Arquitecturas Clasicas

Modelo de  Arquitectura de Computadoras UNIDAD 1 “ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS INSTUTO TECNO!O"ICO SUPERIOR DE  #A!!ADO!ID  #A!!ADO!ID

 ARQUITECTURA DE COMPUT COMPUTADORAS ADORAS C!ASICAS SE"$N #ON NEUMANN% •

El Concepto de von Neumann. !os primeros computadores se pro&rama'a( e( realidad re ca'le)(dolos% Esto pr)cticame(te equi*al+a a reco(struir todo el computador cua(do se requer+a de u( (ue*o pro&rama% !a tarea era simpli,cada &racias a u( pa(el de co(tactos co( el que era posi'le e(la-ar circuitos para crear seccio(es dedicadas a u(a acti*idad espec+,cas% !a pro&ramaci.( del computador se lle*a'a a ca'o/ literalme(te/ reco(stru0(dolo%

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Mie(tras que el re ca'lear al computador esta'lec+a u(a clara disti(ci.( e(tre los datos 2represe(tados por los estados o se3ales elctricas que ser+( ma(te(idas por los rele*adores o a tra*s de los 'ul'os que co(4orma'a( al computador5 0 el pro&rama 2las co(e6io(es que ser+a( esta'lecidas e(tre estos compo(e(tes del 7ard8are5 la la'or de 9pro&ramaci.(9 requer+a si(o del propio creador del computador si a u( *erdadero e6perto 0 co(ocedor de electr.(ica/ pri(cipios de l.&ica di&ital 0 del pro'lema mismo%

ORIGEN El (acimie(to de la arquitectura #o( Neuma(( sur&e a ra+de u(a cola'oraci.( e( el pro0ecto ENIAC del matem)tico de or+&e( 7:(&aro/ ;o7( #o( Neuma((% o Este tra'a? e( el la'oratorio at.mico de !os  Alamos cua(do se e(co(tr. co( u(o de los co(structores de la ENIAC o #o( Neuma(( se i(teres. por el pro'lema de la (ecesidad de 9reca'lear9 la m)qui(a para cada (ue*a tarea% o

EMBOTELLAMIENTO DE VON NEUMANN 

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!a separaci.( e(tre la CPU 0 la memoria lle*a al em'otellamie(to de #o( Neuma(( Procesamie(to limitado de datos

LA ARQUITECTURA DE VON NEUMANN SE COMONE DE TRES ELEMENTOS! 1% !a U(idad Ce(tral de Procesamie(to 2CPU/ por sus si&las e(

i(&ls5% I(ter(ame(te co(siste de u(a U(idad Aritmtico@ !.&ica 2A!U5/ u( co(
% !a memoria/ que es do(de datos 0 pro&rama es almace(ado% !a

memoria puede ser *isto como u( arre&lo u(idime(sio(al ,(ito e( la que cada localidad es ide(ti,cada por u( *alor asociado a su posici.( 0 que es com:(me(te llamado direcci.(% Se clasi,ca( e( dos &ra(des &rupos por tipo de uso al que de desti(a% •

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!a memoria RAM 2Ra(dom Access Memor0/ Memoria de Acceso Aleatorio5% !a memoria ROM/ Es usada pri(cipalme(te para el almace(amie(to de peque3os pro&ramas desti(ados a la admi(istraci.( ')sica de recursos/ especialme(te de e(trada 0 salida%

B% !as i(ter4aces de e(trada 0 salida 2IO5% desti(adas a li'erar de

tra'a
ESQUEMA DE !A ARQUITECTURA DE #ON NEUMANN%

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!a arquitectura *o( Neuma(( se re,ere a las arquitecturas de computadoras que utili-a( el mismo dispositi*o de almace(amie(to ta(to para las i(struccio(es como para los datos 2a di4ere(cia de la arquitectura ar*ard5% El trmi(o se acu3. e( el docume(to irst Dra4t o4 a Report o( t7e ED#AC 21=>F5/ escrito por el co(ocido matem)tico ;o7( *o( Neuma((/ que propuso el co(cepto de pro&rama almace(ado% Dic7o docume(to 4ue redactado e( *istas a la co(strucci.( del sucesor de la computadora ENIAC/ 0 su co(te(ido 4ue desarrollado por Presper EcGert/ ;o7( Mauc7l0/ Art7ur HurGs/ 0 otros dura(te *arios meses a(tes de que #o( Neuma(( redactara el 'orrador del i(4orme%

!os orde(adores co( arquitectura #o( Neuma(( co(sta( de ci(co partes !a u(idad aritmtico@l.&ica o A!U/ la u(idad de co(trol/ la memoria/ u( dispositi*o de e(tradasalida 0 el 'us de datos que proporcio(a u( medio de tra(sporte de los datos e(tre las disti(tas partes%

"UNCIONAMIENTO DEL MODELO VON NEUMANN O'tie(e la si&uie(te i(strucci.( desde la memoria e( la direcci.( i(dicada por el co(tador de pro&rama 0 la &uarda e( el re&istro de i(strucci.(% o Aume(ta el co(tador de pro&rama e( la lo(&itud de la i(strucci.( para apu(tar el si&uie(te% o Descodi,ca la i(strucci.( media(te la u(idad de co(trol% Jsta se e(car&a de coordi(ar el resto de compo(e(tes del orde(ador para reali-ar u(a 4u(ci.( determi(ada% o Se e
UN ORDENADOR CON ARQUITECTURA VON NEUMANN REALI#A O EMULA LOS SIGUIENTES ASOS SECUENCIALMENTE! 1% O'tie(e la si&uie(te i(strucci.( desde la memoria e( la

direcci.( i(dicada por el co(tador de pro&rama 0 la &uarda e( el re&istro de i(strucci.(%

%  Aume(ta el co(tador de pro&rama e( la lo(&itud de la i(strucci.( para apu(tar a la si&uie(te%

B% Descodi,ca la i(strucci.( media(te la u(idad de co(trol% Jsta se e(car&a de coordi(ar el resto de compo(e(tes del orde(ador para reali-ar u(a 4u(ci.( determi(ada%

>% Se e
co(tador del pro&rama/ permitie(do as+ operacio(es repetiti*as% El co(tador puede cam'iar tam'i( cua(do se cumpla u(a cierta co(dici.( aritmtica/ 7acie(do que el orde(ador pueda Ktomar decisio(esK/ que puede( alca(-ar cualquier &rado de comple
LOS ORDENADORES CON ESTA  ARQUITECTURA CONSTAN DE CINCO ARTES! 

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CPU U(idad Ce(tral de Proceso% !a U(idad de Co(trol 2UC5% !a memoria% U( dispositi*o de e(tradasalida% Huses de i(terco(e6i.(%

IDAD CENTRAL DE ROCESO SE COMONE   A!U U(idad Aritmtica !.&ica%  ACC Acumulador% IP Apu(tador de i(struccio(es% ID Decodi,cador de i(struccio(es% CCR Re&istro de c.di&o de i(struccio(es%

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Un$dad A%$tm&t$ca L'($ca )ALU*! Es u( circuito di&ital que calcula operacio(es aritmticas 2sumas/ restas/ etc%5 0 operacio(es l.&icas 2NOT/ OR/ AND/ etc%5% Un$dad de Cont%ol )UC*! Es u(a u(idad e(car&ada de acti*ar o desacti*ar los di*ersos compo(e(tes del microprocesador/ e( 4u(ci.( de la i(strucci.( que se est e
RIMEROS ORDENADORES BASADOS EN  ARQUITECTURAS VON NEUMANN •

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!a primera sa&a se 'asa'a e( u( dise3o que 4ue utili-ado por muc7as u(i*ersidades 0 empresas para co(struir sus equipos% E(tre estos/ s.lo I!!IAC 0 ORD#AC te(+a( u( co(5 HESL e( Estocolmo 21=FB5 HESM@1 e( Mosc: 21=F5 DASL e( Di(amarca 21=FF5 Milesto(esEIAC PERM e( Mu(ic7 21=F5 Computer/ 1=FF SI!!IAC e( S0d(e0 21=F5

DESVENTA,AS DEL MODELO! o

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!a pri(cipal des*e(ta
 ARQUITECTURA -ARVARD. •

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Esta arquitectura sur&i. e( la u(i*ersidad del mismo (om're/ poco despus de que la arquitectura #o( Ne8ma( apareciera e( la u(i*ersidad de Pri(ceto(% El (om're pro*ie(e del computador ar*ard MarG I%  Al i&ual que e( la arquitectura #o( Ne8ma(/ el pro&rama se almace(a como u( c.di&o (umrico e( la memoria/ pero (o e( el mismo espacio de memoria (i e( el mismo 4ormato que los datos% Por e
QU/ ES LA ARQUITECTURA -ARVARD0

Es u(a arquitectura de computadora co( pistas de almace(amie(to 0 de se3al 4+sicame(te separadas para las i(struccio(es 0 para los datos%

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u(cio(amie(to

CARACTERISTICAS •

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Tie(e la u(idad ce(tral de proceso 2CPU5 co(ectada a dos memorias 2u(a co( las i(struccio(es 0 otra co( los datos5 por medio de dos 'uses di4ere(tes% U(a de las memorias co(tie(e solame(te las i(struccio(es del pro&rama 2Memoria de Pro&rama5/ 0 la otra s.lo almace(a datos 2Memoria de Datos5%  Am'os 'uses so( totalme(te i(depe(die(tes lo que permite que la CPU pueda acceder de 4orma i(depe(die(te 0 simult)(ea a la memoria de datos 0 a la de i(struccio(es% Huses i(depe(die(tes/ estos puede( te(er disti(tos co(te(idos e( la misma direcci.( 0 tam'i( disti(ta lo(&itud% E( esta arquitectura se utili-a( dispositi*os separados para las i(struccio(es  0 los datos/ para que 7a0a ma0or rapide- se utili-a la memoria cac7e di*idida/ para procesar los datos e i(struccio(es/ es e4ecti*o cua(do la lectura de datos e i(struccio(es es la misma%

DIAGRAMA A BLOQUES DE LA  ARQUITECTURA -ARVARD

E,EMLOS •

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U( e@'its para memoria de pro&ramas 0 u( 'us i(depe(die(te de @'its para acceder a la memoria de datos%

 VENTA,AS •

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Esta arquitectura se usa pri(cipalme(te e( procesadores de se3ales di&itales como el audio 0 el  *ideo%  Acceso simult)(eo a m)s de u(a memoria del sistema El tiempo de acceso a las i(struccio(es puede superpo(erse co( el de los datos/ lo&ra(do u(a ma0or *elocidad e( cada operaci.(%  El tama3o de las i(struccio(es (o est) relacio(ado co( el de los datos/  0 por lo ta(to puede ser optimi-ado para que cualquier i(strucci.( ocupe u(a sola posici.( de memoria de pro&rama/ lo&ra(do as+ ma0or  *elocidad 0 me(or lo(&itud de

DESVENTA,AS •

E( la actualidad la ma0or+a de los procesadores moder(os se co(ecta( al e6terior de ma(era similar a la arquitectura #o( Ne8ma(% No es u(a arquitectura mu0 usada% De'e( poseer i(struccio(es especiales para acceder a ta'las de *alores co(ta(tes que pueda ser (ecesario i(cluir e( los pro&ramas 0a que estas ta'las se e(co(trara( 4+sicame(te e( la memoria de pro&rama% Co(sume muc7as l+(eas de ES del procesador/ por lo que e( sistemas do(de el procesador esta u'icado e( su propio e(capsulado/ solo se utili-a e( supercomputadoras% Cua(do solo 7a0 u(a memoria cac7e la di*ide e( dos dismi(u0e(do el re(dimie(to e( caso de que las i(struccio(es o los datos (o te(&a el mismo espacio •

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DI"ERENCIA CON VON NEUMANN •

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Este tipo de arquitectura se di4ere(cia de la arquitectura #o( Neuma(( porque utili-a u( sistema de almace(amie(to separado 4+sicame(te para las i(struccio(es 0 para los datos% !as i(struccio(es 0 los datos se almace(a( de ma(era separada e( la memoria cac7% Tam'i( por la separaci.( de los datos 0 las i(struccio(es que se comu(ica( co( la u(idad ce(tral de proceso e( dos memorias separadas/ co( lo que tam'i( se usa( disti(tos 'uses de i(4ormaci.(%  Au(que es com:( u( :(ico 'us de direccio(es/ co( u( co(trol que di4ere(cie e(tre am'as memorias%

COMARACI1N

INTE"RANTES DE! EQUIPO •

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HR% POOT CANCE ;OSUE ;O#ANI HR% POOT TUN DANIE! A!E;ANDRO HR% ARE!!ANO A#I!ES OSCAR  HR% ;IMENE SANCE ;OSE SA!#ADOR  HR% ROMAN DU! ;ONATAN U!ISES HR% TORRES NO#E!O "I!MER ;ESUS