ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

TRABAJO COLABORATIVO 1

PRESENTADO POR:

ANGELA MARIA MEJIA GAEZ

Código: 1062296454

Tutor:

JESÚS EMIRO VEGA

GRUPO:

301302_55

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

CEAD SANTANDER DE QUILICHAO

Septiembre de 2014

ORGANIZACIÓN Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Principalmente debemos diferenciar muy bien estos dos conceptos:

ARQUICTECTURA DE COMPUTADORES

ORGANIZACIÓN DE COMPUTADORES

Lo podemos definir como: el funcionamiento y diseño de computadores, que abarca todo lo de los aspectos del hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo nivel.Además se refiere también a los atributos de un sistema que son visibles para un programador y a los atributos que tienen un impacto directo en la ejecución lógica de un programa.

Lo podemos definir como las unidades funcionales y sus interconexiones, que además dan lugar a las especificaciones arquitectónicas.

ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPUTADORES

La estructura y funcionamiento de un computador es sencillos; existen cuatro funciones básicas en un computador:

Procesamiento de datos

El computador debe ser capaz de procesar los datos, los cuales pueden tener una gran variedad de formas.

Almacenamiento de Datos El computador debe permitir guardar

temporalmente, los datos con los que se está trabajando en un momento dado.

Transferencia de datos

El computador como sistema abierto debe ser capaz de transferir datos entre él mismo y el mundo exterior.

Control Debe haber un control de estas tres funciones que es ejercido por los entes que proporcionan instrucciones al computador.

Estructura de los computadores

Todas las conexiones de un computador relacionadas con el entorno exterior pueden clasificarse como dispositivos periféricos o líneas de comunicación y Existen cuatro componente estructurales principales:

CPUcontrola el funcionamiento del computador y realiza funciones de procesamiento de datos y sus componentes estructurales son:Unidad de Control, Unidad Aritmético-Lógica, Registros e Interconexiones CPU.

Memoria Principal Permite almacenar datos.

E/S Entrada Salida: Transfiere datos entre el computador y el entorno externo.

Sistema de interconexión:

Permite que permite la comunicación entre la CPU, la memoria principal y los dispositivos E/S.

EVOLUCIÓN DE LOS COMPUTADORES

LA ERA MECÁNICA

La Pascalina

Máquina mecánica construida por Blaise Pascal para realizar adiciones.

La Máquina Diferencial

Charles Babbage diseñó la primera máquina procesadora de información, capaz de auto controlar su funcionamiento. Ésta máquina podía resolver ecuaciones polinómicas mediante el cálculo de diferencias sucesivas entre conjuntos de números.

Las Leyes del Pensamiento

George Boole publica las leyes del pensamiento sobre las cuales se basan las teorías matemáticas de lógica y probabilidad.

GENERACIONES DE LOS COMPUTADORES

PRIMERA GENERACIÓN DE COMPUTADORESLas Máquinas Tabuladoras

En 1890 se utilizó una máquina desarrollada por Herman Hollerit, que consistía en un sistema eléctrico de tarjetas perforadas basado en la lógica de Boole, para tabular el censo del año 1890 en los Estados Unidos.

Problemas Matemáticos

El interés en resolver los problemas matemáticos propuestos por David Hilbert, impulsó el desarrollo de nuevos modelos de computadora como el de Alan Turing quien a través de su Máquina de Turing demostró que había problemas tales que una máquina no podía resolver.Claude Shannon demostró como las operaciones booleanas elementales se podían representar mediante circuitos conmutadores eléctricos y cómo la combinación de estos circuitos podía representar operaciones aritméticas y lógicas

complejas.La Segunda Guerra Mundial

Al desencadenarse la segunda guerra mundial, la necesidad de realizar cálculos balísticos y descifrar los mensajes del enemigo, impulsó el desarrollo de las computadoras. Entre 1943 y 1946 se construyó el ENIAC (Computador Electrónico de Propósito General) por John W. Mauchly y J. Presper Eckert, basándose en las ideas del profesor John Vincent Antanasoff y con la consultoría de John Von Newman, quién es el autor junto con Arthur Burks y Herman Goldstine de la arquitectura de todos los computadores que se han construido desde 1946. En ENIAC ocupaba una superficie de 167 m2 y operaba con un total de 17468 válvulas electrónicas o tubos de vacío.

LA SEGUNDA GENERACIÓN DE COMPUTADORES

El Transistor La invención del transistor permitió reducir el tamaño de las computadoras y aumentar su velocidad de procesamiento.

Inteligencia Artificial

Alan Turing publica el artículo Computing Machinery and Intelligence en la revista Mind, el cual desató el interés en la Inteligencia Artificial.

Lenguajes de Programación

Grace Murray Hooper desarrolla COBOL en 1959, y en 1957 John Backus desarrolla el primer compilador para FORTRAN. En la actualidad COBOL sigue estando vigente y se siguen construyendo aplicaciones en este lenguaje de programación; por su parte FORTRAN no es muy utilizado actualmente por fuera de los campos científicos y del análisis numérico, aunque permanece como el lenguaje preferido para desarrollar aplicaciones de computación numérica de alto rendimiento.

LA TERCERA GENERACIÓN DE COMPUTADORES

El circuito integrado La aparición de los circuitos integrados permite producir computadoras más pequeñas y rápidas con velocidades de hasta un millón de operaciones en coma flotante por segundo.

El Primer Microprocesador

Fue desarrollado por Intel en 1971; tenía su propia Unidad Aritmético Lógica, su propia unidad de control y 2 chips de memoria.

Lenguajes de Programación

El profesor Niklaus Wirth desarrolla el lenguaje PASCAL.

LA CUARTA GENERACIÓN DE COMPUTADORESEl Ordenador Personal

El primer ordenador personal fue el Altair 8800, al cual se le instaló un software desarrollado en BASIC por Bill Gates y Paul Allen.

El Primer Computador con Gráficos a Color

En 1977 se lanzó el Apple II, el primer computador con gráficos a color y. carcasa de plástico que permitió la consolidación de Apple Company

Las Grandes Compañías

Nace Microsoft después de que Bill Gates y Paul Allen desarrollan el lenguaje Altair BASIC para el Altair 8800.En 1976 nace Apple Computer al comercializarse el Apple I.

TIPOS DE COMPUTADORES

Macrocomputadora También denominada Mainframe es una supercomputadora utilizada a nivel empresarial para el manejo de grandes cantidades de información en poco tiempo. Son muy costosas y deben contar con condiciones especiales para su funcionamiento.

Minicomputadoras Son computadoras desarrolladas para satisfacer las necesidades de pequeñas empresas o de grandes departamentos en grandes compañías. Una minicomputadora es un sistema multiproceso capaz de soportar de 10 a 200 usuarios simultáneamente.

Microcomputadoras

Son computadoras personales que tuvieron su origen con el surgimiento del microprocesador. Estos computadores cuentan con puertos de expansión que permiten adicionar características de hardware y software para ampliar sus funcionalidades. Actualmente este tipo de computadores son muy potentes y ofrecen gran rendimiento para el manejo de información personal que va desde el desarrollo de software hasta el diseño gráfico y diseño y ejecución de juegos.

Laptops Son computadoras diseñadas para ser transportadas constantemente de un lugar a otro, se alimentan por medio de baterías recargables y traen integrada una pantalla de cristal líquido. Ofrecen características similares a los PC de escritorio en cuanto a rendimiento.

Dispositivos Móviles

La tendencia en la actualidad es a la utilización de dispositivos móviles que son computadoras con cierto poder de procesamiento y almacenamiento de datos que se caracterizar por una interfaz de tipo touch que le permite al usuario manipular el dispositivo por medio de su pantalla. Estos dispositivos manejan sistemas operativos especializados y soportan conexiones con otros dispositivos de más alto rendimiento de tipo PC; ofrecen acceso a internet y la posibilidad de ejecutar programas. Algunos vienen integrados con teléfonos celulares.

EL COMPUTADOR

El Papel del RendimientoEl rendimiento de un computador está dado por el rendimiento y el tiempo de ejecución. El rendimiento óptimo se logra en un escenario en el cual el rendimiento aumenta al máximo y el tiempo de ejecución se reduce al mínimo. El tiempo es la medida de rendimiento del computador.

Medidas de Rendimiento

Tiempo de Reloj: También denominado tiempo de respuesta, es el tiempo total que toma la realización de una tarea, incluyendo acceso al disco, acceso a memoria, actividades de Entrada/Salida y gastos de Sistema Operativo.

Tiempo de CPU: Es el tiempo que el procesador emplea en la realización específica de la tarea sin contar el tiempo de espera de Entrada/Salida o de otros programas.

Métricas de Rendimiento

Tiempo de Ejecución CPU para un programa:

Ciclos del Reloj CPU para un programa * Duración del ciclo del reloj.

Tiempo de Ejecución CPU para un programa:

Ciclos del Reloj CPU para un programa / Frecuencia del reloj

Buses del Sistema

Bus Paralelo

El bus paralelo presenta unas funciones en líneas dedicadas:

Bus de Direcciones o Líneas de Dirección: Indican la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer conexión.

Bus de Control o Líneas de Control: Envían señales de arbitraje entre los dispositivos que interconecta.

Bus de Datos o Línea de Datos: Transmite los bits de forma aleatoria.

Bus Serial

En este tipo de bus, los datos son enviados Bit a Bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de software.

La MemoriaCuando se desea ejecutar un programa, el sistema operativo carga el programa en la memoria RAM desde un dispositivo de almacenamiento externo. Cuando el programa está cargado en la memoria, el procesador ejecuta las líneas del programa.

Ancho de Banda: Velocidad total a la que se pueden transferir datos entre la memoria y el procesador.

Ancho de Banda = Rendimiento * Cantidad de datos a los que se accede en cada operación

Segmentación

La segmentación consiste en atender varias tareas de manera concurrente para dar la impresión de que estas se están ejecutando paralelamente. Así, como se visualiza en el ejemplo, la tarea 1 se ejecuta primero, luego se ejecuta un segmento de la tarea 2 y luego un segmento de la tarea tres, posteriormente se ejecuta el segundo segmento de la tarea 2 y por último, el segundo segmento de la tarea tres.

Paralelismo

Se consigue incorporando varias memorias al bus de memoria del procesador lo que permite que existan varios accesos de memoria en paralelo. Mientras una

memoria atiende una petición, la siguiente petición se le asigna a otra memoria disponible y así sucesivamente.

Jerarquía de Memoria

Según la jerarquía de memoria ilustrada en el gráfico de la pirámide, en la cúspide están los registros de la CPU a los cuales se accede a la velocidad máxima de la CPU, aunque su capacidad de almacenamiento es muy pequeña. A medida que se desciende por la pirámide, aumenta el tiempo de acceso a la memoria y aumenta también la capacidad de almacenamiento de cada uno de los dispositivos. En la siguiente gráfica se compara el tiempo de acceso y la capacidad de almacenamiento. En este se observa que el tiempo de acceso a

memoria de los dispositivos es directamente proporcional a su capacidad de almacenamiento:

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16001

10

100

1000

Tiempo de Acceso Vs Capacidad de Alma-cenamiento

Tiempo de Acceso

Capa

cidad

de

Alm

acen

amie

nto

CPUCachéMemoriaDisco

Tecnologías de Memoria

Memoria SRAM Memoria DRAMLos valores almacenados en la memoria permanecen en ella indefinidamente siempre y cuando exista alimentación de corriente.

Van perdiendo sus valores almacenados a medida que pasa el tiempo.

El núcleo de la celda consiste en dos inversores conectados el uno a la salida del otro.

Utiliza un condensador para el almacenamiento de datos.

Son más rápidas que las memorias DRAM.

Son más lentas que las memorias SRAM

No requiere refrescar la información almacenada.

Requieren refrescar el contenido de sus celdas para evitar la pérdida de la información almacenada.

No maneja especificación de filas y columnas.

Requiere la entrada de filas y columnas para especificar una dirección de memoria

Señal RAS: es usada por la tecnología DRAM, indica que se está enviando la dirección de la Fila.

Señal CAS: es usada por la tecnología DRAM, indica que se está enviando la dirección de la Columna.

Entrada/SalidaCualquier dispositivo de Entrada/Salida requiere una interfaz para conectarse con la CPU la cual define la manera como se van a entender el procesador y el controlador del dispositivo. La interfaz de Entrada Salida tiene la función de controlar la comunicación de la CPU con los periféricos.

software operativoEs el conjunto de programas que controlan el funcionamiento del software y administra los recursos de hardware. Entre estos, el más importante es el sistema operativo que es un programa o conjunto de programas de control que facilitan el uso del computador con el objetivo de utilizar eficientemente sus recursos.

BIBLIOGRAFIA

MODULO ARQUITECTURA DE COMPUTADORES. JESÚS EMIRO VEGA, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD, Bogotá – Colombia, 2008

Wikipedia. (07 de octubre de 2013). Transistor. http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

Wikipedia. (3 de octubre de 2013). Alan Turing. http://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Turing

Wikipedia. (7 de agosto de 2013). Altair 8800. http://es.wikipedia.org/wiki/Altair_8800

Wikipedia. (9 de octubre de 2013). Bus (Informática). http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_(inform%C3%A1tica)

Wikipedia. (2 de septiembre de 2013). Cobol. http://es.wikipedia.org/wiki/COBOL

Wikipedia. (6 de octubre de 2013). Fortran. http://es.wikipedia.org/wiki/FORTRAN

Wikipedia. (30 de septiembre de 2013). Intel 4004.: http://es.wikipedia.org/wiki/Intel_4004

Wikipedia. (3 de octubre de 2013). : http://es.wikipedia.org/wiki/Apple_I

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