Arquitecturas Clasicas

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Procedimientos del funcionamiento de las dos arquitecturas mas relevantes en la historia de la informática.

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Modelo de Arquitectura de ComputadorasUNIDAD 1 ARQUITECTURA DE COMPUTADORASINSTUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE VALLADOLID

ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS CLASICAS SEGN VON NEUMANN.El Concepto de von Neumann.Los primeros computadores se programaban en realidad re cablendolos. Esto prcticamente equivala a reconstruir todo el computador cuando se requera de un nuevo programa. La tarea era simplificada gracias a un panel de contactos con el que era posible enlazar circuitos para crear secciones dedicadas a una actividad especficas. La programacin del computador se llevaba a cabo, literalmente, reconstruyndolo.Mientras que el re cablear al computador estableca una clara distincin entre los datos (representados por los estados o seales elctricas que sern mantenidas por los relevadores o a travs de los bulbos que conformaban al computador) y el programa (las conexiones que seran establecidas entre estos componentes del hardware) la labor de "programacin" requera sino del propio creador del computador si a un verdadero experto y conocedor de electrnica, principios de lgica digital y del problema mismo. ORIGENEl nacimiento de la arquitectura Von Neumann surge a raz de una colaboracin en el proyecto ENIAC del matemtico de orgen hngaro, John Von Neumann.Este trabajaba en 1947 en el laboratorio atmico de Los Alamos cuando se encontr con uno de los constructores de la ENIACVon Neumann se interes por el problema de la necesidad de "recablear" la mquina para cada nueva tarea. EMBOTELLAMIENTO DE VON NEUMANNLa separacin entre la CPU y la memoria lleva al embotellamiento de Von NeumannProcesamiento limitado de datos LA ARQUITECTURA DE VON NEUMANN SE COMPONE DE TRES ELEMENTOS:La Unidad Central de Procesamiento (CPU, por sus siglas en ingls). Internamente consiste de una Unidad Aritmtico-Lgica (ALU), un conjunto de registros y una Unidad de Control (CU). La ALU es donde se realizan todas las operaciones que involucran un procesamiento matemtico (particularmente aritmtico) o lgico (operaciones booleanas). En la CU es donde se ejecutan todo el resto de las operaciones (decisin, control, movimiento de datos). La memoria, que es donde datos y programa es almacenado. La memoria puede ser visto como un arreglo unidimensional finito en la que cada localidad es identificada por un valor asociado a su posicin y que es comnmente llamado direccin. Se clasifican en dos grandes grupos por tipo de uso al que de destina. La memoria RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio). La memoria ROM, Es usada principalmente para el almacenamiento de pequeos programas destinados a la administracin bsica de recursos, especialmente de entrada y salida.Las interfaces de entrada y salida (I/O). destinadas a liberar de trabajo a la CPU en la comunicacin con dispositivos de entrada (teclados, ratones), salida (impresoras) y entrada-salidas (discos, cintas).ESQUEMA DE LA ARQUITECTURA DE VON NEUMANN.

La arquitectura von Neumann se refiere a las arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard).

El trmino se acu en el documento First Draft of a Report on the EDVAC (1945), escrito por el conocido matemtico John von Neumann, que propuso el concepto de programa almacenado. Dicho documento fue redactado en vistas a la construccin del sucesor de la computadora ENIAC, y su contenido fue desarrollado por Presper Eckert, John Mauchly, Arthur Burks, y otros durante varios meses antes de que Von Neumann redactara el borrador del informe.Los ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de cinco partes: La unidad aritmtico-lgica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.

Obtiene la siguiente instruccin desde la memoria en la direccin indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instruccin. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar el siguiente.Descodifica la instruccin mediante la unidad de control. sta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una funcin determinada.Se ejecuta la instruccin. sta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo as operaciones repetitivas. El contador puede cambiar tambin cuando se cumpla una cierta condicin aritmtica, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmtica y lgica anteriores.Vuelve al paso 1FUNCIONAMIENTO DEL MODELO VON NEUMANNUN ORDENADOR CON ARQUITECTURA VON NEUMANN REALIZA O EMULA LOS SIGUIENTES PASOS SECUENCIALMENTE:Obtiene la siguiente instruccin desde la memoria en la direccin indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instruccin.

Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar a la siguiente.Descodifica la instruccin mediante la unidad de control. sta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una funcin determinada.

Se ejecuta la instruccin. sta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo as operaciones repetitivas. El contador puede cambiar tambin cuando se cumpla una cierta condicin aritmtica, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmtica y lgica anterioresCPU: Unidad Central de Proceso.La Unidad de Control (UC).La memoria.Un dispositivo de entrada/salida.Buses de interconexin.

LOS ORDENADORES CON ESTA ARQUITECTURA CONSTAN DE CINCO PARTES: ALU: Unidad Aritmtica Lgica.ACC: Acumulador.IP: Apuntador de instrucciones.ID: Decodificador de instrucciones.CCR: Registro de cdigo de instrucciones.

LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO SE COMPONE POR:Unidad Aritmtica Lgica (ALU): Es un circuito digital que calcula operaciones aritmticas (sumas, restas, etc.) y operaciones lgicas (NOT, OR, AND, etc.).

Unidad de Control (UC): Es una unidad encargada de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador, en funcin de la instruccin que se est ejecutando y de la etapa en que se est ejecutando. A la vez, es la encargada de interpretar y ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria principal y genera las seales de control necesarias para ejecutarlas.

Memoria: Componente de un computador que es capaz de retener datos informticos durante un intervalo de tiempo.

Bus de Datos: Dispositivo que funciona de transporte de datos y conexin entre las distintas partes de un sistema informtico.

PRIMEROS ORDENADORES BASADOS EN ARQUITECTURAS VON NEUMANN La primera saga se basaba en un diseo que fue utilizado por muchas universidades y empresas para construir sus equipos. Entre estos, slo ILLIAC y ORDVAC tenan un conjunto de instrucciones compatible. ORDVAC (U-Illinois) en Aberdeen Proving Ground, Maryland (completado en noviembre de 1951) IAS machine en Princeton University (Jan 1952) MANIAC I en Laboratorio Cientifico Los Alamos(Mar 1952) ILLIAC en la Universidad de Illinois, (Sept 1952) AVIDAC en Laboratorios Argonne National (1953) ORACLE en Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Jun 1953) JOHNNIAC en RAND Corporation (Jan 1954)BESK en Estocolmo (1953) BESM-1 en Mosc (1952) DASK en Dinamarca (1955) PERM en Munich (1956?) SILLIAC en Sydney (1956) WEIZAC en Rehovoth (1955)

Milestones:WEIZAC Computer, 1955DESVENTAJAS DEL MODELO:

La principal desventaja de esta arquitectura, es que el bus de datos y direcciones nico se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la informacin que se lee de o se escribe a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales.

Esto limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo)

ARQUITECTURA HARVARD. Esta arquitectura surgi en la universidad del mismo nombre, poco despus de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. El nombre proviene del computador Harvard Mark I. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como un cdigo numrico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos.Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en ocho bits en una memoria aparte.QU ES LA ARQUITECTURA HARVARD?

Es unaarquitectura de computadoracon pistas dealmacenamientoy de seal fsicamente separadas para las instrucciones y para los datos.Funcionamiento

CARACTERISTICASTiene la unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dosbuses diferentes.Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otra slo almacena datos (Memoria de Datos).Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultnea a la memoria de datos y a la de instrucciones.Buses independientes, estos pueden tener distintos contenidos en la misma direccin y tambin distinta longitud.En esta arquitectura se utilizan dispositivos separados para las instrucciones y los datos, para que haya mayor rapidez se utiliza la memoria cache dividida, para procesar los datos e instrucciones, es efectivo cuando la lectura de datos e instrucciones es la misma.

DIAGRAMA A BLOQUES DE LA ARQUITECTURA HARVARD

EJEMPLOSUn ejemplo de arquitectura Harvard son algunos micros Atmel AVR, slo que stos presentan una arquitectura modificada.Tambin los encontramos en procesadores Texas Instruments TMS320 C55x.Un modelo de arquitectura Harvard sera el PIC16Fxxx con un bus de datos de 14-bits para memoria de programas y un bus independiente de 8-bits para acceder a la memoria de d