MODELO DE VON NEUMAN Antes: programar era conectar cables… • Hacer programas era más una cuestión e ingenier!a electrónica • "aa #e$ %ue &ab!a %ue calcular algo istinto &ab!a %ue reconectar too' • (maginen eso) *o&n Von Von Neumann • +,-. / +,01 +,01 • Matemático • 2ublicó 2ublicó 3 publicitó la iea e programa almacenao en memoria • +,40: 52rimer 6orra 6orraor or e un 7eporte sobre la EDVA"8 EDVA"8 #on Neumann • Los atos 3 programas se almacenan en una misma memoria e lectura9escritura • Los contenios e esta memoria se ireccionan inicano su posición sin importar su tipo • Eecución en secuencia ;sal#o %ue se ini%ue lo contrario< • 7epresentación 7epresentación 6inaria "omputaor Memoria 2rincipal Entraa =alia =istema e intercone>ión peri?@ricos L!neas e comunicación Unia "entral e 2roceso "2U "omputaor Estructura ;computaora< "aracter!sticas "aracter!sticas principales • . componentes prin cipales: / "2U: • Unia e "ontrol Unia aritm@tico lógica ;ALU< ;ALU< 7egistros / Memoria principal: • Almacena programas 3 atos / =istema e EntraaB=alia • 2rocesamiento secuencial e instrucciones • Datos binarios • Un sistema e intercone>ión / "onecta la memoria 3 unia e control / Cuer$a la alternación entre ciclos e lectura 3 eecución "omputer Unia Aritm@tica 3 Lógica Unia e "ontrol (ntercone>ión (nterna e la "2U 7egistros "2U (BO Memor3 =3stem 6us "2U Estructura ;"2U< "2U Unia e "ontrol ;U"< • "ontrola toos los componentes • (nterpreta instrucciones / Decoica 3 Eecuta instrucciones' rans?orma rans?orma instrucciones en órenes a otros componentes / 2uee ser programaa por &arFare ;cableaa< 3 5microprogramaa8 ;#arias microinstrucciones por instrucción< Unia Aritm@tico Lógica ;ALU< • 7eali$a operaciones matemáticas 3 lógicas / =umas restas multiplicaciones / An Or Gor / "orrimientos "2U 7egistros • Almacenan atos binarios acceso rápio • De tamao o • De propósito general ;programas< o espec!cos ;acumulaor program counter puntero a memoria etc'< Data2at& • 7e interna %ue comunica la U" con las otras uniaes 3 registros • Mue#e atos entre los i?erentes componentes • "ontrolaa por un relo'
La arquitectura Von Neumann, también conocida como modelo de Von Neumann o arquitectura Princeton, es unaarquitectura unaarquitectura de computadoras basada en la descrita en 1945 por el matemático y físico o!n "on Neumann y Neumann y otros, en el primer borrador de un informe sobre el EDVAC #1 $ste describe una arquitectura de dise%o para un computador di&ital electr'nico con partes que constan
de una unidad una unidad de procesamiento que contiene una unidad aritmético l'&ica yre&istros del procesador , una unidad una unidad de control que contiene un re&istro un re&istro de instrucciones y instrucciones y un contador de pro&rama, una pro&rama, una memoria memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masi"o e(terno, masi"o e(terno, y mecanismos deentrada deentrada y salida#1 ) $l si&nificado !a e"olucionado !asta ser cualquier computador computador de pro&rama almacenado en almacenado en el cual no pueden ocurrir una e(tracci'n de instrucci'n y una operaci'n de datos al mismo tiempo, ya que comparten un busen busen com*n# $sto se conoce como el cuello el cuello de botella Von Neumann y Neumann y muc!as "eces limita el rendimiento del sistema# sistema#+
$l dise%o de una arquitectura Von Neumann es más simple que laarquitectura la arquitectura ar"ard más ar"ard más moderna, que también es un sistema de pro&rama almacenado, pero tiene un con-unto dedicado de direcciones y buses de datos para leer datos desde memoria y escribir datos en la misma, y otro con-unto de direcciones y buses de datos para ir a buscar instrucciones#
Ar qui t e c t ur aRI SC
Enl aar qui t ec t ur ac omput ac i onal , RI SC( del i ng l ésr ed uc edi ns t r uc t i o ns etc omput er )esunt i podemi c r opr oc es adorc onl as s i gui ent esc ar ac t er í s t i c asf undament al es :
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I n s t r u c c i o ne sdet a ma ñofi j oypr e s en t a da senunr e du c i d on úme r odef o r ma t o s .
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Só l ol a si n s t r u c c i o ne sdec ar g aya l ma c en ami e nt oac c e de nal ame mo r i adeda t o s . El obj e t i v odedi s eñarmáqui nascones t aar qui t ec t ur aespos i bi l i t arl as eg ment ac i ónyel par al el i s moenl aej ec uc i óndei ns t r uc c i ones yr e du c i rl o sac c e s osame mo r i a .
Lasmáqui nasRI SC p r o t a go ni z a nl at e nd en c i aac t u ald eco ns t r u c c i ó nd emi c r o pr o c es a do r e s .Po we r PC,DECAl p ha ,MI PS,ARM, SP ARC. . .s o ne j e mp l o sdeal g un osd ee l l o s . RI SCe sun afi l o s o f í adedi s e ñ od eCPUp ar ac omp ut a do r aqu ee s t áaf a v o rd ec o n j u nt o sdei n s t r u c c i o ne spe qu eñ asys i mp l e squ e t o ma nme no rt i e mp op ar ae j e c u t a r s e . El t i p od ep r o c es a do rmá sc omú nme nt eu t i l i z a doeneq ui p osd ee s c r i t o r i o ,e lx 8 6,e s t áb as a doenCI SCe nl u ga rd eRI SC,a un qu e l a sv e r s i o ne smá snu e v a st r a du c e ni n s t r u c c i o ne sba s a da senCI SCx 8 6ai n s t r u c c i o ne smá ss i mp l e sba s a da senRI SCp ar au s o i nt er noant esdesuej ec uc i ón. L ai d eaf u ei n sp i r a dap ore lh ec hod eq uemu ch asdel a sc ar a ct e r í s t i c asqu ee r a ni n cl u i d asenl o sd i s eñ ost r a di c i o na l e sd eCPUp ar a a ume nt a rl av el o ci d ades t a ba ns i e nd oi g no r a da sp orl o spr o gr a ma squ ee r a ne j e cu t a do senel l a s.Ad emá s,l av el o ci d adde l p r o c es a do re nr e l a c i ó nc o nl ame mo r i ad el ac o mp ut a do r aq uea c c ed í ae r ac a dav e zmá sa l t a .Es t oc o nl l e v ól aa pa r i c i ó nd e n ume r o s ast é c ni c a sp ar ar e du c i re lp r o c es a mi e nt ode nt r od el CPU,a s íc o moder e du c i re ln úme r ot o t a ld ea c c es o same mo r i a . Ca r a ct e r i s t i c as :
Enp oc a sp al a br a se s t os i g ni fi c aq uep ar ac u al q ui e rn i v e ld ed es e mp eñ od ad o,u nc h i pRI SCt í p i c a me nt et e nd r áme no st r a ns i s t o r e s d edi c adosal al ó gi c ap r i nc i pal .Es t oper mi t eal osdi s eñador esunafl e xi b i l i dadc ons i d er abl e;as ípueden,porej empl o:
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I nc r ement are lt a mañodel c onj unt oder egi s t r os .
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Ma y orv el oc i da denl aej ec uc i ó ndei ns t r uc c i o nes .
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I mp l e me nt a rme di d asp ar aau me nt a re lp ar a l e l i s moi n t e r n o .
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Añadi rcachésenor mes.
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Añadi ro t r a sf u nc i on al i dade s,c omoE/ Syr el oj espar ami ni c ont r ol ador e s.
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Cons t r u i rl osc hi psenl í ne asdepr oduc c i ónant i guasquedeot r amane r anoser í anut i l i z abl es .
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Noa mp l i a rl a sf u nc i o na l i d ad es ,ypo rl ot a nt oo f r e ce re lc hi pp ar aa pl i c ac i o ne sd eb aj oc on su mod ee ne r g í aod et a ma ño l i mi t ado. L asc ar a c t e r í s t i c a sq ueg en er a l me nt es o ne nc o nt r a da se nl o sd i s e ño sRI SCs o n:
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Co di fi c ac i ó nu ni f o r medei n st r u cc i o ne s,l oqu ep er mi t eun ad ec od i fi c ac i ó nmá sr á pi d a.
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Unconj unt oder e gi s t r oshomogéne o,per mi t i endoquec ual qui err egi s t r os eaut i l i z adoenc ual qui erc on t e xt oyas ís i mpl i fi c ar e ld i s eñod el c ompi l a dor .
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Mo do sd ed i r e c c i o na mi e nt os i mp l ec o nmo do smá sc o mp l e j o sr e emp l a z a do sp ors e c u en c i a sd ei n s t r u c c i o ne sa r i t mé t i c a s s i mp l e s.
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L ost i p osd eda t o ss o po r t a do senel h ar d wa r enos een c u en t r a ne nu namá qu i n aRI SC.
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L osdi s e ño sRI SC t a mb i é np r e fi er e nu t i l i z a rc o moc a r a c t e r í s t i c au nmo de l od eme mo r i aHa r v a r d ,d on del o sc o nj u nt o sd e i n s t r u cc i o ne syl o sco nj u nt o sdeda t o ses t á nc on ce pt u al me nt es ep ar a do s.
RI SC Moder no:
L osdi s e ño sRI SCh anl l e v a doau ng r a nn úme r od ep l a t a f o r ma syar q ui t e c t u r a sa lé x i t o ,a l g un asdel a smá sg r a nd es :
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L al í n eaMI PST e c hn ol o gi e sI n c . ,q ues een c on t r a bae nl ama y o r í ad el a sc o mp ut a do r a sd eSi l i c o nGr a ph i c sha s t a2 00 6,y e st uv oenl asc ons ol asy ades c at al og adasNi nt endo64,Pl a ySt at i onyPl a ySt at i on2.Ac t ual ment es eut i l i z aenl aPl a ySt at i onPor t abl e yal gun osr out er s .
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L as e r i eI BM POWER,u t i l i z a dopr i n c i p al me nt epo rI BM e nSe r v i d or e sys up er o r d en ad or e s .
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Laver si ónPower PC deMot or ol aeI BM ( una ver si óndel aser i eI BM POWER)ut i l i zadaenl osor denador esAmi gaOne, Appl e Maci nt osh como eli Mac,eMac,PowerMac y post er i or es ( hast a 2006) .Act ual ment e se ut i l i za en muchos si st emas e mp ot r a do se na ut o mó v i l e s ,r o ut e r s ,e t c ,a s íc o moe nmu c ha sc o ns o l a sd ev i d eo j u eg os ,c o mol aPl a y s t a t i o n3 ,Xb ox36 0yWi i .
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Elpr ocesadorSPARC y Ul t r aSPARC de Sun Mi cr osys t ems y Fuj i t su,que se encuent r a en susúl t i mos model os de s er v i d or e s( yha st a2 00 8t a mb i é ne ne s t a ci o ne sd et r a ba j o ) .
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El P ARI SCye lHP/ PAd eHe wl e t t Pa c k ar d ,y ad es c a t a l o ga do s .
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El DECAl p hae ns e r v i d or e sHPAl p ha Se r v e ryes t a c i o ne sd et r a ba j oAl p ha St a t i o n,y ade s c at a l o ga do s .
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ElARM –Elp as od eh ar d wa r ed ei n s t r u c c i o ne sx 8 6e no pe r a c i o ne sRI SC l l e gaas e rs i g ni fi c a t i v oe ne lá r e ayl ae ne r g í a p a r ad i s p o s i t i v o smó v i l e sei n t e gr a do s .Po rl ot a nt o ,l o spr o c e s ad or e sARM d omi n anenPAL M,Ni n t e nd oDS,Ga meBo yAd v a nc ey e nmú l t i p l e sPDAs ,Ap pl ei Po ds ,Ap pl ei Ph o ne ,i Po dT o u c h( Sa ms u n gARM1 17 6J ZF ,ARM Co r t e x A8 ,Ap pl eA4 ) ,Ap pl ei Pa d( Ap pl e A4ARM basedSoC) ,vi deocons ol asc omoNi nt endoDS( ARM7TDMI ,ARM946ES) ,Ni nt endoGameBoyAdvanc e( ARM7TDMI ) .
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El At melAVRusadoengr anvar i edaddepr oduct os,desdemandosdel aXboxal oscochesdel aempr esaBMW.
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L ap l a t a f o r maSu pe r Hd e Hi t a c h i ,o r i g i n al me nt eu s a dap a r al a sc o n s ol a sSe g a Su pe r3 2 X,Sa t u r nyDr e amc a s t ,a ho r a f o r ma np ar t ed ee lc o r a z ond emu c ho se qu i p osel e c t r ó ni c o sp ar ae lc o ns u mo . Su pe r He sl ap l a t a f o r mab as ed ee lg r u poMi t s u bi s h iHi t a ch i .Es t o sd osgr u po s,u ni d osen2 00 2,d ej a r o na pa r t el ap r o pi aa r q ui t e ct u r aRI SCd eMi t s ub i s hi ,e lM3 2R.
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L osp r o c e s ad or e sXAPu s a do se nmu c h osc h i p swi r e l e s sd epo c oc o ns u mo( Bl u e t o ot h ,wi fi )d eCSR.
Ent r el asv ent a j a sdeRI SC t e ne mo sl a ss i g ui e nt e s:
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LaCPUt r abaj amasr ápi doal ut i l i z armenosci c l o sd er el oj par aej ec ut ari ns t r uc c i ones .
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Ut i l i z au ns i s t e mad ed i r e c c i o ne sn od es t r u c t i v a se nRAM.Es os i g ni fi c aq uead i f e r e nc i ad eCI SC,RI SC c o ns e r v ad es p ué s d er e al i z ars uso pe r a ci o ne senme mo r i al o sdo sop er a nd osys ur e su l t a do ,r e du ci e nd ol aej e cu ci ó nd en ue v aso pe r a ci o ne s.
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Ca dai n s t r u cc i ó np ue des ere j e cu t a daenuns ol oc i c l ode lCPU ARQUI TECTURARI SC YCI SC Ar qui t e c t ur aCI SC
Enl aar qui t ec t ur ac omput ac i onal , CI SC ( c omp l e xi n s t r u ct i o ns e tc omp ut e r )e sunmo de l odear q ui t e ct ur adec omp ut a do r a . L osmi c r o pr o ce sa do r e sCI SCt i e ne nu nc on j u nt odei n st r u cc i o ne squ es eca r a ct e r i z ap ors ermu yamp l i oype r mi t i ro pe r a ci o ne s c omp l e j a se nt r eo pe r a nd ossi t u ad osenl ame mo r i aoe nl o sr e gi s t r o si n t e r n o s,e nc on t r a po si c i ó nal aa r q ui t e ct u r aRI SC. Es t et i p odear qui t ec t ur adi fi c ul t ael par al el i s moent r ei ns t r uc c i ones ,p orl oque,enl aac t ual i dad,l ama y or í adel ossi s t emasCI SCde a l t or e nd i mi e nt oi mp l e me nt a nu ns i s t e maq uec on v i er t ed i c ha si n s t r u cc i o ne sc omp l e j a se nv a r i a si n s t r u cc i o ne ss i mp l e sd el t i p oRI SC, l l a ma da sg en er a l me nt emi c r o i n s t r u cc i o ne s. L osCI SCp er t e ne ce nal ap r i me r ac or r i e nt ed ec on s t r u cc i ó nd ep r o ce sa do r e s,a nt e sd el d es ar r o l l od el o sRI SC.Ej e mp l o sd ee l l o s s on :Mo t o r o l a68 00 0,Zi l o gZ8 0yt o dal af a mi l i aI n t e lx 86u sa daenl ama y or í ad el a sc omp ut a dor a sp er s on al e sa ct u al e s.
Par ar eal i z arunas ol ai ns t r uc c i ónunc hi pCI SCr equi er edec uat r oadi ezci c l osder el oj . Ent r el asv ent aj asdeCI SC des t ac anl ass i gui ent es :
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Re du cel adi fi c ul t a dd ec r e arc omp i l a do r e s.
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Per mi t er educ i rel c os t ot ot al del s i s t ema.
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Re du c el o sc o s t o sd ec r e ac i ó nd es f t wa r e .
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Me j o r al ac omp ac t a c i ó nd ec ó di g o.
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Fac i l i t al adepur ac i óndeer r or es . Ej e mp l odemi c r o pr o c es a do r e sba s ad ose nl at e c no l o gí aCI SC:
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08 6,8 08 8,8 02 86 ,8 03 8 6,8 04 86 . I nt el8
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Mo t or ol a 6 8 00 0,6 80 10 ,6 80 20 ,6 8 03 0,6 84 0.
