Unidad I: Arquitecturas de cómputo 1.1 Modelos de ... - ITPN

1 Unidad I: Arquitecturas de c mputo Modelos de Arquitecturas de c mputo Cl sicas Estas Arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromec nicas y de tubos de vac o. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayor a de las Arquitecturas modernas Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman). La principal desventaja de esta arquitectura, es que el bus de datos y direcciones nico se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la informaci n que se lee de o se escribe a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales.

2 Esto limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempe o de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman Segmentadas Las Arquitecturas segmentadas o con segmentaci n del cauce buscan mejorar el desempe o realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucci n al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones. De multiprocesamiento Cuando se desea incrementar el desempe o m s aya de lo que permite la t cnica de segmentaci n del cauce (limite te rico de una instrucci n por ciclo de reloj), se requiere utilizar m s de un procesador para la ejecuci n del programa de aplicaci n.

3 Las CPU de multiprocesamiento: SISO (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes SIMO (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales MISO (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado MIMO (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters An lisis de los componentes CPU. La Unidad central de procesamiento, UCP o CPU (por el acr nimo en ingl s de central processing unit), o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos.

4 Los CPU. proporcionan la caracter stica fundamental de la computadora digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los a os 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en d a, el t rmino "CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.

5 La expresi n " Unidad central de proceso" es, en t rminos generales, una descripci n de una cierta clase de m quinas de l gica que pueden ejecutar complejos programas de computadora. Esta amplia definici n puede f cilmente ser aplicada a muchos de los primeros computadores que existieron mucho antes que el t rmino "CPU" estuviera en amplio uso. Sin embargo, el t rmino en s . mismo y su acr nimo han estado en uso en la industria de la inform tica por lo menos desde el principio de los a os 1960. La forma, el dise o y la implementaci n de los CPU ha cambiado dr sticamente desde los primeros ejemplos, pero su operaci n fundamental ha permanecido bastante similar.

6 Los primeros CPU fueron dise ados a la medida como parte de una computadora m s grande, generalmente una computadora nica en su especie. Sin embargo, este costoso m todo de dise ar los CPU a la medida, para una aplicaci n particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o muchos prop sitos. Esta tendencia de estandarizaci n comenz generalmente en la era de los transistores discretos, computadoras centrales, y microcomputadoras, y fue acelerada r pidamente con la popularizaci n del circuito integrado (IC), ste ha permitido que sean dise ados y fabricados CPU m s complejos en espacios peque os (en la orden de mil metros).

7 Tanto la miniaturizaci n como la estandarizaci n de los CPU han aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho m s all de las aplicaciones limitadas de m quinas de computaci n dedicadas. Los microprocesadores modernos aparecen en todo, desde autom viles, televisores, neveras, calculadoras, aviones, hasta tel fonos m viles o celulares, juguetes, entre otros. Arquitecturas Tanto la miniaturizaci n como la estandarizaci n de los CPU han aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho m s all de las aplicaciones limitadas de m quinas de computaci n dedicadas.

8 Los microprocesadores modernos aparecen en todo, desde autom viles, televisores, neveras, calculadoras, aviones, hasta tel fonos m viles o celulares, juguetes, entre otros. Tipos Los primeros CPU fueron dise ados a la medida como parte de una computadora m s grande, generalmente una computadora nica en su especie. Sin embargo, este costoso m todo de dise ar los CPU a la medida, para una aplicaci n particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o muchos prop sitos.

9 Esta tendencia de estandarizaci n comenz generalmente en la era de los transistores discretos, computadoras centrales, y microcomputadoras, y fue acelerada r pidamente con la popularizaci n del circuito integrado (IC), ste ha permitido que sean dise ados y fabricados CPU m s complejos en espacios peque os (en la orden de mil metros). Caracter sticas Desde mediados de los a os 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en d a, el t rmino "CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.

10 Memoria En inform tica, la memoria (tambi n llamada almacenamiento ) se refiere a parte de los componentes que forman parte de una computadora. Son dispositivos que retienen datos inform ticos durante alg n intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computaci n moderna, la retenci n o almacenamiento de informaci n. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una Unidad central de procesamiento (CPU por su sigla en ingl s, central processing unit), implementa lo fundamental del modelo de computadora de Arquitectura de von Neumann, usado desde los a os 1940.