ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

ARQUITECTURA DE CÓMPUTO

1.1 MODELOS DE ARQUITECTURA DE COMPUTO

1.1.1 CLASICAS

ARQUITECTURA VON NEWTON

Es una familia de arquitectura de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los dato.

Los ordenadores son estas arquitecturas constan de 5 partes, la unidad aritmética lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, a un dispositivo de entrada/salida y de bus de datos que proporcionan un medio de transporte de los datos entre los distintas partes.

Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:

 Aumenta e contador de programa a la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente.

 Decodifica la instrucción mediante la unidad de control.

 Se ejecuta la instrucción

ARQUITECTURA HARVARD

Hace eferencia a las arquitecturas de ocmputadoas que utilizaban dispositivos de almacenamiento fiicamene separados por las instrucciones y para los datos.

Todas las computadoras constan principalmente de dos partes, la CPU que procesa los datos y la memoria que guarda los datos. Los dos son importantes para la CPU pues muchas instruciciones frecuentes se traducen a algo como “coge los datos de esta dirección y añádelos a los datos de esta otra dirección”, si saber en realidad que es lo que contienen los datos.

1.1.2 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 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, En un procesador con segmentación del cause, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución. Estas unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute. Esta cola se parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro. De esta analogía proviene el nombre en ingles: Pipelining o entubamiento. En general se divide al procesador segmentado en una unidad independiente por cada etapa del ciclo de instrucción.

1.1.3 DE MULTIRPOCESAMIENTO

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:

●SISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes

●SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales

●MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado

●MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters

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

En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors), varios procesadores comparten la misma memoria principal y periféricos de I/O, Normalmente conectados por un bus común. Se conocen como simétricos, ya que ningún procesador toma el papel de maestro y los demás de esclavos, sino que todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y periféricos y ambos son administrados por el sistema operativo.

Los Clusters son conjuntos de computadoras independientes conectadas en una red de área local o por un bis de interconexión y que trabajan cooperativamente para resolver un problema. Es clave en su funcionamiento contar con un sistema operativo y programas de aplicación capaces de distribuir el trabajo entre las computadoras de la red

1.2 ANALISIS 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

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La tendencia tradional, representada por las arquitecturas CISC (Complex Instruction Set Computers) se caracterizan por tener un número amplio de instrucciones y modos de direccionamiento. Se implementan instrucciones especiales que realizan funciones complejas, de manera que un programador puede encontrar con seguridad, una instrucción especial que realiza en hardware la función que el necesita. El número de registros del CPU es limitado, ya que las compuertas lógicas del circuito integrado se emplean para implementar las secuencias de control de estas instrucciones especiales.

Al investigar las tendencias en la escritura de software científico y comercial al inicio de los 80, ya se pudo observar que en general ya no se programaba mucho en ensamblador, sino en lenguajes de alto nivel, tales como C. Los compiladores de lenguajes de alto nivel no hacían uso de las instrucciones especiales implementadas en los procesadores CISC, por lo que resultaba un desperdicio de recursos emplear las compuertas del circuito de esta forma. Por lo anterior, se decidió que era mejor emplear estos recursos en hacer que las pocas instrucciones que realmente empleaban los compiladores

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