Arquitectura de Computadoresumh2269.edu.umh.es/wp-content/.../02/Arquitecturas... · Arquitectura Computadores Funciones de un computador: • Procesamiento de datos. • Almacenamiento

Arquitectura de Computadores

Implementación Arquitecturas

Arq. Avanzadas. FPGAs

ARCO 2015

Introducción

• Los microprocesadores han revolucionado nuestra industriao moviles, routers, avances en medicina, coches, etc.

• La indusctrioa de los semiconductores, ha crecido de 21 billones de $ en 1985 1213 b in 2008

Arquitectura Computadores¿Qué es un computador?

[Hamacher96]: “máquina de cálculo electrónica de alta velocidad que acepta información digitalizada, la procesa atendiendo a una lista de instrucciones que almacena internamente, y produce la correspondiente información de salida”.[RAE]: “Máquina electrónica, analógica o digital, dotada de una memoria de gran capacidad y de métodos de tratamiento de la información, capaz de resolver problemas matemáticos y lógicos mediante la utilización automática de programas informáticos”.

Arquitectura Computadores

Funciones de un computador:• Procesamiento de datos.• Almacenamiento de datos.• Transferencias de datos entre el computador y el exterior.• Control de las anteriores operaciones.

Sus principales componentes estructurales son:• Procesador: controla el funcionamiento del computador y

procesa los datos.• Subsistema de memoria: almacena datos.• Subsistema de entrada/salida: transfiere datos entre el

computador y el entorno externo.• Buses: interconexión entre las diferentes partes.• Buses de comunicación

Arquitectura Computadores

Programación:Diseño del conjunto de instrucciones.Interface del computador.Relación con los compiladores.

Organización de la máquina:Unidades funcionales.Transparente al software.Componentes Hardware y su interconexión

Arquitectura del Computador

¿como se crea la arquitectura de un computador?

Organización de la máquina

• Características del computador de interés para el diseñador lógico.

Incluye:• Estructura y función de las unidades funcionales (registros,

UAL, desplazadores, etc)• La forma en la que esos componentes se interconectan.• Cómo circula la información entre esos componentes.• La lógica y medios por los que tal flujo de información se

controla.• Coordinación de las unidades funcionales en orden a

realizar la arquitectura del conjunto de instrucciones.

Implementación Arquitecturas

UnidadAritmética

Unidadde

Control

MemoriaPrincipal

CPU

Periféricos

deSalida

Periféricos

deEntrada

PICS ASIC

FPGA DSP

Implementacióndepende de la tecnología.

Implementación Componentes

¿Que tecnología se puede utiliza para implementar los distintos componentes de un computador?

En el caso de los procesadores, se pueden utilizar dos:

• Aplicación de circuitos integrados específicos (ASIC)• Field Programmable Gate Array (FPGA)

ASIC - Ventajas

• Velocidad• Consumo de potencia bajo• Costo/rendimiento

ASIC- Desventajas

• Alto costo de desarrollo• Lentos ciclos de desarrolo• Inflexible

FPGA

Otra solución

¿Qué es una FPGA?

• Circuitos digitales integrados que contienen bloques de logica configurable (programable) con interconexiones reconfigurables controladas por el switch de una matriz de control.

• Los programadores pueden cambiar el diseño de la aplicación una y otra vez sobre la misma FPGA

Bloques lógicos

Look-up table (LUT)

ABCD

Out

A × B × C × D = out

×

FPGA (Field-Programmable Gate Array )

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Elemento Logico Interconexiones

Los bloques lógicos realizan funciones booleanas

Xilinx XC4000 Cell

Ejemplo FPGA FPGA

FPGA - Ventajas

• Mayor flexibilidad que un ASIC• Alto Rendimiento en algunas aplicaciones• Reusabillidad de Hardware para diferentes

aplicaciones

SPARTAN 3E