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UNIDAD IAPORTACIONES ARQUITECTÓNICASAPORTACIONES ARQUITECTÓNICAS
COMPUTACIONALES DE LAS PRIMERAS GENERACIONES
Arquitectura de ComputadorasM. en C. Jesús García Ruiz 1
ARQUITECTURA DE COMPUTADORASARQUITECTURA DE COMPUTADORAS(CONCEPTO)
ORGANIZACIÓN DE COMPUTADORAS.‐ Se refiere a las unidades operacionales y sus interconexiones que efectúan las especificaciones de la
De acuerdo a William Stallings:
arquitectura.
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS.‐ Atributos de un sistema que puede ver un programador y que por lo tanto tiene un efecto directo en laver un programador y que por lo tanto tiene un efecto directo en la ejecución lógica de un programa.
2Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Arquitectura de computadoras en el tiempo
•Los cursos de arquitectura de computadoras ha evolucionado
Arquitectura de computadoras en el tiempo
Los cursos de arquitectura de computadoras ha evolucionado
De los 50’s a los 60’s: Aritmética de computadoras
D l 70’ di d d l 80’ Di ñ d j t dDe los 70’s a mediados de los 80’s: Diseño de conjuntos de instrucciones, especialmente ISA’s, convenientes para los compiladores
Los 90’s: diseños de las CPU’s, sistemas de memoria, sistemas de entrada‐salida, multiprocesadores, redes.
2000’s: Procesadores reconfigurables arquitecturas de propósito2000 s: Procesadores reconfigurables, arquitecturas de propósito especial.
3Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
4Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
5Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Existen las llamadasMicrocomputadoras Minicomputadoras MainframesExisten las llamadas Microcomputadoras, Minicomputadoras, Mainframesy Supercomputadoras de acuerdo al tamaño, velocidad y capacidad de almacenamiento y procesamiento. En las microcomputadoras la relación entre arquitectura y organización es más estrecha que en las Mainframe.
6Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Ó ÁAPORTACIONES ARQUITECTÓNICAS EN MÁQUINAS REPRESENTATIVAS
Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz 7
Primeros desarrollos:Primeros desarrollos:
‐1642, el filosofo y científico francés Blaise Pascal, construye la primera máquina capaz de realizar de forma automática ciertas operaciones básicas:
•6 engranes dentados hacían las veces de ruedas de conteo. •Cada engrane tenía 10 dígitos decimales grabados en él.•Esta máquina hacía sumas y restas.•El conjunto de engranes era un “registro temporal”•El conjunto de engranes era un registro temporal .•Uno de estos registros actuaba como “acumulador” en el cual se guardaba un total de recorrido.•Tenía trasferencia automática de acarreo.•Representación de un número en complementos (lógica negativa).
‐1671, el filósofo y matemático alemán Gottfried Leibniz mejoró la máquina de Pascal:
*Realizaba sumas, restas, multiplicación y división.Realizaba sumas, restas, multiplicación y división.*Contaba con un mecanismo de “contador escalonado”.
‐1801, Joseph Jaquard fabricó un telar en el cual toda la energía se i b f á i d l l í jproporcionaba en forma mecánica y todo el control era vía tarjeta
perforada. De este modo se tenía un “proceso programable” con el “programa” manejado por un conjunto de tarjetas. 8Arquitectura de Computadoras
M. en C. Jesús García Ruiz
‐1822 Charles Babbage diseña la máquina de diferencias la cual se1822, Charles Babbage diseña la máquina de diferencias, la cual se utilizó primero para calcular “tablas de figuras”, que se usaban para la navegación.
•Solo efectuaba sumas y restas.•Mediante una técnica matemática conocida como “diferencias finitas”, se calculaba un número de fórmulas útiles, usando sumas.•Ejemplo de estas, las funciones trigonométricas, polinomios, etc.Ejemplo de estas, las funciones trigonométricas, polinomios, etc.•Tenía varios registros mecánicos.•Tenía, por lo tanto, operación de multipasos, automática.
E 1834 B bb di ñ h l “ á i líti ”‐En 1834, Babbage diseña ahora la “máquina analítica”, para que se realizaran cálculos de propósito general. Esta máquina constaba de lo siguiente:
•El almacén: Unidad de memoria consistente en juegos de ruedas j gde conteo.•Taller: Unidad aritmética capaz de realizar las cuatro operaciones básicas.•Tarjetas de operación: del tipo del telar de Jaquard seleccionaba•Tarjetas de operación: del tipo del telar de Jaquard, seleccionaba una de las cuatro operaciones aritméticas al activar el taller.•Tarjetas de variables: Seleccionaba las localidades de memoria que usaría el taller para una operación.
9Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐ En el 1854, George Boole publica Las leyes del pensamiento sobre las cuales son basadas las teorías matemáticas de Lógica y Probabilidad. Boole aproximó la lógica en una nueva dirección reduciéndola a unaBoole aproximó la lógica en una nueva dirección reduciéndola a una álgebra simple, incorporando lógica en las matemáticas. Comenzaba el álgebra de la lógica llamada Algebra Booleana. Su álgebra consiste en un método para resolver problemas de lógica que recurre solamente a los valores binarios 1 y 0 y a tres operadores: AND (y), OR (o) y NOT (no).
‐ Para tabular el censo de 1890, el gobierno de Estados Unidos estimó que se invertirían alrededor de diez años. Un poco antes, Herman Hollerithse invertirían alrededor de diez años. Un poco antes, Herman Hollerith (1860‐1929), había desarrollado un sistema de tarjetas perforadas eléctrico y basado en la lógica de Boole, aplicándolo a una máquina tabuladora de su invención. La máquina de Hollerith se usó para tabular el
d l ñ d d l t t l á d d ñcenso de aquel año, durando el proceso total no más de dos años y medio. Así, en 1896, Hollerith crea la Tabulating Machine Company con la que pretendía comercializar su máquina. La fusión de esta empresa con otras dos, dio lugar, en 1924, a la International Business Machines gCorporation (IBM).
10Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Dispositivos Electromecánicos
‐En 1900, en el Congreso Internacional de Matemáticas de París, David Hilbert (1862‐1943) pronunció una conferencia de título Problemas matemáticos, en la que proponía una lista de 23 problemas que estaban sin resolver (algunos todavía lo están). Una de las cuestiones era: ¿son las matemáticas decidibles? es decir, ¿hay un método definido que pueda aplicarse a cualquier sentencia matemática y que nos diga si esa sentencia es cierta o no?. Esta cuestión recibió el nombre de enstcheidungsproblem.es cierta o no?. Esta cuestión recibió el nombre de enstcheidungsproblem.
‐ En 1936, Alan Turing (1912‐1954) contestó a esta cuestión en el artículo On Computable Numbers. Para resolver la cuestión Turing construyó un modelo f l d d l Má i d T i d ó h bíformal de computador, la Máquina de Turing, y demostró que había problemas tales que una máquina no podía resolver. Al mismo tiempo en Estados Unidos contestaba a la misma cuestión Alonzo Chuch, basándose en una notación formal, que denominó cálculo lambda, para transformar todas , q , plas fórmulas matemáticas a una forma estándar. Basándose en estos resultados, entre 1936 y 1941, el ingeniero alemán Konrad Zuse (1910‐1957), diseñó y construyó su serie de computadores electromecánicos binarios desde el Z1 hasta el Z3 Sin embargo estos computadores nobinarios, desde el Z1 hasta el Z3. Sin embargo estos computadores no tuvieron mucha difusión, ni siquiera dentro de su país, ya que el gobierno nazi nunca confió en los trabajos de Zuse. 11Arquitectura de Computadoras
M. en C. Jesús García Ruiz
‐Zuse, en 1936 construyó la Z‐1 con relevadores mecánicos para una memoria sencilla, obtenía sus resultados binarios a través de una bombilla En 1941 construye la Z‐3 que utilizaba relevadoresbombilla. En 1941 construye la Z 3 que utilizaba relevadores electromecánicos y un mecanismo de cinta perforada. En 1943, Zuse termina la Z‐4, con relevadores electromecánicos y mayor capacidad parta el diseño aéreo y de misiles.
‐En 1939, el físico y profesor de matemáticas estadounidense Howard Aiken, mediante el auspicio de IBM comienza el trabajo de una máquina con la misma base de Babbage. Su primer modelo, la MARK I q g p ,se puso en operación hasta 1944. Era una máquina enorme que contenía casi un millón de dispositivos electromecánicos. Para el conteo utilizó las ruedas de dígitos decimales y para su estructura
t i l tili ó l d l t á i d d lcomputacional utilizó relevadores electromecánicos, donde las instrucciones eran dadas mediante cinta perforada. Para una suma sencilla tardaba 6 seg. y para una división 12 seg.
12Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
PRIMERA GENERACION: Tubos al vacío
L d t j d l t b j t i‐ Las desventajas de los trabajos anteriores eran:•La inercia de las partes móviles limitaba la rapidez de cómputo.•Incomodidad en el movimiento de datos por medios mecánicos.
‐ En 1906 el tubo al vacío tríodo fue inventado, dando lugar a la era de la electrónica.
En 1937 el matemático británico Alan Turing describe la teoría de la máquina‐ En 1937 el matemático británico Alan Turing, describe la teoría de la máquina de Turing, la cual cuando se le proporcionaban las instrucciones necesarias vía cinta de papel perforado, podía imitar el comportamiento de cualquier otra máquina usada para el cálculo. Formando un equipo integrado por Turing, I. J. Good y D. Michie produjo la Colossus, el primer computador basado en válvulas, aunque en realidad era una máquina con propósito especial.
13Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐ Como respuesta a la segunda guerra mundial el Laboratorio de Investigación B lí ti (BRL) d l j it í l l l t bl d t t i den Balística (BRL) del ejercito requería calcular las tablas de trayectoria de
tiro, para elaborarlas con exactitud y en un tiempo razonable. Para esto empleaba más de 200 personas que con calculadoras de mesa resolvían las ecuaciones balísticas. Para la elaboración de una sola tabla se podía requerir p qhoras, incluso días. Bajo este marco, en la Moore School og Engineering, en Pensilvania, E.U.A., bajo la dirección de J.W. Mauchly y P.P. Eckert se propuso construir una máquina de uso general con tubos al vacío para utilizarla en las aplicaciones de la BRL la cual se llamó ENIAC y se inició en 1943aplicaciones de la BRL, la cual se llamó ENIAC y se inició en 1943, concluyéndose hasta 1946.
•Esta pesaba 30 toneladas, contenía cerca de 19,000 válvulas y consumía 150 kW de potencia. Era bastante más rápida que cualquier computador de la época ya que podía realizar 5000 sumas en un segundo. •La ENIAC era una máquina decimal y no binaria. Su memoria consistía de 20 acumuladores capaces de contener cada unoSu memoria consistía de 20 acumuladores capaces de contener cada uno un número decimal de 10 dígitos. Cada dígito estaba representado por un anillo de 10 tubos al vacío.•Era programada manualmente mediante interruptores y conectando y desconectando cables.
14Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐En 1944, John von Neumann se incorporó al proyecto y propuso que elEn 1944, John von Neumann se incorporó al proyecto y propuso que el programa de computación debía almacenarse electrónicamente dentro del computador; esto se conoció como programa almacenado. La primer publicación que salió a la luz fue el de von Neumann cuya propuesta fue el EDVAC (El i Di V i bl C ) 1945EDVAC (Electronic Discret Variable Computer) en 1945.
‐Von Neumann escribió en 1946, en colaboración con Arthur W. Burks y Herman H. Goldstine, Preliminary Discussion of the Logical Design of an, y f g g fElectronic Computing Instrument, que contiene la idea de Máquina de Von Neumann, que es la descripción de la arquitectura que, desde 1946, se aplica a todos los computadores que se han construido.
15Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐Y en 1946, von Neumann y sus colegas empezaron, en el Instituto de EstudiosY en 1946, von Neumann y sus colegas empezaron, en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton el diseño de un nuevo computador de programa almacenado, que llamaron IAS. Este no fue completado sino hasta 1952. Este es el prototipo de toda una subsecuencia de computadores de uso general.
•Una memoria principal que almacena tanto datos como instrucciones. •Una unidad aritmético‐lógica (ALU) capaz de hacer operaciones con datos binarios.•Una unidad de control que interpreta las instrucciones en memoria y provoca su ejecución.•Un equipo de entrada salida (E / S) dirigido por la unidad de control.
‐1947 Eckert y Mauchly formaron la Eckert – Mauchly Computer Corporation para fabricar computadores con fines comerciales. Su primera máquina de éxito fue la UNIVAC I (Universal Automatic Computer) que fue usada por la oficina de censo en 1950. Estaba diseñada tanto para aplicaciones científicas como comerciales: operaciones algebraicas con matrices, problemas de estadística, reparto de primas para las compañías del seguro de vida y problemas logísticosproblemas logísticos.
16Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐La UNIVAC II tenía mayor capacidad de memoria y más aplicaciones que la UNIVAC I saliendo al mercado a finales de los 50 e ilustra varias tendencias queUNIVAC I, saliendo al mercado a finales de los 50 e ilustra varias tendencias que han permanecido como características de la industria de las computadoras. Avances de la tecnología permiten construir computadoras más grandes y más potentes; además cada compañía intenta hacer sus nuevas máquinas superiores y compatibles con las anteriores. Por ejemplo, la división UNIVAC desarrolló la serie 1100, cuyo primer modelo fue la UNIVAC 1103, y sus sucesores estaban diseñadas para aplicaciones científicas que implicaban cálculos largos y complejos mientras que otros se centraban en el procesamiento de grandescomplejos mientras que otros se centraban en el procesamiento de grandes textos.
17Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
SEGUNDA GENERACION: Los transistoresSEGUNDA GENERACION: Los transistores
‐ En 1947, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley inventan el transistor, recibiendo el Premio Nobel de Física en 1956. Un transistor ,contiene un material semiconductor, normalmente silicio, que puede cambiar su estado eléctrico. En su estado normal el semiconductor no es conductivo, pero cuando se le aplica un determinado voltaje se convierte en conductivo y la corriente eléctrica fluye a través de éste funcionandoen conductivo y la corriente eléctrica fluye a través de éste, funcionando como un interruptor electrónico. .‐IBM fue la primer compañía en lanzar esta nueva tecnología en computadores a finales de los 50, seguido de NCR y, con más éxito RCA.
‐IBM volvió a sacarlos a través de la serie 700.
‐En la segunda generación se introdujeron unidades lógicas y aritméticas y de control más complejas, el uso del lenguaje de programación de alto nivel y se proporcionó el software del sistema con el computador.
18Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐La IBM introdujo su serie 700 desde 1952 hasta la introducción del úl i i b d l i ( )último miembro en 1964 de la serie 7000 (7094).
‐El tamaño de la memoria principal, en múltiplos de 210 de palabras de 36 bits, creció de 2K a 32K palabras, mientras que el tiempo de acceso a , p , q puna palabra de memoria, el tiempo de ciclo de memoria, cayó de 30 s a 1.4 s.
El ú d ódi d ió ió d d t 24 185‐El número de códigos de operación creció de un modesto 24 a 185.
19Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
LA TERCERA GENERACIÓN Los circuitos integradosLA TERCERA GENERACIÓN: Los circuitos integrados.
‐A un transistor simple y autocontenido se le llama componente discreto En los 50 y principios de los 60 los equipos electrónicosdiscreto. En los 50 y principios de los 60, los equipos electrónicos estaban compuestos en su mayoría por componentes discretos.
‐En 1958 ocurrió la invención del circuito integrado, el cual define la tercera generación de computadoras.
‐Microelectrónica se define como pequeña electrónica.
‐En 1964 IBM anuncia el sistema / 360, una nueva familia de productos de computadoras. Era incompatible con las máquinas anteriores. Abarcaba un amplio rango de prestaciones y servicios, tal cual lo era una familia. Los distintos modelos eran compatibles entre si.
‐ El modelo más barato era el modelo 30. A partir de este podía crecerse sin necesidad de cambiar de software.crecerse sin necesidad de cambiar de software.
20Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
‐ Las características de una familia son:•Conjunto de instrucciones similar o idéntico: Un conjunto puede ser un subconjunto de la siguiente.•Sistemas operativos similares o idénticos: se añaden características complementarias.complementarias.•Velocidad creciente.•Número creciente de puertos de E / S.•Tamaño de memoria creciente.C t i t•Costo creciente.
‐ En el mismo año en que IBM lanzó su primer Sistema / 360 tuvo lugar otro lanzamiento trascendental: el PDP – 8 de DEC.‐ Fue el primer computador de escritorio. No podía realizar lo mismo que los computadores de la serie S / 360 pero era lo bastante barato como para poder introducir bastantes más de ellos al mercado.El bajo costo y pequeño tamaño del PDP 8 permitía a otros fabricantes‐ El bajo costo y pequeño tamaño del PDP‐8 permitía a otros fabricantes
comprar varios de estos e integrarlos en un sistema global para revenderlo. Estos otros fabricantes se conocían como fabricantes de equipos originales OEM´s) y el mercado de los OEM’s llegó a tener, y aún tiene, la mayor cuota del mercado de computadoras.‐ A diferencia de un conmutador central usada por IBM en sus sistemas 700 / 7000 y 360, los últimos modelos del PDP‐8 usaban una estructura que ahora es casi universal: la estructura de Bus
21Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
ÚLTIMAS GENERACIONESÚLTIMAS GENERACIONES
L i li ió d l i i i d f l ió d‐ La primer aplicación de los circuitos integrados fue la construcción de memorias semiconductoras, sustituyendo a los pequeños anillos de material de ferrita. Estos se magnetizaban en un sentido y representaban un 1, si se magnetizaban en el otro sentido representaban un cero. Además usaban una g plectura destructiva, por lo que se requería de circuitos que restituyesen el dato tan pronto como se extraía.
En 1970 Fairchaild introdujo la primer memoria semiconductora con 256 bits‐En 1970 Fairchaild introdujo la primer memoria semiconductora con 256 bits de memoria y 70 milimillonésimas de segundo para leer un bit.
‐ En 1971 se hizo la primer innovación: Intel desarrolló su 4004 que fue el primer chip que contenía todos los componentes de la CPU en un solo chip, por lo que se le llamó microprocesador.
22Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Más allá de la tercera generación hay menos acuerdo general en la definición de las generaciones de computadoras. Una propuesta es la siguiente:
Cuarta generación (LSI)
1972‐1977, introducción de a gran escala (LSI) en la cual podría haber más de 1000 componentes en un simple chip.
‐El Altair 8800, producido por una compañía llamada Micro Instrumentation and Telemetry Systems (MITS), se vendía a 397 dólares, lo que indudablemente contribuyó a su popularización. No obstante, el Altair requería elevados
i i d ió í 2 6 b d i l bconocimientos de programación, tenía 256 bytes de memoria y empleaba lenguaje máquina. Dos jóvenes, William Gates y Paul Allen, ofrecieron al dueño de MITS, un software en BASIC que podía correr en el Altair. El software fue un éxito y, posteriormente Allen y Gates crearon Microsoft. y, p y
‐Paralelamente, Steven Wozniak y Steven Jobs, también a raíz de ver el Altair8800 en la portada de Popular Electronics, construyen en 1976, la Apple I. Steven Jobs con una visión futurista presionó a Wo niak para tratar de vender el modeloJobs con una visión futurista presionó a Wozniak para tratar de vender el modelo y el 1 de Abril de 1976 nació Apple Computer. En 1977, con el lanzamiento de la Apple II, el primer computador con gráficos a color y carcasa de plástico, la compañía empezó a imponerse en el mercado.
23Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Quinta generación (VLSI)
1978‐ introducción de la muy alta escala de integración (VLSI) que lograron1978‐ , introducción de la muy alta escala de integración (VLSI) que lograron 10000 componentes en un solo chip, y los VLSI actuales pueden contener más de 100000 componentes en un solo chip.
‐En 1981, IBM estrena una nueva máquina, la IBM Personal Computer, protagonista absoluta de una nueva estrategia: entrar en los hogares. El corazón de esta pequeña computadora, con 16 Kb de memoria (ampliable a 256), era un procesador Intel, y su sistema operativo procedía de una empresa256), era un procesador Intel, y su sistema operativo procedía de una empresa recién nacida llamada Microsoft.
‐En 1984, Apple lanza la Macintosh, que disponía de interfaz gráfico para el i ó hi l f ilid d dusuario y un ratón, que se hizo muy popular por su facilidad de uso.
24Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Electronic Numerical Integrator and Calculator(ENIAC)
25Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Lector deTarjetas
Impresoradetarjetas
MultiplicadorDivisor yRaizCuadrada
Tablas deFunciones A1 A2 A20.......
UnidadProgramadorMaestro
Estructura (Arquitectura) de la ENIAC
26Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Vistas de la ENIAC
27Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Vistas de la ENIACVistas de la ENIAC
28Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
EDVACEDVAC
( ) d l á l l d lLa estructura (arquitectura) de la EDVAC es prácticamente la misma que la de la ENIAC con algunas diferencias. Tenía una memoria de 1024 localidades, es decir 1K palabras, llamada memoria principal que almacenaba los datos e instrucciones más utilizados; una memoria secundaria de 20K palabras más lenta ; pde tipo magnético, con datos o instrucciones con menor uso. Las instrucciones aritméticas tenían el siguiente formato:
A A A A OPA1 A2 A3 A4 OP
Donde OP es la operación a realizar (suma, resta, multiplicación o división) con los contenidos de las direcciones A1 y A2 y colocar el resultado en la localidad de 1 2memoria A3. La cuarta dirección A 4 específica la localidad de la siguiente instrucción a ser ejecutada.
29Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
El salto condicional:
A1 A2 A3 A4 C
Si A1<A2 salta a A3Si A1>A2 salta a A4
La transferencia de datos:
A A A WA1 m, n A3 A4 W
Si m=1, haciaSi m=2, desde,
30Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
MARK I y II
31Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Vista de la MARK IVista de la MARK I
32Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Vista de la MARK IIVista de la MARK II
33Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Howard Aiken
34Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
La máquina de von Newmann(IAS)
35Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Constitución general de la IAS
M
Constitución general de la IAS
Unidad
A it éti
CA
M
Aferentes (sensoriales): I
Memoria
principal
Equipos
de E / S
Aritmético
Lógica
Unidad de
control de
programa
Eferentes (motoras): R
programa
CC4096
36Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
0 1 39
Bit de signo
(a) Palabra de Número
Instrucción Izquierda Instrucción Derecha
0 8 3919 20 28
Instrucción Izquierda Instrucción Derecha
(b) Palabra de Instruccción
CodeOp CodeOpDirección Dirección
Formatos de Palabra de la IAS
37Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Unidad Aritmético Lógica Constitución de interna de la IASAC MQ
Circuitos Aritmético‐Lógicos
Equipo de
Entrada / Salida
interna de la IAS
MBR
Instrucciones
IBRPC
Instruccionesy datos
MARIRMemoria principal (M)
CircuitodeControl
SeñalesdeControl
Unidad de Control de Programa
38Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
La IBM 7094 (Serie 7000)
39Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
ImpresoraDisco Disco
d d l d
AC MQ
Unidad de
Lector de Tarjeta
Unidad Central de Procesamiento
DR
Circuitos Lógicos‐Aritméticos
ProcesadorIO
ProcesadorIO
Unidad deControl de
Disco
Cinta Magnética
DR
RegistrosIndice
Consola deOperador Unidad de Control
de Memoria(Multiplexor)
IO(canal)
IO(canal)
.
.
IBR
SumadoresIndice
IndiceXR (1‐7)
Núcleod
(Multiplexor)
IR AR PC
de Memoria (M)
Direcciones de Memoria
.
.
Circuitosde Control
Señales deControl Constitución interna de la IBM 7094
40Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Representación de Instrucciones de la IBM 7094
0 1 35
p
S
35
Número de Punto Fijo
0 1
S
35
Exponente Mantisa
9
350 21
pNúmero de Punto Flotante
OpCode Dirección
InstrucciónInstrucción
41Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
A dispositivos de I / O
SR
Control Datos
Señales del
Circuitos de EnsambleDesensamble
Circuitos de C t l IOP
.....control
Control IOP
IR PC
DR DC AR
Al bus de datosde la Memoria
Al bus de direccionesde la Memoria
Estructura interna del IOPDe la IBM 7094
42Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
LA BURROUGHS 5000
43Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
CPU
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8
Módulos de Memoria Principal
CPU1
CPU2
IOP1
Intercambiode
EntradSalida
1
IOP2
IOP3
IOP4Intercambio de Memoria...
Dispositivos de E/SDispositivos de E/S
Esquema de la Burroughs 5000
44Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
ILLIAC IV
45Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
46Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
EL SISTEMA IBM 360 / 370
47Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Almacenamiento Almacenamiento Almacenamiento
Unidad deControl de
Unidad deControl de
de cinta de disco de disco
MemoriaPrincipal
IOP(Selector de
Canal)
Cinta Disco
Interfase de entrada/salidaUnidadde controlde Memoria
IOP(Multiplexor de
Canal)
/
Interfase de entrada/salida
CPU
Canal)
Unidad de Control
Unidad de Control
Unidad de Control
ConsolaLector deTarjeta
Impresoraen Línea
Esquema del sistema 360 / 370
48Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Zona ZonaDígito Dígito Signo Dígito
Byte de orden bajo
Byte de orden bajo
Número Decimal
SignoDígitoDígitoDígitoDígitoDígito
3115
Número Decimal empaquetado
0 1
12763317 8
Número Binario de Punto FijoS
0 1
Exponente Mantisa
1 Byte
Número Binario de Punto Flotante
S
y
Caracter Caracter Caracter
Datos alfanuméricos
Formatos de palabras de datos del Sist. 360 / 370
49Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
CodeOp R1 R20 8 15
OPND1 OPND2
Instrucción RR
CodeOp R1 X2 B2 D2
0 8 12 16 20 31
OPND1 OPND2
Instrucción RX
CodeOp R1 B2R3 D2
OPND1 OPND2OPND3
Instrucción RS
CodeOp D1B1I2
OPND1OPND2
Instrucción SI
0 8 16 20 32 36 47CodeOp D2D1 B2B1L0 8 16 20 32 36 47
OPND2OPND1Longitud delOperando
Instrucción SS
Formatos palabras de instrucciones del Sist 360 / 370Formatos palabras de instrucciones del Sist. 360 / 370
50Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
16 Registros generalesde 32 bits
4 Registros4 Registros de puntoflotante de64 bits
Unidad Unidad UnidadAritmética dePunto Fijo
AritméticaDecimal
Aritmética dePunto Flotante
Buses Internos
AR IR PC DR
U id d d
Palabra de Estado dePrograma Unidad de
Control deMemoria
A memoriaPrincipal
Programa
CPU del Sist 360 / 370CPU del Sist. 360 / 370
51Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
UNIDAD IIMEDIDA DE PRESTACIONESMEDIDA DE PRESTACIONES
Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz 52
Tendencias tecnológicas
•Desde principios de los 80’s las mejora de los procesadores se debía a mejoras en la capacidad de los circuitos integrados.
•Se mejora la densidad, velocidad y tamaño.
•La mejora ha sido geométrica en vez de lineal. Esto se conoce como la Ley deLa mejora ha sido geométrica en vez de lineal. Esto se conoce como la Ley de Moore.
•La tecnología de fabricación ha tenido mejoras de 35 a 50 % anual. Aunque la j l id d h id d bid l l it t lmejora en velocidad ha sido debido a los avances en la arquitectura y en la
organización en un computadora.
53Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz
Medida de prestaciones
•El término de prestaciones resulta dudoso en el contexto de la computación.
•Este describe la rapidez de un sistema dado para ejecutar uno o varios programas.
•Los arquitectos de computadoras han propuesto una serie de parámetros para describir las prestaciones de un computadorpara describir las prestaciones de un computador.
MIPS
M did d CPI/IPC
Benchmark SuitesMedia Aritmética
Media Geométrica
Medida deprestaciones
54Arquitectura de Computadoras M. en C. Jesús García Ruiz