Organización y Arquitectura de Computadores Ing. Angel Plaza Vargas Ing. Angel Plaza 1
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Organización y Arquitectura
de Computadores
Ing. Angel Plaza Vargas Ing. Angel Plaza 1
Organización y Arquitectura de Computadores
OBJETIVO GENERAL:
• Conocer a organización interna de la computadora y otros elementos electrónicos relacionados, su funcionamiento interno y saber los fundamentos para aplicarlos en el mantenimiento y diseño de equipos de esta naturaleza.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Al finalizar el curso el estudiante será capaz de:
• Saber cómo está configurada internamente una computadora.
• Conocer internamente todas las partes del CPU (Unidad Central de Proceso), como lo es la ALU (Unidad de Aritmética y Lógica), UC (Unidad de Control), Memoria Principal, entre otras.
• Entender cómo es que el sistema operativo hace que la memoria principal sea lógicamente ilimitada, mientras que lógicamente lo es.
• Razonar acerca de la Microprogramación y la Multiprogramación
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Descripción
• Esta asignatura de carácter obligatorio y de naturaleza técnica ha sido diseñada para proporcionar al estudiante de Ingeniería conocimientos fundamentales sobre la estructura y funcionamiento de las computadoras.
• Tomando como base la propuesta de la arquitectura de VON NEWMANN, sus principales unidades y funciones:
– Procesadores (Unidad de control, Unidad Aritmética Lógica, Registros), Memorias, Tipos de Memorias principales y sus tecnologías, Jerarquía de Memorias, Diseño de memorias DRAM, RAM y ROM, Buses, Jerarquía de Buses, Arquitectura de Buses, Dispositivos de Entrada/Salida, Tipos de Operaciones de Entrada/ Salida, Rendimiento del Computador, Parámetros de Rendimiento, Cálculo del tiempo de CPU y medidas adoptadas de Rendimiento.
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Alcance del curso
Al finalizar el curso podrán responder las siguientes preguntas
– ¿ Cómo se traducen los lenguajes de alto nivel como C o Java al lenguaje del hardware ?
– ¿ Cómo ejecuta el hardware el programa resultante ?
– ¿ Cuál es la interface entre el software y el hardware ?
– ¿ Cómo le pide el software al hardware ejecutar funciones necesarias ?
– ¿ Qué determina el desempeño de un programa ?
– ¿ Cómo puede un programador mejorar el desempeño delprograma ?
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Sobre las clases • Nivel: Quinto
• Carga Horaria Semanal: 5 horas
• Horario:
– Lunes: 11H00 – 13H00
– Miércoles, jueves y viernes: 12H00 – 13H00
• Web: http://angelplaza.bl.ee/
• Facebook: Ing Angel Plaza Vargas
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
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Examen 30%
Proyecto de Investigación. Lectura interpretativa
Sustentación sobre el tema investigado
Objeto de estudio - Métodos y técnicas
Observación de hechos y fenómenos
40%
Trabajo individual, en equipo, colaborativo y cooperativo. Talleres, participación en clase Presentación – Contenido - Sustentación Valores (iniciativa, predisposición, etc.)
10%
Exposiciones orales: Pertinencia Dominio Calidad del producto
10%
Ensayos escritos, deberes: Construcción, Coherencia Consistencia, Creatividad
10%
Bibliografía recomendada
• Organización y Arquitectura de computadores - Stallings William
• Organización de Computadoras un enfoque estructurado - Tanenbaum Andrew
• GIDEON LONSHOLZ Y ABRAHAM KANDELL - Elementos de organización de computadoras - Prentice Hall
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CAPITULO 1
Unidad 1: Introducción
¿Qué es arquitectura? ¿Qué es organización? Partes del computador Funciones del computador Modelos básicos del ciclo de instrucción Maquina de Von Neuman.
El microprocesador Arquitectura básica y sus operaciones Tipos de arquitecturas en la evolución del CPU Arquitectura multinucleo Multiprocesamiento en multinucleo
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Arquitectura y Organización del computador
• Se puede definir la arquitectura de computadores como el
estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de
computadores. Esto incluye, sobre todo aspectos de
hardware, pero también afecta a cuestiones de software de
bajo nivel.
• La arquitectura de un computador se refiere a la estructura
lógica que da forma.
• La organización de un computador nos muestra como es este
por dentro.
• La arquitectura describe “lo que sucede”, mientras que la
organización describe “como sucede”
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Arquitectura y Organización del computador
• La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la
estructura operacional fundamental de un sistema de
computadora.
• Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los
requerimientos y las implementaciones de diseño para varias
partes de una computadora, con especial interés en la forma
en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja
internamente y accede a las direcciones de memoria.
• También suele definirse como la forma de seleccionar e
interconectar componentes de hardware para crear
computadoras según los requerimientos de
funcionalidad, rendimiento y costo.
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[ Introducción ] ¿Qué es un computador?
DEFINICIÓN DE LA RAE (Real Academia Española ):
Máquina electrónica, analógica o digital,
dotada de una memoria de gran capacidad
y de métodos de tratamiento de
información, capaz de resolver problemas
matemáticos y lógicos mediante la
utilización automática de programas
informáticos.
Se acepta computador o computadora. Ing. Angel Plaza 11
[ Introducción ] ¿Qué es un computador?
DEFINICIÓN DE 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.
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[ Introducción ] ¿Qué es un computador?
La computadora u ordenador consta de:
Datos específicos (a estos datos, en conjunto, se les conoce como "Input" en inglés) que deben ser suministrados, y que son requeridos al momento de la ejecución.
El producto final del procesamiento de datos, que recibe el nombre de "output".
La información, que puede ser entonces utilizada, reinterpretada, copiada, transferida, o retransmitida a otra(s) persona(s), computadora(s) o componente(s) electrónico(s) local o remotamente usando diferentes sistemas de telecomunicación, pudiendo ser grabada, salvada o almacenada en algún tipo de dispositivo o unidad de almacenamiento
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Abstracciones de la computadora y tecnología
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Cada vez que el costo de las computadoras disminuye, las oportunidades para ellas aumenta. Aplicaciones que eran económicamente irrealizables súbitamente se vuelven prácticas. En el pasado reciente, las siguientes aplicaciones eran “ciencia ficción de las computadoras” • Computadoras en automóviles • Teléfonos celulares • Proyecto del Genoma Humano • World Wide Web • Motores de búsqueda inteligentes
Clases de computadoras y sus características
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Computadoras de escritorio
Se enfocan en proporcionar un buen desempeño a un solo
usuario a bajo costo y usualmente ejecutan software
de terceros
Servidores Son la forma moderna de lo que eran las mainframes, minicomputadoras y supercomputadoras.
Están diseñados para grandes cargas de trabajo una sola aplicación compleja (usualmente una aplicación científica o de ingeniería)
Computadoras empotradas
Están diseñados para correr una aplicación o un conjunto de aplicaciones relacionadas.
Las aplicaciones están normalmente integradas con el hardware y entregadas como un solo sistema.
los microprocesadores en el automóvil, las computadoras de los teléfonos celulares, las computadoras en un videojuego o televisión
Estructura General de un Computador personal
Dispositivos de
Entrada/Salida
Dispositivos de
Almacenamiento Secundario
Unidad de Control
Unidad Aritmética y Lógica
Memoria
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[ Introducción ] Estructura
17 Arquitectura de Computadores
Computer
Main
Memory
Input
Output
Systems
Interconnection
Peripherals
Communication
lines
Central
Processing
Unit
Computer
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[ Introducción ] Estructura
18 Arquitectura de Computadores
Computer Arithmetic
and
Login Unit
Control
Unit
Internal CPU
Interconnection
Registers
CPU
I/O
Memory
System
Bus
CPU
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[ Introducción ] Estructura
19 Arquitectura de Computadores
CPU
Control
Memory
Control Unit
Registers and
Decoders
Sequencing
Login
Control
Unit
ALU
Registers
Internal
Bus
Control Unit
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Funciones de un computador
Básicamente cualquier tipo de computadora realiza operaciones de procesamiento de datos, exponiéndolos luego como información. La función primordial de una computadora es llevar a cabo procesos de datos en forma automática, a gran velocidad y sin la intervención humana. Cuando los datos ingresados son ordenados de acuerdo a un esquema lógico, se transforman en información disponible para el usuario. La adquisición de información a partir de datos es la función relevante de una computadora siendo la Informática la ciencia que estudia la obtención de información a través de sistemas automáticos.
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[ Introducción ] Funcionamiento
Transferencia
de datos
Control
Almacenamiento
de datos Procesamiento
de datos
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[ Introducción ] Funcionamiento
Transferencia
de datos
Control
Almacenamiento
de datos Procesamiento
de datos
TRANSFERENCIA
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[ Introducción ] Funcionamiento
Transferencia
de datos
Control
Almacenamiento
de datos Procesamiento
de datos
ALMACENAMIENTO
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[ Introducción ] Funcionamiento
Transferencia
de datos
Control
Almacenamiento
de datos Procesamiento
de datos
PROCESAMIENTO
CON USO DE
MEMORIA
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[ Introducción ] Funcionamiento
Transferencia
de datos
Control
Almacenamiento
de datos Procesamiento
de datos
PROCESAMIENTO
CON USO DE
MEMORIA Y
TRANSFERENCIA
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Arquitectura (elementos básicos)
de una computadora
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La arquitectura de la PC Actual describe una computadora
con 4 secciones principales:
Memoria
Programas
Dispositivos de
Entrada y Salida
Registros
Unidad
De
Control
ALU
Bus del
sistema
Ing. Angel Plaza
MAQUINA DE VON NEWMANN
• La maquina de Von Newman tenia cuatro partes básicas:
La memoria
Unidad Aritmética y Lógica - Unidad de Control
Sistema de entrada y Salida
Buses
• La memoria estaba formada por 1024 palabras de 40 bits
(ampliable 4 k)
• Cada palabra contienen 2 instrucciones o un numero entero
de 39 bits.
• Las instrucciones tenían 8 bits para indicar el tipo de
instrucción, y 12 para especificar la palabra de memoria.
27 Ing. Angel Plaza
MAQUINA DE VON NEWMANN
• La unidad aritmético - lógica tenia un registro interno de
40 bits llamado acumulador.
• Una instrucción típica sumaba el contenido de una
palabra de memoria al acumulador, o almacenaba el
contenido del acumulador en una palabra de memoria.
• Esta maquina no disponía de aritmética de coma flotante
(Von Newman pensaba que cualquier matemático
competente debería de ser capaz de llevar mentalmente
la cuenta de la posición decimal o mejor dicho binaria)
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MAQUINA DE VON NEWMANN
Memoria 1 K palabra
Unidad
de
Control
Unidad
Aritmético - Lógica
AC
Entrada
Salida
Memoria unidimensional, organizado como un vector de celdas del
mismo tamaño y de direcciones secuenciales.
Una misma memoria para instrucciones y datos.
Sin distinción explicita entre instrucciones y datos.
Sin especificaciones explicitas de tipos de datos.
Las instrucciones se ejecutaban secuencialmente. Se requerían
instrucciones de saltos para romper el flujo. Ing. Angel Plaza 29
Arquitectura utilizada actualmente.
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Organización Básica de un Computador
Tarjeta de
red
Procesador de propósito general
Datos e Instrucciones
con mayor frecuencia
de uso
Memoria de
mayor
velocidad Medio o canal de
transmisión de datos
Procesadores
Especializados Almacenamiento de Datos
y Programas Ing. Angel Plaza 31
Deber
• Buscar información sobre la organización básica de los componentes internos de un servidor.
• Buscar información sobre la organización básica de los componentes internos de sistema empotrado.
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