1. EL COMPUTADOR. Mg. Sergio La Cruz Orbe

Transcripción

1 1. EL COMPUTADOR Mg. Sergio La Cruz Orbe 1

2 EL COMPUTADOR 1. El Pasado 2. El Presente 3. Estructura Básica 4. Rendimiento 5. Disipación de Potencia 2

3 EL COMPUTADOR 1. El Pasado 3

4 El Pasado Los precursores Pascalina Ábaco Máquina de Leibniz Máquina analítica El Computador 4

5 El Pasado ENIAC 1946 El Computador 5

6 El Pasado ENIAC 1946 El Computador 6

7 El Pasado ESPAÑA 1954 El Computador 7

8 El Pasado Esta foto es falsa pero refleja las ideas de la época. Supuesta predicción hecha en 1954 sobre el aspecto de un computador personal en 2004 El Computador 8

9 El Pasado Es evidente que la previsión no fue muy acertada Por qué se alejaron tanto de la realidad? Principalmente por la revolución tecnológica que supusieron el transistor y la integración de circuitos a gran escala. El Computador 9

10 El Pasado ENIAC en un chip ,44 mm 5,29 mm Tecnología de 500 nm El Computador 10

11 El Pasado El grado de integración ha ido en aumento: Intel Tecnología de 8 µm = 8000 nm ENIAC en un chip 1997 Tecnología de 500 nm Intel Core i Tecnología de 45 nm El Computador 11

12 El Pasado Pero... de qué tamaños estamos hablando? Cabello humano 100 µm Tecnología de 8 µm (1971) El Computador 12

13 El Pasado Pero... de qué tamaños estamos hablando? Tecnología de 8 µm (1971) Bacteria Escherichia Coli 1 µm x 3 µm Tecnología de 500 nm (1997) Tecnología de 45 nm (2008) Virus HIV 100 nm... y sigue aumentando el grado de integración. El Computador 13

14 El Pasado Intel El Computador 14

15 El Pasado Intel 4004 El Computador 15

16 El Pasado Intel 4004 El Computador 16

17 El Pasado Intel 4004 El Computador 17

18 El Pasado Intel 4004 Generador de 8 fases de reloj Pila y contador de programa ALU Decodificación de instrucciones Registros índice El Computador 18

19 EL COMPUTADOR 2. El Presente 19

20 El Presente Intel Core i El Computador 20

21 El Presente Intel Core i El Computador 21

22 El Presente Intel Core i Núcleos Caché L3 común El Computador 22

23 El Presente Intel Core i Núcleos Caché L3 común El Computador 23

24 El Presente Intel Core i Planificador de ejecución fuera de orden Decodificación Núcleos Unidades de Ejecución Caché L1 de datos Caché L1 de instrucciones Caché L3 común Predicción de salto Caché L2 El Computador 24

25 El Presente Intel Core i Núcleos Caché L3 común El Computador 25

26 El Presente POWER 7 (IBM 2010) Ceramic module El Computador 26

27 El Presente POWER 7 (IBM 2010) 45 nm 1200 millones de transistores 4,6 y 8 núcleos Por núcleo: 4 hilos de ejecución por núcleo L1 32K (instrucciones) + 32K (Datos) L2 256K L3 4M (máximo 32 MB) Potencia Teórica de cálculo para 8 núcleos y reloj a 4 Ghz Por núcleo 33,12 GFLOPS Por procesador 264,96 GFLOPS El Computador 27

28 El Presente POWER 7 (IBM 2010) núcleos POWER 7 L3 caché 32MB Reloj a 4.0 GHz Memoria principal 1 petabyte (10 15 ) Disco más de10 petabytes Conexión a Internet 400 Gbit/s 10 PETAFLOPS National Center for Supercomputing Applications University of Illinois at Urbana-Champaign Completed in Aplicaciones Biología Evolución del cosmos Investigación en nuevos materiales Fenómenos climatológicos El Computador 28

29 El Presente CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Computador 29

30 El Presente CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Computador 30

31 El Presente CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Computador 31

32 EL COMPUTADOR 3. Estructura Básica 32

33 Estructura Básica Niveles de máquina Lenguajes de alto nivel Lenguaje ensamblador Sistema operativo Es lo que define la arquitectura Máquina convencional El Computador 33

34 Estructura Básica Soporte de los niveles Interpretación Nivel 2 Programa fuente Nivel 1 Intérprete El Computador 34

35 Estructura Básica Soporte de los niveles Traducción Nivel 2 Programa fuente Nivel 1 Traductor Programa objeto El Computador 35

36 Estructura Básica Soporte de los niveles Traducción Nivel 2 Programa fuente Nivel 1 Traductor Programa objeto Ensamblador: 1 instrucción fuente 1 instrucción objeto Traductor Compilador: 1 instrucción fuente varias instrucciones objeto El Computador 36

37 Estructura Básica Arquitecturas CISC (Complex Instruction Set Computer) Máquina convencional Ventajas de tener instrucciones muy potentes: Los programas ocupan menos (La memoria era muy cara) Hay menos accesos a memoria (La memoria era muy lenta) Puede facilitar la construcción compiladores Con la microprogramación era muy fácil implementar instrucciones complejas Máquina convencional Microprograma El Computador 37

38 Estructura Básica Arquitecturas CISC (Complex Instruction Set Computer) Máquina convencional Características de las instrucciones: Número elevado Muchos modos de direccionamiento Longitud variable Formato irregular Muchas instrucciones operan con la memoria El Computador 38

39 Estructura Básica Arquitecturas RISC (Reduced Instruction Set Computer) Máquina convencional Ventajas de tener instrucciones sencillas: Se ejecutan más rápido Acceso a memoria más rápido Procesadores más simples, lo que permite mejorarlos El Computador 39

40 Estructura Básica Arquitecturas RISC (Reduced Instruction Set Computer) Máquina convencional Características de las instrucciones: Número más reducido Menos modos de direccionamiento Longitud fija (Optimiza la extracción) Formato regular (Optimiza la decodificación) Filosofía Load / Store Memoria separada Cauce segmentado El Computador 40

41 Estructura Básica Arquitectura de Von Newman CPU MEMORIA E/S El Computador 41

42 Estructura Básica Chipset típico CPU Tarjeta Gráfica FSB Puente Norte (MCH) Memoria Principal Puente Sur (ICH) Ratón Teclado Disco USB El Computador 42

43 Estructura Básica Chipset para Intel Core i7 El Computador 43

44 Estructura Básica Placa base de Intel Core i7 CPU X58 ICH10 El Computador 44

45 Estructura Básica Placa base de Intel Core i7 X58 CPU ICH10 El Computador 45

46 EL COMPUTADOR 5. Disipación de Potencia 46

47 Disipación de Potencia La disipación de calor es uno de los grandes problemas en el diseño de los procesadores y de los circuitos integrados en general. El calor es generado por la potencia disipada y ésta ha ido en aumento con el paso de los años: 0,45 W 160 W El Computador 47

48 Disipación de Potencia El intercambio de calor con el aire exterior se realiza a través de la superficie del chip. Por lo tanto conviene: Lograr una gran superficie de intercambio. Renovar rápidamente el aire que se va calentando. El Computador 48

49 Disipación de Potencia El aumento de la superficie de disipación se obtiene acoplando estructuras de materiales que conduzcan fácilmente el calor y una gran superficie. El Computador 49

50 Disipación de Potencia La rápida renovación del aire se logra acoplando ventiladores a las estructuras de disipación. El Computador 50

51 Disipación de Potencia En casos extremos se utilizan métodos más sofisticados: Refrigeración por agua Hielo seco Célula Peltier El Computador 51