UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA
CURSO
:
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS DOCENTE
:
ING. JOSE R. SANDOVAL JIMENEZ INTEGRANTE
:
ADANAQUE TEJADA MANUEL
Lambayeque, febrero del 2013
INTRODUCCION A pesar de que el bus tiene una significación muy elemental en la forma de funcionamiento de un sistema de ordenador, el desarrollo del bus del PC representa uno de los capítulos más oscuros en la historia del PC. Aunque lBM intentó conseguir un sistema abierto y de hacer pública todo tipo de información, interrumpió la documentación de los pasos exactos de las señales del bus, seguramente bajo el supuesto de que nadie necesitaría esta información. EI bus representa básicamente una serie de cables mediante los cuales pueden cargarse datos en la memoria y desde allí transportarse a la CPU. Por así decirlo es la autopista de los datos dentro del PC ya que comunica todos los componentes del ordenador con el microprocesador. El bus se controla y maneja desde la CPU. El objetivo de conectar una tarjeta a un bus de expansión es que ésta funcione como si estuviera directamente conectada al procesador. Con el fin de hacer factible estas características el bus de expansión XT presentaba el mismo ancho de bus (8 bits) y operaba a la misma velocidad de reloj (4.77 MHz) que el propio procesador 8088. Con la evolución de los procesadores también hubo una revolución en los buses que se habían quedado obsoletos. Así cuando en 1984 IBM presenta el PC AT (con el procesador Intel 80286) se rompió la aparentemente inquebrantable relación entre bus y microprocesador. Aunque en la practica el reloj del procesador de un AT funciona a la misma velocidad que su reloj de bus, IBM había abierto la puerta a la posibilidad de que este último fuese más rápido que el reloj del bus. Así pues el bus que incorporó el AT fue de un ancho de banda de 16 bits funcionando a 8.33 Mhz. Este enfoque de diseño no oficial se denominó oficialmente ISA (Industry Standard Arquitecture) en 1988.
CUESTIONARIO Nº2
Buses de Interconexión 1. Enumere y defina brevemente los estados posibles que determinan la ejecución de una instrucción.
1.1. Calculo de la dirección de la instrucción: Determina la dirección de la siguiente instrucción a ser ejecutada. Implica añadir un número fijo a la dirección de la instrucción previa. 1.2. Captación de instrucción: La CPU lee las instrucciones del lugar en donde se Encuentren en la memoria. 1.3. Decodificación de la operación indicada en la instrucción: Analiza las instrucciones y determina el tipo de operación a realizar y el tipo de operador a utilizar. 1.4. Caculo de dirección operando: Determina la dirección del operando ya sea en memoria o en dispositivo de E/S. 1.5. Captación de operando: Capta el operando desde memoria o lee desde dispositivos de E/S. 1.6. Operación con los datos: Realiza la operación indicada en la instrucción. 1.7. Almacenamiento de operando: Escriba la respuesta en la memoria o dispositivos E/S.
2. Enumere y defina brevemente dos aproximaciones para gestionar las interrupciones múltiples. •
Interrupción Inhabilitada: El procesador puede y debe ignorar la señal de interrupción, es decir el procesador ignora a la interrupción. La interrupción se mantiene pendiente y es examinada una vez q sea activada la interrupción.
•
Definir prioridades para las interrupciones: Permitir que una interrupción de prioridad alta pueda interrumpir a un gestor de menor prioridad.
3. ¿Qué tipos de transferencias debe permitir la estructura de interconexión (por ejemplo un bus) de un computador ?
•
Memoria a procesador.-el procesador lee una instrucción o un dato desde la memoria.
•
Procesador a memoria.-el procesador escribe un dato en la memoria.
•
E/S a Procesador.-el procesador lee datos de un dispositivo de E/S a través de un modulo
de E/S.
4. ¿Qué ventajas tiene una arquitectura de varios buses frente a otra de bus único? •
Aumento de velocidad en transferencias simultaneas
•
Existen más líneas para enviar y recibir datos
•
Reduce el congestionamiento de datos
•
Mejora el rendimiento de la CPU.
5. La máquina hipotética visto en clase, también tiene dos instrucciones de E/S 0011=Cargar AC desde E/S 0111=Almacenar AC en E/S En estos casos, la dirección de 12 bits identifica un dispositivo concreto de E/S. Muestre la ejecución del programa (utilizando el mismo formato, de ejemplo) para el siguiente programa: 1. Cargar AC desde el dispositivo 5 2. Sumar el contenido de la posición de memoria 940 3. Almacenar AC en el dispositivo 6
Asuma que el siguiente valor obtenido desde el dispositivo 5 es 3 y que la posición 940 almacena el valor 2 6. Considere un hipotético microprocesador de 32 bits cuyas instrucciones de 32 bits están compuestos por dos campos: el primer byte contiene el código de operación (codop) y los restantes un operando inmediato o una dirección de operando a) ¿cuál es la máxima capacidad de memoria en (Bytes) direccionable directamente? b) Discuta el impacto que se produciría en la velocidad del sistema si el microprocesador tiene: 1. Un bus de dirección local de 32 bits y un bus de datos local de 16 bits, o 2. Un bus de dirección local de 16 bits y un bus de datos local de 16 bits 7. El microprocesador 8086 de Intel es un procesador similar en muchos aspectos al procesador de 8 bits 8088. El 8086 utiliza un bus de 16 bits que puede trasferir dos bites a la vez, siendo par la dirección del bit menos significativo. Sin embargo, el 8086 permite palabras de operandos alineadas tanto en direcciones pares (even-aligned) como impares (oddaligned). Si se hace referencia a una palabra alineada en una dirección impar se necesitan dos ciclos, cada uno de 4 ciclos de reloj de bus, para transferir la palabra. Considere una instrucción del 8086 que utiliza dos operandos de 16 bits. ¿Cuánto tiempo se tarda en captar los dos operandos según las distintas posibilidades? Considere que la frecuencia del reloj es de 4Mhz y no hay estados de espera.
8. Considere un microprocesador de 32 bits cuyo ciclo de bus tiene la misma relación que un procesador de 16 bits. Asuma que, en promedio, el 20% de los operandos e instrucciones son de 32 bits, el 40% son de 16 bits y el 40% son de 8 bits. Calcule la mejora que se consigue en la captación de instrucciones y operandos con el microprocesador de 32 bits.
9. Considere un microprocesador de 32 bits, con un bus externo de 16 bits y con una entrada de reloj de 8 MHz. Asuma que el procesador tiene un ciclo de bus cuya duración mínima es igual a 4 ciclos de reloj. ¿Cuál es la velocidad de transferencia máxima que puede sostener el microprocesador? Para incrementar sus prestaciones, ¿sería mejor hacer que su bus externo de datos sea de 32 bits o doblar la frecuencia de reloj que se suministra al microprocesador? Establezca las suposiciones que considere y explíquelo. Ayuda: determine el número de Bytes que pueden transferirse por ciclo de bus.
Memoria 10. ¿Qué diferencias hay entre acceso secuencial, acceso directo y acceso aleatorio? El método de acceso aleatorio es la forma en que la computadora accede a los datos de manera directa y veloz, sin interactuar directamente con datos ó espacio físico dónde se encuentran otros datos. El método de acceso secuencial es la forma en que la computadora accede a los datos de manera que es necesario interactuar directamente con los datos ó el espacio físico dónde se encuentran otros datos. El acceso directo es un término usado para describir la capacidad de un equipo para localizar y recuperar datos inmediatamente desde un dispositivo de almacenamiento sin tener que empezar desde el principio y leer toda la información hasta que el dato solicitado se encuentra.
11. ¿Cuál es la relación general entre tiempo de acceso, costo y capacidad de memoria? •
A menor tiempo de acceso mayor coste.
•
A mayor capacidad menor coste por bit.
•
A mayor capacidad menor velocidad.
12. ¿Cómo se relaciona el principio de localidad con el uso de múltiples niveles de memoria?
El nivel más cercano al procesador debe ser rápido y puede ser reducido; en el siguiente nivel la memoria no tiene que ser tan rápido ya que accederemos menos veces, y por razones de coste puede ser más amplia. Localidad temporal: un elemento referenciado tiende a ser referenciado nuevamente pronto. •Localidad espacial: los elementos cercanos a uno referenciado tienden a ser referenciados pronto.
13. ¿Cuáles son las propiedades claves de las memorias semiconductoras? •Presentan dos estados estables (o semiestables), que pueden emplearse para representar el 1 y el 0 binarios. •Puede escribirse en ellas (al menos una vez), para fijar su estado. •Puede leerse para detectar su estado.
14. Qué diferencia hay, en cuanto a aplicaciones, entre DRAM y SRAM?
Las SRAM son más rápidas se utiliza como caché y la DRAM como memoria principal.
15. Explique porque uno de los tipos de RAM se considera analógico y el otro digital
Porque la DRAM aunque almacena 0 y 1, puede almacenar cualquier valor de carga dentro de un rango, y su comparación con un valor umbral determina si esa carga se interpreta como uno o cero. La SRAM es digital porque se basan en los mismos elementos que se usan en el procesador, los valores binarios se almacenan utilizando configuraciones de puertas que forman bits estables.
16. Indique algunas aplicaciones de la ROM
Las microcomputadoras personales y de empresas usan ROM para almacenar sus programas de sistema operativo y sus intérpretes de lenguaje (BASIC). Los productos que tienen una microcomputadora para controlar su operación utilizan ROM para almacenar programas de control. Los programas de microcomputadora que se almacenan en ROM se conocen como programas firma (firmware) ya que no están sujetos a cambios.
17. ¿Qué diferencias hay entre las memorias EPROM, EEPROM y flash?
EPROM.- Erasable PROM, memoria borrable. Está memoria fue de las más usadas en la antigüedad son las que traen una ventanita de vidrio a la mitad del encapsulado. Solo pueden programarse si se les borra antes exponiéndolas durante cierto tiempo a la luz ultravioleta. Esto introduce voltaje a las celdas para que después puedan ser grabadas. EEPROM.- Electrical EPROM, memoria borrable electrónicamente. Esta memoria puede ser borrada por medios electrónicos a través de una terminal conocida como Vpp. Los voltajes de borrado son de aprox. 13v. FLASH= Si la traducimos sería como rápida, y así lo es. Es igual que una EEPROM su diferencia radica en la velocidad de grabado de los datos, además que el voltaje usado para borrar es de 5v o 3.3v dependiendo de la memoria. Es la más usada actualmente y existe un sin número de variantes. Otra gran diferencia es la capacidad ya que las flash alcanzan ahora hasta los 80Gb y las usan como HDD en algunas PC’s. Otra mejora notable es el ciclo de borrado/escritura que le permite a una memoria trabajar cierto tiempo.
18. ¿Qué es un bit de paridad?
Un bit de paridad es un dígito binario que indica si el número de bits con un valor de 1 en un conjunto de bits es par o impar. Los bits de paridad conforman el método de detección de errores más simple.
19. Sugiera razones por las que las RAM han sido tradicionalmente organizadas en un solo bit por chip mientras que las ROM están normalmente organizadas en múltiples bits por chip 20. Considere una RAM dinámica a la que debe darse un ciclo de refresco 64 veces por milisegundo. Cada operación de refresco requiere 150 ms; un ciclo de memoria requiere 250 ns ¿Qué porcentaje del tiempo total de funcionamiento de la memoria debe dedicarse a los refrescos? 21. Código Hamming: indique que ocurre cuando el error se produce en uno de los bits de comprobación en lugar de un bit de datos 22. Considere la siguiente palabra de 8 bits almacenada en memoria: 11000010. Utilizando el algoritmo de Hamming, determine que bits de comprobación se memorizarían junto con la palabra de datos. Muestre cómo ha obtenido el resultado.
24 -1 >= 8 + 4 12
1
1
0
0
M8
11
1
0
1
1
M7
10
1
0
1
0
M6
9
1
0
0
1
M5
8
1
0
0
0
C8
7
0
1
1
1
M4
6
0
1
1
0
M3
5
0
1
0
1
M2
4
0
1
0
0
C4
3
0
0
1
1
M1
2
0
0
1
0
C2
1
0
0
0
1
C1
M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 1
1
0
0
0
0
1
0
Para k1 C1 = M1 M2 M4 M5 M7 = 0 0 1 0 = 0 C2= M1 M3 M4 M6 M7 = 0 0 0 1 = 1 C4= M2 M3 M4 M8
=
1 00 1= 0
C8= M5 M6 M7 M8
=
00 11 =0
23. Para la palabra de datos de 8 bits 00111001, los bits de comprobación se memorizarían junto con ellas serían: 0111. Suponga que al leer la palabra de memoria se calculan los bits de comprobación: 1101. ¿Cuál es la palabra de datos leída de memoria?
0 1 1 1 1 1 0 1 1
0
1 0 ------posicion 10
24 -1 >= 8 + 4 15 >= 12 bytes
12
1
1
0
0
M8
11
1
0
1
1
M7
10
1
0
1
0
M6
9
1
0
0
1
M5
8
1
0
0
0
C8
7
0
1
1
1
M4
6
0
1
1
0
M3
5
0
1
0
1
M2
4
0
1
0
0
C4
3
0
0
1
1
M1
2
0
0
1
0
C2
1
0
0
0
1
C1
M8 M7 M6 M5 C8 M4 M3 M2 C4 M1 C2 C1 0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
Para k1 C1 = M1 M2 M4 M5 M7 = 1 0 1 10 = 1 C2= M1 M3 M4 M6 M7 = 10 11 0 = 1 C4= M2 M3 M4 M8
=
C8= M5 M6 M7 M8
=
0 010 = 1 1 10 0 =0
Para k2 C1 = M1 M2 M4 M5 M7 = 1 0 1 10 = 1 C2= M1 M3 M4 M6 M7 = 10 1 0 0 = 0 C4= M2 M3 M4 M8
=
C8= M5 M6 M7 M8
=
0 010 = 1 1 00 0 =1
M8 M7 M6 M5 C8 M4 M3 M2 C4 M1 C2 C1 0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
24. ¿Cuáles son las ventajas de usar un sustrato de cristal en un disco magnético?
•
Mejora en la uniformidad de la superficie magnética para incrementar la fiabilidad del disco.
•
Reducción significativa de los defectos en toda la superficie lo que ayuda a reducir los errores de la lectura/escritura.
•
Capacidad para soportar grabaciones de gran proximidad.
•
Mejor rigidez.
•
Mayor capacidad para resistir golpes y daños.
25. ¿Cómo se escriben los datos en un disco magnético? Los mecanismos de escritura hacer uso de la electricidad que fluye a través de una bobina en la cabeza de escritura que produce un campo magnético. Impulsos eléctricos son enviados a la cabeza de escritura, con diferentes patrones de corrientes positiva y negativa. La corriente en la bobina de la cabeza de escritura induce un campo magnético a través del espacio entre la cabeza y el plato de disco magnético, que a su vez magnetiza un área pequeña en el medio de grabación.
26. ¿Cómo se leen los datos en un disco magnético?
Para leer, hay bobinas eléctricas muy pequeñas que detectan la polarización magnética; estas bobinas están montadas sobre brazos que giran y se mueven a través de y muy cerca de la superficie del disco. Estas bobinas de leer la polarización que representa el 1 y 0 de la información binaria almacenada en el disco magnético.
27. Definir los términos: pista, cilindro y sector
Sector: La unidad más pequeña de datos que un dispositivo de almacenamiento magnético saben leer ni escribir o del medio. Cilindro: Un conjunto de una o más pistas de un dispositivo de almacenamiento óptico o magnético giratorio que se pueden leer sin mover la cabeza. Pista : Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.
28. ¿Cuál es el tamaño típico de un sector en un disco? Cada sector almacena una cantidad fija de información. El formateado típico de este medio provee espacio para 512 bytes (para discos magnéticos) ó 2048 bytes (para discos ópticos) de información accesible para el usuario por sector.
29. ¿Qué características comunes comparten todos los niveles RAID? •
RAID es un conjunto de unidades físicas de disco vistas por el sistema operativo como una única unidad lógica.
•
Los datos se distribuyen a través de las unidades físicas del conjunto de unidades.
•
La capacidad de los discos redundantes se usa para almacenar información de paridad que garantice la recuperación de los datos en caso de fallo de disco.
30. Definir brevemente los 7 niveles RAID •
NIVEL 0: los datos del usuario y del sistema están distribuidos a lo largo de todos los discos del conjunto.
•
NIVEL 1: se usan formas de cálculo de parida para establecer redundancia.
•
NIVEL 2: todos los discos miembro participan en la ejecución de cada petición de E/S.
•
NIVEL 3: solo requiere un disco redundante, sin importar lo grande que sea el conjunto de discos.
•
NIVEL 4: es un conjunto de accesos independiente, cada disco opera independientemente.
•
NIVEL 5: distribuye la tira de paridad a lo largo de todos los discos.
NIVEL 6: se hacen dos cálculos de paridad distintos, que se almacenan en
•
bloques separados en distintos discos.
31. Sea un disco con un solo plato con los siguientes parámetros: velocidad de rotación: 7200 rpm; número de pistas de una cara del plato: 30000; número de sectores por pista: 600; tiempo de búsqueda: 1 ms por cada cien pistas atravesadas. El disco recibe una petición de acceso a un sector aleatorio en una pista aleatoria y suponer que la cabeza empieza en la pista 0. a) ¿Cuál es el tiempo de búsqueda promedio? b) ¿Cuál es la latencia rotacional media? c) ¿Cuál es el tiempo de transferencia de un sector? d) ¿Cuál es el tiempo total medio para realizar una petición?
32. Se distingue entre registros físicos y lógicos. Un registro lógico es una serie de datos relacionados tratados como una unidad conceptual, independientemente de donde está almacenada la información. Un registro físico es una zona contigua de espacio almacenaje que viene definida por las características del dispositivo de almacenamiento y por el sistema operativo. Suponer un disco en el que cada registro físico contiene treinta registros lógicos de 120 Bytes. Calcular cuánto espacio en disco (en sectores, pistas y superficies) se necesitarán para almacenar 30 000 registros lógicos si el disco tiene sectores fijos de 512 Bytes por sector, con 96 sectores por pista, 110 pistas por superficie, y ocho superficies útiles. Ignorar cabecera de fichero e índices de pista, y suponer que los registros no pueden ocupar dos sectores. BIBLIOGRAFIA. weblidi.info.unlp.edu.ar/catedras/arquitecturaP2003/index.htm www.informaticamoderna.com/Arq_comp.htm www.alegsa.com.ar/Dic/ disco%20magnetico.php www.alegsa.com.ar/Dic/disco%20magnetico.php
