Arquitectura de Computadores Dr. Yván Jesús Túpac Valdivia [email protected]http://www.ucsp.edu.pe/~ytupac Programa Profesional de Ciencia de la Computación Enero 2014 Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de Computadores TÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 1/16
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Arquitectura de Computadores - Universidad Católica San ...ytupac/speaks/2014/I_EscVeranoCC_CompArch_2014.pdf · Arquitectura de Computadores Introducción Arquitectura de Computadores
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Arquitectura de Computadores es el arte y ciencia de seleccionar einterconectar componentes de hardware para crear computadoras quesatisfagan objetivos funcionales, de rendimiento y de costo.a
aArquitectura de computadores no se refiere a usar computadora para el diseño deedificaciones (CAD).
Architect Interface
Interface
Goals
Means
Arts Engineering
Client’s taste:
mood, style, . . .
Client’s requirements:
function, cost, . . .
The world of arts:
aesthetics, trends, . . .
Construction technology:
material, codes, . . .
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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación
Sistemas de ComputaciónSistemas Personales/trabajo
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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación
Sistemas de ComputaciónSistemas Móviles
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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación
Sistemas de ComputaciónSistemas incorporados (Empotrados, embebidos)
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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación
Sistemas de ComputaciónPartes de un sistema de computación
Memory
Link Input/Output
To/from network
Processor
Control
Datapath
Input
Output
CPU I/O
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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación
Sistemas de ComputaciónLey de Moore
1Mb
1990 1980 2000 2010
kIPS
MIPS
GIPS
TIPS P
roce
sso
r p
erf
orm
ance
Calendar year
80286
68000
80386
80486
68040
Pentium
Pentium II
R10000
×1.6 / yr
×10 / 5 yrs
×2 / 18 mos
64Mb
4Mb
64kb
256kb
256Mb
1Gb
16Mb
×4 / 3 yrs
Processor
Memory
kb
Mb
Gb
Tb
Me
mo
ry c
hip
ca
pa
cit
y
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Instrucciones y ejecución
MicroprocesadorMicroprocesadores conocidos en el mercado
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Instrucciones y ejecución
MicroprocesadorDiagrama de un microprocesador típico
Microprocesador
Reloj (GHz)
Unidad deControl
Dec
od
ifica
cio
n(P
aso
2)
UnidadA/L
Eje
cuci
on
(Pas
o3
)
Memoria CacheL1 (1ns)
Memoria CacheL3 (12ns)
Fet
ch(P
aso
1)
Sto
re(P
aso
4)
Unidad Central de Proceso (CPU)
Registros del microprocesador
Memoria CacheL2 (6ns)
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Instrucciones y ejecución
Instrucciones y ejecuciónInstrucción de alto nivel y equivalente en MIPS
Instruccion en ensamblador
Instruccion en
Lınea de codigo de alto nivel
000000 10010 10001 11000 00000 100000
add $t8, $s2, $s1
a = b + c
Instruccionde ALU
Registro$18
Registro$17
Registro$24 usado
Codigo deadicion
ALU
Extraccion deinstruccion
Lectura deregistros
OperacionLect/Almac
de datosEscritura en
registro
RegistrosCache deinstrucciones
Cache de datos(inactivo)
PC $17
$18
$24
lenguaje maquina No
Registros
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Instrucciones y ejecución
Instrucciones y ejecuciónInstrucciones aritméticas
Ejemplo: sea la sentencia g = (b + c) - (e + f), que en MIPS podríaescribirse como:
add $t8 ,$s2 ,$s3 # poner la suma b + c en $t8add $t9 ,$s5 ,$s6 # poner la suma e + f wn $t9sub $s7 ,$t8 ,$t9 # hacer g = ($t8 )-( $t9)
Una instrucción máquina usualmente contiene- Un código de operación- Uno o más operandos- Un posible destino
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Instrucciones y ejecución
Instrucciones y ejecuciónEjecución de Instrucciones – Secuencial
Reservado
Programa
Pila
1 00 080 00
1 00 0f f f f
1 00 000 00
0 00 000 00
0 04 000 00
7 f f f f f f c
Datosestaticos
Datosdinamicos
ALU
Extraccion deinstruccion
Lectura deregistros Operacion
Lect/Almacde datos
Escritura enregistro
RegistrosCache deinstrucciones
Cache de datos
PC $17
$18
$24
Registros
Memoria RAM (40 ns) Microprocesador (0.3 ns)
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Instrucciones y ejecución
Instrucciones y ejecuciónEjecución de Instrucciones – Pipeline
Reservado
Programa
Pila
1 00 080 00
1 00 0f f f f
1 00 000 00
0 00 000 00
0 04 000 00
7 f f f f f f c
Datosestaticos
Datosdinamicos
Memoria RAM (40 ns) Microprocesador en pipelining (0.3 ns)
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
......
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Instrucciones y ejecución
Instrucciones y ejecuciónEjecución de Instrucciones – Multicore
Reservado
Programa
Pila
1 00 080 00
1 00 0f f f f
1 00 000 00
0 00 000 00
0 04 000 00
7 f f f f f f c
Datosestaticos
Datosdinamicos
Memoria RAM (40 ns) Microprocesador en multicore (0.3 ns)
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
... ...
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
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Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
... ...Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
... ...
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Regfile
RegfileALU
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Instrcache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
Datacache
... ...
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Instrucciones y ejecución
Instrucciones y ejecuciónCambio de contexto e Interrupciones
Interrupción Avisos de I/O
Noción de interrupciones e interrupciones anidadasJugar Grand Theft Auto V 18:55
Estomago avisa porhambre e interrumpe
Llegada dee-mail
19:40
Cenar
Leer y enviar e-mail
Conversar por telefono
20:42 21:46:
20:53 21:20
20:01
Llamadas deofertas
Llamada delmejor amigo
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Instrucciones y ejecución
Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación
“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)
“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)
http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html
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Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación
“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)
“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)
http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html
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Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación
“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)
“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)
http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html
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Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación
“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)
“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)
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Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación
“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)
“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)
http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html
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Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación
“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)
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