arquitectura de computadoras

MODELO DE COMPUTADORAS

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.

También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

MODELO CLASICO

VOM NEWMAN

En 1945 aproximadamente, se construye una computadora basada en el uso de tecnología de bulbos denominada ENIAC ("Electronic Numerical Intergator and Calculator"), que pesaba cerca de 30,000 Kg, se instaló en una gran habitación y requirió de gran ventilación. Bien, esta gran máquina funcionaba a base de estar conectando y desconectando cables según la función que se quería que realizara, esta función de "recablear", es sinónimo de programar pero era muy complicado el proceso.

               

Figura 4. Diagrama de la arquitectura de Von Neumann

+ Memoria principal: se trata de un espacio de almacenamiento temporal de instrucciones y datos, ordenada de manera reticular para localizar de manera sencilla mediante direcciones, dividida en dos partes una para trabajo y otra permanente. En términos modernos, es la memoria RAM que actualmente utilizamos en nuestros equipos.       + Unidad aritmética: encargada de realizar todas las actividades matemáticas y de decisión lógicas, cada dato lo recibe de la memoria principal y en ella misma almacena. En términos modernos, es una sección dentro de los microprocesadores.       + Unidad de control: controla las señales, lee instrucciones de la memoria y ejecuta las órdenes, también almacena direcciones de la siguiente instrucción que requiere. En términos modernos, es otra sección dentro de los microprocesadores.       + Unidad de E/S: (entrada/salida) permite la comunicación con otros dispositivos externos y el compartir datos. En términos modernos, son los puertos de la computadora.

     Es importante mencionar que lo anterior es un modelo básico, no hay que olvidar que también hacen falta otros elementos que no entran dentro de la clasificación de Neumann pero que también son importantes como la fuente de suministro de electricidad y la placa base, además de otros secundarios como la unidad de soporte Hardware (gabinete), los ventiladores, etc.

HARVART

Surgió en la universidad del mismo nombre, poco después deque la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Aligual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como uncódigo numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni enel mismo formato que los datos. Por ejemplo, se pueden almacenar lasinstrucciones en bits en la memoria de programa, mientras los datos dealmacenan en 8 bits en una memoria aparte.

En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo único, pero internamente incluyen varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos, buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad.

Modelo Segmentado

El procesador se divide en varias

Procesador Memoria de datos, Entrada y salida,Bus de datos, Memoria de programa, Bus de programa, Registros, ALU, Unidad de, Control. unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

Para comprender mejor esto, supongamos que un procesador simple tiene un ciclo de instrucción sencillo consistente solamente en una etapa de búsqueda del código de instrucción y en otra etapa de ejecución de la instrucción. En un procesador sin segmentación del cauce, las dos etapas se realizarían de manera

secuencial para cada una de la instrucciones, como lo muestra la siguiente figura.

En un procesador con segmentación del cause, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución. Estas unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute. Esta cola se parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro. De esta analogía proviene el nombre en ingles: Pipelining o entubamiento.

 Modelo Multiproceso

     

     Durante los años 70, se desarrolla un tipo nuevo de arquitectura denominada multiproceso, en la cuál se asignan tiempos a los procesos los cuáles pueden permanecer en varios estados como "modo espera", "modo ejecución", "modo cancelación" y "fin de proceso". El modo multiproceso necesita de una gran cantidad de memoria física disponible en el equipo.

Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera:

SISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes

SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales

MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado

MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters

Procesadores vectoriales – Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico auna serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos