Arquitectura de computadoras. Unidad 3. Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 1

Transcripción

1 Arquitectura de computadoras Unidad 3 Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 1

2 Unidades de medida datos y transferencias Conversiones Un bit (binary digit) es la información más chica en un sistema digital. Cuando se habla de memorias de computadoras o storage de datos: 1 kilobit equivale a 1024 bits 1 Megabit se refiere a 1024 kilobits o 1024 x 1024 bits 1 Kbyte a 1024 bytes (base 2) En Telecomunicaciones rates transmission (tasa de transmisión) son declaradas en bits por segundo (bps) 1 Kilobit se refiere a 1000 bits y no a 1024 Se esta hablando de pulsos de señales discretas que describen el Bandwidth (base 10) Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 2

3 Unidades de medida datos y transferencias Conversiones 1000 bits A B 1 segundo En Bytes= 1000 /8 = 125 Bytes/seg Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 3

4 Unidades de medida datos y transferencias Conversiones Telecomunicaciones bit rates 1 Bps 8 bit/s 1 Kbps bits/s (bits por segundo) 1 Mbps Kbits/s o bits/s 1 Gbps Mbit/s o bits/s 1 Tbps Gbit/s o bits/s Data Storage 1 Byte 8 bits 1 Kilobyte 1024 Bytes o 8192 (8 x 1024) bits 1 Megabyte 1024 Kilobytes o (1024 x 1024) bytes o bits 1 Gigabyte 1024 Megabytes o bytes o bits 1 Terabyte 1024 Gigabytes o bytes o bits Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 4

5 Unidades de medida datos y transferencias Conversiones Los ISP (Internet Service Providers) declaran la velocidad en bits por segundos. Ejemplo: una velocidad de DSL en 512 Kbps en Downstream. 512 x 1000 = bps / 8 = Bytes (Transformo en bytes por segundo) bytes / 1024 = 62,5 Kilobytes/s (se divide por 1024 pues se habla de data store) 512 Kbps = 62.5 Kilobytes/s Internet speed Download speed 256 Kbps 31,3 KB/s 512 Kbps 62,5 KB/s 1 Mbps 122,1 KB/s 5 Mbps 610,3 KB/s 10 Mbps 1220,7 KB/s Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 5

6 Ejemplo Considerar bajar un archivo de 640 Megabytes de internet. Con una conexión de 1 Mbps. Cuánto es el tiempo que se tarda en bajar el mismo? Pasamos a KB la capacidad del archivo: 640 MB a KB= kilobytes (salió de la multiplicación 640 x 1024), La conexión de internet es de 1 Mbps la pasamos a KB/s: 1 Mbps= bps bps al dividirlo por 8 = Bytes/s / 1024 = 122, KB/s 122, => 07 lo transformo en 122,1 KB/s pues el segundo digito es >=5 Entonces: Unidades de medida datos y transferencias 122,1 KB s KB x s Luego despejando y pasando a minutos queda: 89,5 minutos necesito para bajar el archivo Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 6

7 Unidades de medida datos y transferencias Pixeles de monitores - Datos Ampliando lo suficiente una imagen digital (zoom) en la pantalla de una computadora, pueden observarse los píxeles que componen la imagen. Los píxeles son los puntos de color (siendo la escala de grises una gama de color monocromática). En las imágenes de mapa de bits, o en los dispositivos gráficos, cada píxel se codifica mediante un conjunto de bits de longitud determinada (es la llamada profundidad de color); por ejemplo, puede codificarse un píxel con: 1 Byte (8 bits), cada píxel admite hasta 256 variaciones de color (2 8 posibilidades binarias), de 0 a Bytes (24 bits) color verdadero, 24 bits definen el color de un píxel; es decir, en total se puede representar un total de 2 24 colores, esto es variaciones de color 4 Bytes (32 bits) tiene la misma cantidad de colores que la de 24 bits, ya que los otro 8 bits son usados para efectos de transparencia Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 7

8 Unidades de medida datos y transferencias Pixeles de monitores - Ejercicio Calcular la cantidad de memoria que ocupa una imagen de en color real. Expresa el resultado en Megabytes. Como es en color real, tendrá 24 bits por píxel. Calculamos el número de píxeles y lo multiplicamos por la memoria que ocupa cada píxel = bits (notar que el resultado es en bits) Expresamos el resultado en bytes (mejor que en bits, ya que la memoria suele medirse en Bytes): / 8 = Bytes Y expresamos el resultado en megabytes, como indica el enunciado: / / = 9 MBytes Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 8

9 Ejercicios para hacer en clase 1. Una Memoria de 256 MB Cuántas palabras de memoria tiene si el tamaño de palabra es de 16 bits? Cuál es el tamaño en nº de bits que debe tener como mínimo el registro de direcciones de memoria? 2. Qué capacidad de Memoria Principal puede ser accedida si el tamaño del Registro de direcciones es de 25 bits? 3. Cuántos MB ocuparan 4 fotos de 800*1204 con profundidad de color de 24 bits? 4.Calcular la cantidad de memoria que ocupa una imagen de con color de 8 bits. En cuanto tiempo lo transmito con un modem de 64 Kbps de Upstream? 5. Si un ISP ofrece una velocidad de 2 Mbps de Upstream. Cuánto tiempo tardo en transmitir un mail de 128 KB? 6. Indicar cuánto tiempo expresado en Minutos tardará en enviarse un archivo de 200 MB desde la computadora A hacia la computadora B. (Nota: Las velocidades son simétricas) Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 9

10 Arquitectura de computadoras Unidad 3 Parte 2 Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 10

11 Sistemas de memoria Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 11

12 Sistemas de memoria Es el órgano de la computadora capaz de almacenar información, instrucciones y datos. Puede permitir dos tipos de operaciones sobre él: Lectura y escritura. Normalmente el acceso, tanto en escritura como en lectura, se hace como múltiplos de Bytes. Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 12

13 Sistemas de memoria Clasificación según sus características : 1) Por su Ubicación se refiere si la memoria es interna o externa a la computadora. Los registros, la memoria cache, la RAM son memorias internas a la computadora 2) Por Unidad de transferencia para la memoria principal es el número de bits que se leen o escriben a la vez. Para la memoria externa son los datos que se transfieren en unidades mas grandes que una palabra 3) Por su Capacidad: para memorias internas se expresa en bytes o en palabras Palabra: Nº de Bytes o bits que el computador es capaz de manipular simultáneamente en paralelo. Generalmente coincide con la longitud en bits o bytes de los registros internos del computador. Cuando es referido a memoria se denomina: Palabra de Acceso. Longitudes de palabras son 8, 16, o 32 bits. Bloque: es un conjunto de palabras 4) Por sus Prestaciones: Tiempo de acceso (latencia) es el tiempo que tarda en realizar una escritura o lectura Ciclo de lectura: aplicable a las memorias de acceso aleatorio. Es el tiempo mínimo entre dos lecturas consecutivas Velocidad de transferencia: Velocidad a la que se pueden transferir los datos Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 13

14 Sistemas de memoria Clasificación según sus características : 5) Por su Método de acceso: Secuencial: La memoria es accedida mediante un recorrido lineal, sin saltos, desde la posición inicial hasta la primera posición a ser leída. Acceso directo: se accede directamente al dato con una dirección única basada en una dirección física Random aleatorio: el tiempo de acceso es constante e independiente de secuencias de acceso anteriores. Acceso Asociativo: Es un acceso aleatorio pero permite la comparación de ciertos datos 6) Por sus Características físicas: Volátil: requiere energía constante para mantener la información almacenada. La memoria volátil se suele usar sólo en memorias primarias. La memoria RAM es una memoria volátil No volátil: retendrá la información almacenada incluso si no recibe corriente eléctrica, ej. la memoria ROM. Se usa para almacenamientos a largo plazo Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 14

15 Sistemas de memoria Memorias RAM RAM (Random Access Memory) memoria de acceso aleatorio Es la memoria de almacenamiento primaria almacena temporalmente instrucciones y datos Se denominan "de acceso aleatorio" porque se puede leer o escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder a la información de la manera Es una memoria volátil ya que la información no se conserva de manera permanente El espacio de la RAM es siempre escaso, después que se haya ejecutado un programa el espacio que ocupaba sus datos e instrucciones se vuelve a distribuir a otro programa Memorias ROM ROM (Read Only Memory) memoria de solo lectura Es una memoria no volátil, pues la CPU puede leer información pero nunca escribir información nueva Todas las computadoras tienen una ROM que contiene las instrucciones de arranque y otra información critica Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 15

16 Memorias PROM PROM (Programable Read Only) memoria de solo lectura programable Memoria digital donde el valor de cada bit depende del estado de un fusible (o antifusible), que puede ser quemado una sola vez Es una variación de la ROM en la que el usuario puede cargar programas y datos de solo lectura que rara vez o nunca se cambian Memorias EPROM Memorias CACHE Se usa para facilitar una transferencia aún más rápida de instrucciones y datos al procesador es decir se usa para mejorar el caudal de proceso. Es un área de almacenamiento de alta velocidad es 10 veces mas rápido que la RAM pero mucho más cara La caché se puede usar, bien para reducir el tiempo de acceso a las memorias Para reducir el tiempo de proceso de la unidad central Sistemas de memoria EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM programable borrable)). Es un tipo de chip de memoria ROM no volátil. Formada por celdas o "transistores de puerta flotante", cada uno de los cuales viene de fábrica sin carga, por lo que son leídos como 1 (por eso, una EPROM sin grabar se lee como FF en todas sus celdas) Se programan mediante un dispositivo electrónico, que proporciona voltajes superiores a los normalmente utilizados en los circuitos electrónicos. Una vez programada, se puede borrar solamente mediante exposición a una fuerte luz ultravioleta. Retiene sus datos durante 10 o 20 años, y se puede leer un número ilimitado de veces. Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 16

17 Sistemas de memoria Jerarquías de memoria Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 17

18 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache Ø El objetivo es lograr que la velocidad de la memoria principal sea lo mas rápida posible. Ø Hay una memoria principal grande y más lenta junto con una memoria cache mas pequeña y rápida. Ø La cache contiene una copia de partes de la memoria principal. Ø La velocidad de una cache es de uno o dos ciclos del procesador Ø Están encapsuladas dentro del mismo microprocesador y trae problemas como el de temperatura Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 18

19 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache RA es la dirección de una palabra a leer la genera el procesador Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 19

20 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache Elementos de la cache Tamaño(menor que la memoria principal) Mapeo (Organización del acceso ) Políticas de reemplazo(lru, LFU, FIFO, por ejemplo) Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 20

21 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache Elementos de la cache - Tamaño Dependerá del tamaño del bloque y la cantidad de bloques Cómo se calcula? En Cache hay una cantidad fija de bloques B de k palabras #Cache= B/k A su vez, en Memoria Principal (MP) hay un número de palabras direccionables con direcciones de n bits, y también hay una cantidad de bloques(del mismo tamaño que los bloques de cache). Cuántos? MP=2 n /k bloques(de cache) Elementos de la cache - Mapeo Dado que hay muchas menos bloques en cache que en memoria principal es necesario un algoritmo para mapear bloques de memoria principal en bloques de cache Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 21

22 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache Elementos de la cache - Políticas de reemplazo Algoritmos a seguir para decidir qué bloque de caché será reemplazado. Los más conocidos LRU: FIFO: LFU: el más recientemente usado primero que entra primero que sale menos frecuentemente usado Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 22

23 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache (3 tipos diferentes de memoria caché para procesadores) Caché de 1er nivel (L1): Esta caché está integrada en el núcleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que este. La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador a otro, estando normalmente entra los 64KB y los 256KB Caché de 2º nivel (L2): Integrada también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene las mismas ventajas que la caché L1, aunque es algo más lenta que esta. La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 2MB Caché de 3er nivel (L3): Es un tipo de memoria caché más lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. En un principio esta caché estaba incorporada a la placa base, no al procesador, y su velocidad de acceso era bastante más lenta que una caché de nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran rapidez (muy superior a la RAM, y mucho más en la época en la que se utilizaba), depende de la comunicación entre el procesador y la placa base.3 Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 23

24 Unidades de una computadora Sistemas de memoria Memorias Cache Ejemplo de cache L2 de un procesador Pentium II Memoria L2 Cache Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 24

25 Velocidad y ancho de banda Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 25

26 Velocidad y ancho de banda de un procesador FSB q FSB (Front-side bus) "bus de la parte frontal"), y se refiere a la interfaz de comunicación externa del procesador con el chipset y el resto del sistema informático (Este es en los antiguos microprocesadores de la marca Intel) q El back-side bus (literalmente bus trasero o bus de la parte de atrás) que conecta la memoria caché (y potencialmente otros CPUs) q El FSB incluye señales de datos, direcciones y control. El ancho de banda del FSB depende de su tamaño de palabra (si es de 16, 32 o 64 bits), su frecuencia de reloj medida en megahercios y el número de transferencias que realiza por ciclo de reloj. q Ej. un FSB de 32 bits de ancho (4 bytes), funcionando a 100 MHz y que realice 4 transferencias por cada ciclo, ofrece un máximo teórico de Megabytes por segundo. FSB = frecuencia clock (MHZ) * transferencias x ciclo * tamaño de palabra 100 MHZ= ciclos x seg 1GHZ= ciclos x seg Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 26

27 Velocidad y ancho de banda de una computadora Frecuencia Interna del procesador La frecuencia interna del procesador está usualmente basada en la frecuencia del FSB (Dada en MHZ). Para calcular la frecuencia interna de la CPU se multiplica la frecuencia del bus por un número llamado factor de multiplicador de reloj. Este factor multiplicador, así como la frecuencia de reloj del FSB pueden alterarse a través de la configuración de la placa base, generalmente a través de la BIOS, permitiendo así el overclocking. Por ejemplo, una frecuencia de reloj de 133 MHz y un factor multiplicador de 7,5. Frecuencia Interna = FSB * FM =??? MHZ Nota: Megahertzios, es una medida de frecuencia (número de veces que ocurre algo en un segundo). En el caso de los ordenadores, un equipo a 200 MHz será capaz de dar 200 millones de pasos por segundo. Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 27

28 Unidades de una computadora Sistemas de memoria BIBLIOGRAFIA Organización y Arquitectura de computadores (William Stallings) Arquitectura de computadores (Antonio Vaquero Sánches) Arquitectura de computadoras / (Rodriguez Ricardo) Diapositiva 28