ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

1.1 Modelos de arquitecturas de cómputo.

1.1.1 Arquitecturas Clásicas.

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de

vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las

arquitecturas modernas

Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman)

Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso

que se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los

códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este.

Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de esta

versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como

entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código

maquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros

programas). Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente ya que se usa la

misma memoria para datos y para el código del programa.

Figura 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Von Newman.

La principal desventaja de esta arquitectura, es que 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. Esto 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

En esta arquitectura apareció por primera vez el concepto de programa almacenado. Anteriormente la

Procesador Memoria Principal

Almacena

el programa y

los datos

Entrada y salida

Bus principal

Registros

ALU

Unidad de

Control

secuencia de las operaciones era dictada por el alambrado de la unidad de control, e cambiarla

implicaba un proceso de recableado laborioso, lento(hasta tres semanas) y propenso a errores. En esta

arquitectura se asigna un código numérico a cada instrucción. Dichos códigos se almacenan en la

misma unidad de memoria que los datos que van a procesarse, para ser ejecutados en el orden en que se

encuentran almacenados en memoria. Esto permite cambiar rápidamente la aplicación de la

computadora y dio origen a las computadoras de propósito general

Mas a detalle, el procesador se subdivide en una unidad de control (C.U.), una unidad lógica aritmética

(A.L.U.) y una serie de registros. Los registros sirven para almacenar internamente datos y estado del

procesador. La unidad aritmética lógica proporciona la capacidad de realizar operaciones aritméticas y

lógicas. La unidad de control genera las señales de control para leer el código de las instrucciones,

decodificarlas y hacer que la ALU las ejecute.

Arquitectura Harvard

Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von

Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el

programa se almacena como un código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de

memoria ni en el mismo formato que los datos. Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en

doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en 8 bits en una memoria aparte.

Figura 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Harvard

El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el código

de operación de una instrucción, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la

instrucción previa. Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor

desempeño.

En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a

la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo único, pero internamente incluyen

varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos,

buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad.

1.1.2 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. El procesador se divide en varias

Procesador Memoria de datos

Entrada y salida

Bus de

datos

Memoria de

programa

Bus de

programa

Registros

ALU

Unidad de

Control

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

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