Arquitectura De Un Computador A Gran Escala

Arquitectura

Tendencias actuales: Las tendencias actuales tienden a aumentar la velocidad de los computadores en cuanto al Hardware, por dos caminos:

A) Computadores con conjunto reducido de instrucciones (RISC): en estadísticas se ha comprobado que hay un conjunto de instrucciones que se utiliza muy poco y esto produce un retardo en las instrucciones más usadas.

B) Proceso paralelo: trata de procesar a la vez varias unidades de proceso. La forma más frecuente es la segmentación, que consiste en procesar a la vez varias instrucciones aunque estén cada una en distinta frase.

Otras formas de procesa en paralelo requieren múltiples procesadores. En este caso, es necesario dividir el programa en partes para resolver cada parte en un procesador.

Modelo de Von Newmann: Este es el modelo de la estructura de los computadores actuales. Los elementos esenciales son memoria y un procesador. La memoria es el lugar de almacenamiento donde se guardan instrucciones y datos de los programas que se están ejecutando en un momento dado; esto significa que en un momento dado una palabra puede ser un dato o una instrucción.

El procesador es un intérprete de un juego de instrucciones, sus funciones son:

A) Extraer la instrucción de memoria y decodificarla.

B) Ejecutar la instrucción.

C) Localizar la siguiente instrucción para volver al primer paso.

Este proceso continuará constantemente y de esta forma el ordenador podrá ejecutar cualquier tipo de programa por grande que fuese su complejidad. Evidentemente el procesador debería llevar algún tipo de memoria interna con el fin de contener la información sobre los sucesivos estados por los que tiene que pasar para ejecutar cada una de las instrucciones (también contendrá información sobre la siguiente instrucción a ejecutar).

En la práctica esa memoria interna se materializa en los registros de la CPU, y así pues la mayoría de los computadores actuales siguen los mismos patrones que Von Newmann aunque se ha progresado mucho más en todos los aspectos.

Unidades funcionales: En líneas generales los computadores actuales tienen los mismos bloques que los diseñados por Newmann; a esos bloques ahora les llamamos”BLOQUES FUNCIONALES” y se esquematizan en la siguiente figura:

A continuación se presenta con más detalle la estructura interna de cada una de las unidades funcionales:

Los registros más importantes son:

*El contador de programa (PC): contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.

*El registro de instrucciones (IR): en este registro se almacena la instrucción que se está ejecutando en cada momento.

*Los registros para el uso del programador: que hemos situado en la ALU y que puede tener diferentes estructuras según cual sea la organización interna del procesador.

*El registro de dirección de memoria (MAR): Contiene la dirección de memoria donde se va a leer o escribir.

*El Buffer de memoria (MB): también llamado MDR. Contiene la información leída en una operación de lectura; o la información ha escribir en una operación de escritura.

Ejecución de las instrucciones: Un programa consta de una secuencia ordenada de instrucciones, el proceso de ejecución de cada una de esas instrucciones pasa por los siguientes ciclos o fases:

A) Fase de búsqueda: consiste en la lectura de la instrucción y la búsqueda de sus operandos; si los tiene.

B) Fase de ejecución: consiste en la ejecución de la instrucción.

BUSQUEDA: consta de 5 puntos:

• Extraer de memoria la instrucción y llevarla al IR, para hacerlo se carga el PC en el MAR y el resultado obtenida se pasa al MB, acto seguido el MB se pasa al IR para que se decodifique dicha instrucción

• se incrementa el contenido del PC para que contenga la dirección de la siguiente instrucción.

• Determinar el tipo de instrucción que se ha extraído y el número de sus operandos.

• Si la instrucción tiene operandos deberá determinarse su localización.

• Leer los operandos si los hay.

EJECUCIÓN:

• Ejecutar la instrucción.

• Almacenar los resultados en el lugar apropiado.

• Volver al paso de búsqueda.

Clasificación de los ordenadores:

• Un Micro-computador es un computador de uso personal.

• Un Mini-computador es un computador para el uso de un departamento con pocas personas. (RED)

• Un Maxi-computador es un computador para toda una empresa.

Desde hace años existe una nueva escala en esta clasificación que son las estaciones de trabajo, estas estaciones son de uso personal pero con una gran potencia de cálculo y otros recursos como HD de gran tamaño, monitores gráficos de gran resolución.

Esta escala se situaría entre los Mini y los Micro-computadores.

Concepto de arquitectura de un ordenador: El término Arquitectura de un ordenador cubre todos los aspectos de su organización. Entre estos aspectos, se incluyen las longitudes de palabra, de instrucción, número de direcciones de cada instrucción, conjunto de instrucciones, modos de direccionamiento. Otras cuestiones se refieren a cómo está organizada la memoria y cómo se conectan los dispositivos de E/S.

Formatos de instrucción: La representación de la instrucción en las computadoras se denomina” Formato de instrucción”.

Sabemos que los programas están formados por instrucciones y la parte esencial de estas es el código de operación que señala la instrucción a ejecutar; el resto se refiere a los operandos.

Muchas instrucciones contienen además los datos que usan o especifican donde está dicho dato.

Todo lo relativo a la especificación de dónde está el dato se llama “Direccionamiento”, de los cuales existen muchos.

Criterio en el diseño de los Formatos de Instrucción: Cuando un grupo de diseñadores de una computadora han de elegir un formato de instrucción, son múltiples los factores a tener en cuenta:

a)Las instrucciones cortas son mejores que las instrucciones largas; porque ocupan menos en memoria. Este requisito es importante ya que la memoria no es gratuita y cuanta más memoria usemos para almacenar instrucciones menos datos podremos almacenar simultáneamente en memoria central, con lo que se utilizará más la memoria secundaria y así se ralentizará su ejecución.

b) La velocidad de transferencia o caudal de una memoria. Si el caudal de una memoria es de “t”bits/sg y la longitud de media de la instrucción es de “r”bits, entonces la memoria puede entregar un máximo de t/r instrucciones /sg.

c) Diseño del formato de instrucción que consiste en dejar suficiente sitio (bits)

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