Arquitectura Clasica y Moderna

Arquitectura del Computador

Instituto Tecnológico Spencer W. Kimball Huehuetenango, Huehuetenango.

Nombre: Miqueas Israel Sales Catedrático: Álvaro Martínez

Tema: Arquitectura del computador

Curso: Carrera: Perito en computación

Fecha de entrega: 13junio 2013

Bachiller Industrial Y Perito en Computación

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INTRODUCCIÓN Las computadoras no han nacido hace poco, en realidad el hombre siempre buscó tenerdispositivos que le ayudaran a efectuar cálculos precisos y rápidos; una breve reseña histórica nospermitirá, comprender cómo llegamos a las computadoras actuales.






Contenido Arquitectura de computadoras ..........................................................................................................

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ARQUITECTURA CLASICA: .........................................................................................................

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ARQUITECTURA SEGMENTADAS SEGMENTADAS .............................................................................................

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ARQUITECTURA MULTIPROCESAMIENTO (Arquitectura moderna) .................................. 6 Taxonomías o clasificación de computadoras según su arquitectura ..............................................

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Taxonomía de Flynn ......................................................................................................................

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Computadores SISD.......................................................................................................................

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Computadores MISD .....................................................................................................................

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Computadores SIMD .....................................................................................................................

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Computadores MIMD ....................................................................................................................

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Computadores MTMD ...................................................................................................................

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Computadores MTMD ...................................................................................................................

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Otras taxonomías ...........................................................................................................................

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Arquitectura del Computador Arquitectura de computadoras La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para par a varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.

También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

Existen tres modelos de arquitectura: La clásica, la segmentada y la de multiprocesamiento (moderna). ARQUITECTURA CLASICA:

El modelo clásico de arquitectura de computadoras fue diseñado por Jhon Von Newman que consta de los siguientes elementos: Dispositivos de entrada, de proceso, de almacenamiento y de salida DISPOSITIVOS DE ENTRADA Un dispositivo de entrada le permite comunicarse con una computadora .puede utilizarlo para ingresar información y emitir comandos .el teclado, el mouse y el joystick son ejemplos. DISPOSITIVO SALIDA Un dispositivo de salida le permite a una computadora comunicarse con usted. Estos dispositivos muestran la información en una pantalla, crean copias impresas o generan sonidos. Algunos ejemplos son el monitor, la impresora y los parlantes. PROCESADOR





Arquitectura del Computador ALMACENAMIENTO El dispositivo de almacenamiento se utiliza para colocar información en medios dealmacenamiento .La computadora emplea la información almacenada en esos medios para realizar tareas. Algunos ejemplos de estos dispositivo son las unidades de disco disco duro, disquetes, CD-ROMgrabable, cintas y dvd-rom. MODELO DE VON NEUMANN Las computadoras digitales actuales se ajustan al modelo propuesto por el matemático John Von Neumann. De acuerdo con él, una característica importante de este modelo es que tanto los datos como los programas, se almacenan en la memoria antes de ser utilizados.

Neumann, John von (1903-1957).

Matemático húngaro nacionalizado estadounidense nacido el 3 de diciembre de 1903 en Budapest y fallecido el 8 de febrero de 1957 en Washington, D. C. Su verdadero nombre era Johann Von Neumann, y estudió química en la Universidad de Berlín, y obtuvo el doctorado en Ingeniería química en la Escuela de Tecnología de Zürich en 1926. Ese mismo año obtuvo un doctorado en Matemáticas por la Universidad de Budapest con un trabajo sobre teoría de grupos, siguiendo un método axiomático y en el que se da la definición de número ordinal que se acepta en la actualidad. Fue lector en la Universidad de Berlín entre los años 1926 y 1929 y en la Universidad de Hamburgo en 1930, época en la que centró su interés en el tratamiento de operadores o peradores inherente a la mecánica cuántica. Durante la segunda mitad mit ad de la década de los treinta





Arquitectura del Computador operadores que definen dicho espacio, y que es una de las más poderosas herramientas de análisis en teoría cuántica. Von Neumann frente a una de las primeras computadoras.

Interesado en la década de los cincuenta en el desarrollo de las computadoras, investigó el llamado diseño local, que se refiere a cómo obtener respuestas fiables y precisas de una máquina que no lo es, y desarrolló métodos para obtener respuestas aleatorias de la memoria de un ordenador. Suya es la división de un ordenador en cuatro componentes memoria, unidad lógica y aritmética, unidad de control y dispositivos periféricos- que tienen todos los ordenadores en la actualidad y que se conoce como arquitectura de Von Neumann. Fue nombrado miembro de la comisión de Energía Atómica de su país en 1955, y un año más tarde t arde se le concedió el premio Enrico Fermi en reconocimiento a su su labor en el diseño de computadoras. ARQUITECTURA SEGMENTADAS Consiste en la segmentación del procesador (pipe-line), descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez. La arquitectura en pipeline (basada en filtros) consiste en ir transformando t ransformando un flujo de datos en un proceso comprendido por varias va rias fases secuenciales, siendo la entrada de cada una la salida.

ARQUITECTURA MULTIPROCESAMIENTO (Arquitectura moderna) SMP es el acrónimo de SymmetricMulti-Processing, multiproceso simétrico. Se trata de un tipo de arquitectura de ordenadores en que dos o más procesadores comparten una única memoria central.

Los sistemas SMP permiten que cualquier procesador trabaje en cualquier tarea sin







Arquitectura del Computador Una computadora SMP se compone de microprocesadores independientes independie ntes que se comunican con la memoria a través de un bus compartido. Dicho bus es un recurso de uso común. Por tanto, debe ser arbitrado ar bitrado para que solamente un microprocesador lo use en cada instante de tiempo. Si las computadoras con un solo microprocesador tienden a gastar considerable tiempo esperando a que lleguen los datos desde la memoria, SMP empeora esta situación, ya que hay varios parados en espera de datos. Propone modificaciones en la arquitectura del equipo físico y mejoras y nuevas prestaciones enel tiempo lógico. Un ejemplo en el primer aspecto as pecto es la arquitectura Harvard, que estáespecialmente diseñada para atacar las debilidades de la arquitectura Von Neumann, la solución, conceptualmente, es harto sencilla, se construye un procesador que está unido a dos tipos de memoria diferentes por medio de dos buses independientes. La memoria de datos y la memoria de instrucciones son independientes, almacenándose en ellas los datos y el programa, respectivamente. Para un procesador de tipo t ipo RISC “Computador de Juego de InstruccionesReducido”, el

conjunto de instrucciones y el bus de la memoria de programa pueden diseñarse demanera tal que todas las instrucciones tengan la misma longitud que la posición de la memoria y lomismo con los datos. Además, como los buses de ambas memorias son independientes, la CPUpuede estar accediendo a los datos para completar la ejecución de una instrucción, y al mismotiempo estar leyendo la próxima instrucción a ejecutar.Una forma de potenciar el aislamiento entre las instrucciones y los datos es la incorporación dememorias caché ultrarápidas, que como sucede en los últimos modelos Pentium, una se encarga deguardar los datos que va a precisar la CPU y otra las instrucciones.





Arquitectura del Computador Las arquitecturas de computadores se caracterizan por el hardware que destinan a atender a los flujos de instrucciones y datos. Flynn propuso 4 categorias: SISD: Simple flujo de instrucciones, simple flujo de datos. MISD: Múltiple flujo de instrucciones, simple flujo de datos. SIMD: Simple flujo de instrucciones, múltiple flujo de datos. MIMD: Múltiple flujo de instrucciones, múltiple flujo de datos. Después introdujo una quinta clasificación separada un poco de las cuatro anteriores: MTMD: Múltiple tareas, múltiple flujo de datos. Computadores SISD

Responden a los monoprocesadores convencionales (tipo Von Neumann) que más se usan. Al disponer de una única Unidad de Proceso (Camino de Datos) sólo existe un Flujo de Instrucciones y un Flujo de Datos. Computadores MISD Existen n Unidades de Proceso, cada una con su propia Unidad de Control y sus s us propias instrucciones, pero operando sobre el mismo flujo de datos, datos , de forma que la salida de un procesador pasa a ser la entrada (operandos) del siguiente en el macrocauce de los datos. Se hacen diferentes operaciones con los mismos datos. ninguna materialización real de este tipo. Computadores SIMD Flujo único de instrucciones y Flujo múltiple de Datos. Sólo hay una Unidad de Control que controla las diferentes Unidades de Proceso. Todas la Unidades de Proceso reciben la misma instrucción, pero operan sobre so bre los diferentes datos procedentes de la memoria





Arquitectura del Computador Computadores MIMD Este tipo de computadora se basa en el paralelismo como las SIMD, la diferencia es que la arquitectura MIMD es asíncrona. No tiene un reloj central. Cada procesador en un sistema MIMD puede ejecutar su propia secuencia de instrucciones y tener sus propios datos. Esta característica es la más general y poderosa de esta clasificación.

Es una agrupación de monoprocesadores convencionales, cada uno con su Unidad de Control, su Unidad de Proceso y su memoria local. Cada uno dispone de su Flujo de Instrucciones y de su Flujo de Datos, trabajan en paralelo y de forma asíncrona y están est án comunicados entre ellos igual que los SIMD. Usan la memoria compartida o bien la red de interconexión. Computadores MTMD

Estos computadores surgen como una extensión a la clasificación de Flynn, algo restringida al contemplar la ejecución sólo a nivel de instrucciones. Múltiples Tareas con Múltiples Flujos de Datos. Son como los computadores MIMD, la única diferencia es la tarea que se aplica a cada Unidad de Proceso. Estos computadores son capaces de ejecutar concurrentemente un número determinado de tareas, cada una con su propio conjunto de datos. Computadores MTMD Estos computadores surgen como una extensión a la clasificación de Flynn, algo restringida al contemplar la ejecución sólo a nivel de instrucciones. Múltiples Tareas con Múltiples Flujos de Datos.

Son como los computadores MIMD, la única diferencia es la tarea que se aplica a cada Unidad de Proceso. Estos computadores son so n capaces de ejecutar concurrentemente un número determinado de tareas, cada una con su propio conjunto de datos. Otras taxonomías Existen otras taxonomías que no son tan populares como la de Flynn entre las que





Arquitectura del Computador unidad de proceso está preparada para realizar operaciones con los datos leídos de esta forma. 3. Tipo 3: Es una combinación de las arquitecturas anteriores; está formada por una memoria bidimensional a la que acceden dos UP que operan en consecuencia a la lectura que realizan, horizontal o vertical. La UC supervisa las dos UP. 4. Tipo 4: Existen múltiples UP conectadas a una sola UC, que recibe órdenes de una Memoria de Instrucciones. Cada UP trabaja con una Memoria local de Datos. No N o existe ninguna comunicación entre ellas. 5. Tipo 5: Es similar a la anterior, pero las UP se encuentran interconectadas entre ellas, pudiendo así la misma UP acceder a varios módulos de memoria. 6. Tipo 6: En esta arquitectura se integran la UP y la Memoria local en un solo componente, que lógicamente estará conectado a una UC. U C. Esta clasificación es bastante incompleta, y queda poco determinado el tipo de paralelismo pa ralelismo que se puede encontrar en un sistema. Además, tampoco diferencia, por ejemplo, sistemas que implementen la segmentación dentro de la Unidad de Proceso y/o Unidad de Control, de los que no las utilicen. Otra taxonomía es la “Estructural” que no se basan sólo en el paralelismo para clasificar

los computadores, sino que estudian también el modo de tratar los datos, la existencia de segmentación y su tipo. Es una aproximación a la clasificación global y en la que intervienen varios criterios, incluyendo la aplicación o no de técnicas de paralelismo en distintos niveles.






Conclusiones

Actualmente el uso de computadoras esta muy extendido en nuestras actividades cotidianas, nos proporcionan mayor rapidez en nuestras tareas así como la posibilidad de manejar gran cantidad de datos. Así As í podemos percibir como de un tiempo a esta parte las computadoras ganan terreno en las actividades humanas, su capacidad de cálculo, de procesar datos, generar información e incluso simular procesos las convierten en herramientas indispensables únicamente limitadas por su propia capacidad.

Arquitectura Clasica y Moderna

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