Introducción ¿Qué es una computadora?
Stallings: “Máquina digital electrónica
programable para el tratamiento automático de la
información, capaz de recibirla, operar sobre ella
mediante procesos determinados y suministrar los resultados de
tales operaciones.”
Introducción Por qué estudiar organización y
arquitectura de computadoras? Diseñar mejores programas de
base: compiladores, sistemas operativos, y drivers Optimizar
programas Construir computadoras Evaluar su desempeño
Entender los “compromisos” entre poder de computo,
espacio y costos
Arquitectura vs Organización Arquitectura: atributos
visibles al programador Set de instrucciones, bits utilizados
para representar los datos, mecanismos de direccionamiento,
entrada y salida, etc. Organización: cómo se
implementan Señales de control, tecnología de la
memoria Ejemplos: Las instrucciones las ejecuta directo el
hardware o son interpretadas por microprogramas? La
multiplicación es realizadad directamente por un
componente o se realizan muchas sumas?
Arquitectura vs. Organización Toda la familia x86 de Intel
comparte la misma arquitectura básica Esto asegura la
compatibilidad de código Al menos la de programas antiguos
La organización cambia entre diferentes versiones de una
misma familia
Componentes No hay una clara distinción entre asuntos
relacionados con la organización y los relevantes con la
arquitectura Principio de equivalencia Hardware-Software:
“Cualquier cosa que puede ser hecha por software puede ser
hecha en hardware y cualquier cosa que puede ser hecha con
hardware puede ser hecha con software”
Estructura vs. Función La Estructura es la forma en que
los componentes se relacionan entre sí. La función
es la operación que realizan los componentes individuales
como parte de una estructura
Funciones Las funciones básicas de una computadora son:
Procesamiento de Datos Almacenamiento de datos Transferencia de
Datos Control
Visión Funcional Transferencia de datos Control
Almacenamiento de datos Procesamiento de datos
Operaciones (Transferencia de Datos) Transferencia de datos
Control Almacenamiento de datos Procesamiento de datos Ej:
Teclado a Monitor
Operaciones (Almacenamiento) Transferencia de datos Control
Almacenamiento de datos Procesamiento de datos Ej: Grabar un
documento
Operaciones (procecamiento desde/hasta almacenamiento)
Transferencia de datos Control Almacenamiento de datos
Procesamiento de datos Ej: Modificar el saldo de una cuenta
Operaciones (procesamiento desde almacenamiento a E/S)
Transferencia de datos Control Almacenamiento de datos
Procesamiento de datos Ej: Imprimir un resumen de cuenta
Computador Memoria Principal Entrada Salida Sistema de
interconexión periféricos Líneas de
comunicación Unidad Central de Proceso CPU Computador
Estructura (computadora)
Computer Unidad Aritmética y Lógica Unidad de
Control Interconexión Interna de la CPU Registros CPU I/O
Memory System Bus CPU Estructura (CPU)
CPU Memoria de control Unidad de control de registros y
decodificadores Lógica Secuencial Registers Internal Bus
Unidad de Control ALU Control Unit Estructura (UC)
Un ejemplo Un aviso de segunda mano… MHz?? MB?? PCI??
USB?? L1 Cache?? Que significa todo esto?
Algunas abreviaturas Medidas de capacidad y velocidad: Kilo- (K)
= mil = 103 y 210 Mega- (M) = 1 millón = 106 y 220 Giga-
(G) = 100 millones = 109 y 230 Tera- (T) = 1 billón = 1012
y 240 Peta- (P) = 1000 millones = 1015 y 250 Que una medida
corresponda a potencias de 10 ó 2 depende de la magnitud a
medir.
Algunas abreviaturas Hertz = ciclos de reloj por segundo
(frecuencia) 1 MHz = 1,000,000 Hz 1GHz = 1,000 MHz La velocidad
del procesador se mide en MHz o GHz. Byte = unidad de
almacenamiento 1 KB = 210 = 1024 Bytes 1 MB = 220 = 1,048,576
Bytes La memoria principal (RAM) se mide en MB El almacenamiento
en disco se mide en GB para sistemas chicos, en TB para sistemas
mas grandes. Word (palabra) = unidad de transferencia: cantidad
de bits que pueden moverse simultáneamente dentro de la
CPU 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits
Algunas abreviaturas Medidas de tiempo y espacio: Mili- (m) =
milésima = 10 -3 Micro- (?) = millonésima = 10 -6
Nano- (n) = mil millonésima= 10 -9 Pico- (p) =
billonésima = 10 -12 Femto- (f) = mil billonésima =
10 -15
Un ejemplo Milisegundo = milésima de segundo El tiempo de
acceso de los HD suele ser de 10 a 20 milisegundos. Nanosegundo =
mil millonésima de segundo El tiempo de acceso a RAM suele
ser de 50 a 70 nanosegundos. Micron (micrómetro) =
millonésima de un metro Los circuitos en los chips de una
computadora suelen medirse en micrones.
Un ejemplo Notar que el tiempo de un ciclo es inversamente
proporcional a la frecuencia del reloj. Un bus operando a 133 MHz
tiene un tiempo de ciclo de 7.52 nanosegundos (T = 1/F): Volvamos
al aviso… 133,000,000 ciclos/segundo = 7.52 ns/ciclo
El bus del sistema mueve datos dentro de la computadora. Cuando
más rapido el bus mejor la performance. Este corre a
133MHz. El microprocesador es el “cerebro” del
sistema. Ejecuta las instrucciones de los programas. Este es un
Pentium III (Intel) corriendo a 667MHz. Un ejemplo
Las computadoras con mucha memoria principal pueden correr
programas más grandes con mayor velocidad que las
computadoras que tienen poca memoria. RAM es la sigla para
nombrar a memoria de acceso aleatorio. Esto significa que los
contenidos pueden ser accedidos directamente si se conoce su
locación. El cache es un tipo de memoria temporaria que
puede ser accedida más rapidamente que la RAM. Un
ejemplo
… y 2 niveles de cache de memoria, el cache de nivel 1
(L1) es más chica y (probablemente) más rapida que
la cache L2. Este sistema tiene 64MB de una memoria
dinámica RAM sincrónica (SDRAM) . . . Un
ejemplo
Este es de 30GB. 7200 RPM es la velocidad de rotacion del disco.
En gral, cuanto más rapido gira el disco más datos
puede enviar a la RAM. La capacidad de HD determina la cantidad y
el tamaño de los datos que podemos almacenar. Un
ejemplo
Un CD-ROM puede almacenar entre 640 y 700MB de datos. 48x
describe su velocidad. EIDE (enhanced integrated drive
electronics): describe cómo el HD debe comunicarse con
otros componentes. Un ejemplo
Este sistema tiene 4 puertos. Los puertos permiten el movimiento
de datos entre el sistema y los dispositivos externos. Un
ejemplo
Los puertos serial envían datos como una serie de pulsos
sobre 1 o 2 líneas de datos, también denominados
puertos RS-232. Los puertos paralelos envían datos como un
solo pulso sobre varias líneas de datos. USB, universal
serial bus, es una interface serie inteligente que se
“auto-configura” (plug and play) Un ejemplo
Los buses del sistema puede ser ampliados con buses dedicados a
la E/S. El PCI, peripheral component interface, es un ejemplo.
Este sistema tiene dos dispositivos PCI: una tarjeta de sonido y
un modem. Un ejemplo
El numero de veces por segundo que la imagen del monitor se
refresca se llama “tasa de refresco”. El dot pitch se
relaciona con cuan clara es la imagen. Este monitor tiene un dot
pitch de 0.28 mm y una tasa de refresco de 85Hz. La tarjeta de
video contiene memoria y programas para manejar el monitor. Un
ejemplo
Organización del Computador 1 SubHistoria
Historia
Primeras “computadoras” Ábacos Calculadoras
mecánicas Sistemas basados en relés
Maquinas diferenciales de Babbage 1822: Primera
“computadora“ (mecánica) Usaba el
método de las diferencias finitas para el cálculo
de polinomios de 2do grado. Requería aprox. 25.000 partes.
Fracaso en el intento 1847: Otra versión más
“pequeña“ No llego a construirse Fue
reproducida por el Museo de Ciencia en 1985
Maquina analítica (1834) Primera Computadora Digital
(mecánica) Calculaba cualquier función algebraica y
almacenaba números. Se programaba con tarjetas. Charles
Babbage y Ada Lovelace. Fracaso en el intento…
Harvard Mark I (1939-1944) IBM y la universidad de Harvard
Electromecanico, 760.000 ruedas! 800km de cables! Basado en la
maquina analitica de Babagge Decimal 0.3 a 10 segundos por
cálculo Programable mediante una cinta de papel Se uso
hasta 1959 Grace Hooper: popularizo el nombre “Bug”
Escribió en su cuaderno de trabajo :"Relé #70 Panel
F insecto en Relé".
Primera Generación 1940-1955 Utilizan tubos al
vacío Enormes (20,000 tubos) y lentas (un ciclo ? 1 seg.)
Un solo grupo diseñaba, construía, programaba,
operaba y mantenía cada máquina. Toda la
programación se hacía en lenguaje máquina
(conectando cables en un tablero por ejemplo). No existían
los sistemas operativos. En 1950 se introducen las tarjetas
perforadas.
Atanasoff Berry Computer (1939 – 1942) Primera computadora
digital (binaria) No era de propósito general
Resolvía sistemas de ecuaciones lineales. John Atanasoff y
Clifford Berry de la Iowa State University.
Colossus (1943) Desarrollo Británico Diseñada para
descrifar los mensajes encriptados por los alemanes Participo
Turing No se conoció hasta los 80 (Top Secret) Maquina
Alemana “Enigma”150,000,000,000,000,000,000
combinacionesPero los Aliados pudieron descifrar los
mensajes
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA