01 - Arquitectura - Introduccion

Organizacin y Arquitectura

de Computadores

Ing. Angel Plaza Vargas Ing. Angel Plaza 1

Organizacin y Arquitectura de Computadores

OBJETIVO GENERAL:

Conocer a organizacin interna de la computadora y otros elementos electrnicos relacionados, su funcionamiento interno y saber los fundamentos para aplicarlos en el mantenimiento y diseo de equipos de esta naturaleza.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Al finalizar el curso el estudiante ser capaz de:

Saber cmo est configurada internamente una computadora.

Conocer internamente todas las partes del CPU (Unidad Central de Proceso), como lo es la ALU (Unidad de Aritmtica y Lgica), UC (Unidad de Control), Memoria Principal, entre otras.

Entender cmo es que el sistema operativo hace que la memoria principal sea lgicamente ilimitada, mientras que lgicamente lo es.

Razonar acerca de la Microprogramacin y la Multiprogramacin Ing. Angel Plaza 2

Descripcin

Esta asignatura de carcter obligatorio y de naturaleza tcnica ha sido diseada para proporcionar al estudiante de Ingeniera 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 Aritmtica Lgica, Registros), Memorias, Tipos de Memorias principales y sus tecnologas, Jerarqua de Memorias, Diseo de memorias DRAM, RAM y ROM, Buses, Jerarqua de Buses, Arquitectura de Buses, Dispositivos de Entrada/Salida, Tipos de Operaciones de Entrada/ Salida, Rendimiento del Computador, Parmetros de Rendimiento, Clculo del tiempo de CPU y medidas adoptadas de Rendimiento.

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Alcance del curso

Al finalizar el curso podrn responder las siguientes preguntas

Cmo se traducen los lenguajes de alto nivel como C o Java al lenguaje del hardware ?

Cmo ejecuta el hardware el programa resultante ?

Cul es la interface entre el software y el hardware ?

Cmo le pide el software al hardware ejecutar funciones necesarias ?

Qu determina el desempeo de un programa ?

Cmo puede un programador mejorar el desempeo delprograma ?

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Sobre las clases Nivel: Quinto

Carga Horaria Semanal: 5 horas

Horario:

Lunes: 11H00 13H00

Mircoles, jueves y viernes: 12H00 13H00

Web: http://angelplaza.bl.ee/

Facebook: Ing Angel Plaza Vargas

CRITERIOS DE EVALUACIN

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Examen 30%

Proyecto de Investigacin. Lectura interpretativa

Sustentacin sobre el tema investigado

Objeto de estudio - Mtodos y tcnicas

Observacin de hechos y fenmenos

40%

Trabajo individual, en equipo, colaborativo y cooperativo. Talleres, participacin en clase Presentacin Contenido - Sustentacin Valores (iniciativa, predisposicin, etc.)

10%

Exposiciones orales: Pertinencia Dominio Calidad del producto

10%

Ensayos escritos, deberes: Construccin, Coherencia Consistencia, Creatividad

10%

Bibliografa recomendada

Organizacin y Arquitectura de computadores - Stallings William

Organizacin de Computadoras un enfoque estructurado - Tanenbaum Andrew

GIDEON LONSHOLZ Y ABRAHAM KANDELL - Elementos de organizacin de computadoras - Prentice Hall

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CAPITULO 1

Unidad 1: Introduccin

Qu es arquitectura? Qu es organizacin? Partes del computador Funciones del computador Modelos bsicos del ciclo de instruccin Maquina de Von Neuman.

El microprocesador Arquitectura bsica y sus operaciones Tipos de arquitecturas en la evolucin del CPU Arquitectura multinucleo Multiprocesamiento en multinucleo

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Arquitectura y Organizacin del computador

Se puede definir la arquitectura de computadores como el estudio de la estructura, funcionamiento y diseo de

computadores. Esto incluye, sobre todo aspectos de hardware, pero tambin afecta a cuestiones de software de

bajo nivel.

La arquitectura de un computador se refiere a la estructura lgica que da forma.

La organizacin de un computador nos muestra como es este por dentro.

La arquitectura describe lo que sucede, mientras que la organizacin describe como sucede

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Arquitectura y Organizacin del computador

La arquitectura de computadoras es el diseo conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de

computadora.

Es decir, es un modelo y una descripcin funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseo para varias

partes de una computadora, con especial inters en la forma

en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja

internamente y accede a las direcciones de memoria.

Tambin suele definirse como la forma de seleccionar e

interconectar componentes de hardware para crear

computadoras segn los requerimientos de

funcionalidad, rendimiento y costo.

Ing. Angel Plaza 10

[ Introduccin ] Qu es un computador?

DEFINICIN DE LA RAE (Real Academia Espaola ):

Mquina electrnica, analgica o digital,

dotada de una memoria de gran capacidad

y de mtodos de tratamiento de

informacin, capaz de resolver problemas

matemticos y lgicos mediante la

utilizacin automtica de programas

informticos.

Se acepta computador o computadora. Ing. Angel Plaza 11

[ Introduccin ] Qu es un computador?

DEFINICIN DE Stallings:

Mquina digital electrnica programable

para el tratamiento automtico de la

informacin, capaz de recibirla, operar

sobre ella mediante procesos

determinados y suministrar los resultados

de tales operaciones.

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[ Introduccin ] Qu es un computador?

La computadora u ordenador consta de:

Datos especficos (a estos datos, en conjunto, se les conoce como "Input" en ingls) que deben ser suministrados, y que son requeridos al momento de la ejecucin.

El producto final del procesamiento de datos, que recibe el nombre de "output".

La informacin, que puede ser entonces utilizada, reinterpretada, copiada, transferida, o retransmitida a otra(s) persona(s), computadora(s) o componente(s) electrnico(s) local o remotamente usando diferentes sistemas de telecomunicacin, pudiendo ser grabada, salvada o almacenada en algn tipo de dispositivo o unidad de almacenamiento

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Abstracciones de la computadora y tecnologa

Ing. Angel Plaza 14

Cada vez que el costo de las computadoras disminuye, las oportunidades para ellas aumenta. Aplicaciones que eran econmicamente irrealizables sbitamente se vuelven prcticas. En el pasado reciente, las siguientes aplicaciones eran ciencia ficcin de las computadoras Computadoras en automviles Telfonos celulares Proyecto del Genoma Humano World Wide Web Motores de bsqueda inteligentes

Clases de computadoras y sus caractersticas

Ing. Angel Plaza 15

Computadoras de escritorio

Se enfocan en proporcionar un buen desempeo 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.

Estn diseados para grandes cargas de trabajo una sola aplicacin compleja (usualmente una aplicacin cientfica o de ingeniera)

Computadoras empotradas

Estn diseados para correr una aplicacin o un conjunto de aplicaciones relacionadas.

Las aplicaciones estn normalmente integradas con el hardware y entregadas como un solo sistema.

los microprocesadores en el automvil, las computadoras de los telfonos celulares, las computadoras en un videojuego o televisin

Estructura General de un Computador personal

Dispositivos de

Entrada/Salida

Dispositivos de

Almacenamiento Secundario

Unidad de Control

Unidad Aritmtica y Lgica

Memoria

Ing. Angel Plaza 16

[ Introduccin ] Estructura

17 Arquitectura de Computadores

Computer

Main

Memory

Input

Output

Systems

Interconnection

Peripherals

Communication

lines

Central

Processing

Unit

Computer

Ing. Angel Plaza 17

[ Introduccin ] Estructura

18 Arquitectura de Computadores

Computer Arithmetic

and

Login Unit

Control

Unit

Internal CPU

Interconnection

Registers

CPU

I/O

Memory

System

Bus

CPU

Ing. Angel Plaza 18

[ Introduccin ] Estructura

19 Arquitectura de Computadores

CPU

Control

Memory

Control Unit

Registers and

Decoders

Sequencing

Login

Control

Unit

ALU

Registers

Internal

Bus

Control Unit

Ing. Angel Plaza 19

Funciones de un computador

Bsicamente cualquier tipo de computadora realiza operaciones de procesamiento de datos, exponindolos luego como informacin. La funcin primordial de una computadora es llevar a cabo procesos de datos en forma automtica, a gran velocidad y sin la intervencin humana. Cuando los datos ingresados son ordenados de acuerdo a un esquema lgico, se transforman en informacin disponible para el usuario. La adquisicin de informacin a partir de datos es la funcin relevante de una computadora siendo la Informtica la ciencia que estudia la obtencin de informacin a travs de sistemas automticos.

Ing. Angel Plaza 20

[ Introduccin ] Funcionamiento

Transferencia

de datos

Control

Almacenamiento

de datos Procesamiento

de datos

Ing. Angel Plaza 21

[ Introduccin ] Funcionamiento

Transferencia

de datos

Control

Almacenamiento

de datos Procesamiento

de datos

TRANSFERENCIA

Ing. Angel Plaza 22

[ Introduccin ] Funcionamiento

Transferencia

de datos

Control

Almacenamiento

de datos Procesamiento

de datos

ALMACENAMIENTO

Ing. Angel Plaza 23

[ Introduccin ] Funcionamiento

Transferencia

de datos

Control

Almacenamiento

de datos Procesamiento

de datos

PROCESAMIENTO

CON USO DE

MEMORIA

Ing. Angel Plaza 24

[ Introduccin ] Funcionamiento

Transferencia

de datos

Control

Almacenamiento

de datos Procesamiento

de datos

PROCESAMIENTO

CON USO DE

MEMORIA Y

TRANSFERENCIA

Ing. Angel Plaza 25

Arquitectura (elementos bsicos)

de una computadora

26

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 bsicas:

La memoria

Unidad Aritmtica y Lgica - 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 tenan 8 bits para indicar el tipo de instruccin, y 12 para especificar la palabra de memoria.

27 Ing. Angel Plaza

MAQUINA DE VON NEWMANN

La unidad aritmtico - lgica tenia un registro interno de 40 bits llamado acumulador.

Una instruccin tpica sumaba el contenido de una palabra de memoria al acumulador, o almacenaba el

contenido del acumulador en una palabra de memoria.

Esta maquina no dispona de aritmtica de coma flotante (Von Newman pensaba que cualquier matemtico

competente debera de ser capaz de llevar mentalmente

la cuenta de la posicin decimal o mejor dicho binaria)

28 Ing. Angel Plaza

MAQUINA DE VON NEWMANN

Memoria 1 K palabra

Unidad

de

Control

Unidad

Aritmtico - Lgica

AC

Entrada

Salida

Memoria unidimensional, organizado como un vector de celdas del mismo tamao y de direcciones secuenciales.

Una misma memoria para instrucciones y datos. Sin distincin explicita entre instrucciones y datos. Sin especificaciones explicitas de tipos de datos. Las instrucciones se ejecutaban secuencialmente. Se requeran

instrucciones de saltos para romper el flujo. Ing. Angel Plaza 29

Arquitectura utilizada actualmente.

Ing. Angel Plaza 30

Organizacin Bsica de un Computador

Tarjeta de

red

Procesador de propsito general

Datos e Instrucciones

con mayor frecuencia

de uso

Memoria de

mayor

velocidad Medio o canal de

transmisin de datos

Procesadores

Especializados Almacenamiento de Datos

y Programas Ing. Angel Plaza 31

Deber

Buscar informacin sobre la organizacin bsica de los componentes internos de un servidor.

Buscar informacin sobre la organizacin bsica de los componentes internos de sistema empotrado.

Ing. Angel Plaza 32