01 - Arquitectura - Introduccion

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    28-Dec-2015

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  • 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.

    Ing. Angel Plaza 3

  • 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 ?

    Ing. Angel Plaza 4

  • 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

    Ing. Angel Plaza 6

    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

    Ing. Angel Plaza 7

  • 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

    Ing. Angel Plaza 8

  • 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

    Ing. Angel Plaza 9

  • 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.

    Ing. Angel Plaza 12

  • [ 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

    Ing. Angel Plaza 13

  • 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