se mencionan...

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