Arquitecturas del computador

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Arquitecturas del computador

  1. 1. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR Autor: Puchaicela Jefferson Ricardo
  2. 2. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICASARQUITECTURA DE VON NEUMANComo se verá posteriormente, la arquitectura de un computador define sucomportamiento funcional.·Von Neumann estableció en 1945 un modelo de computador, que se consideratodavía como la arquitectura básica de los computadores digitales. En la figura semuestra la estructura general de un computador con arquitectura Von Neumann.Se compone de las siguientes unidades o bloques: Unidad de Memoria Principal. Unidad Aritmético-lógica. Unidad de Control. Unidad de Entrada/Salida.En general, la función esencial de la máquina de Von Neumann, como la decualquier computador, es procesar información. Para ello, necesita saber el tipo deprocesamiento y los datos que utilizará.El tipo se especifica mediante un programa, que es un conjunto de instrucciones uórdenes elementales, denominadas instrucciones máquina, que ejecuta elcomputador (Aritméticas: suma, resta, multiplicación, división...,Lógicas: AND, OR,NOT, XOR ..., Transferencia de datos: cargar, almacenar, transferir ..., Saltos yBifurcaciones condicionales, etc).Por tanto, se necesita un soporte que almacenetanto el programa como los datos. El bloque de Memoria Principal interna es elque realiza esta función.Puchaicela Jefferson Ricardo
  3. 3. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICASEl problema es que ese "programa" no estaba en un disco duro como hoy en día...El programa consistía en recombinar los circuitos... es decir... reordenarlos. Sipara programar un cálculo había que hacer primero una suma y luego una restaera necesario reordenar los cables que salían de un circuito sumador para queentraran en un circuito restador. Casí casi... me atrevería a decir que aquellasmáquinas no eran exactamente programables, en el sentido en que lo entendemoshoy, sino reconfigurables. Sus circuitos podían reutilizarse pero a costa dereordenar los cables para cada nuevo cálculo.Eso llevaba muchos días de planificación y pruebas cada vez que había que"programar" un nuevo cálculo. Cuenta la leyenda que para la operatoria delordenador ENIAC, a mediados de los 40, seis operadoras-programadoras conconocimientos y habilidades específicos estaban encargadas de estas labores, yparte de su trabajo consistía en esa reordenación de circuitos, cableándolos alestilo de las viejas centralitas de teléfono.Los datos de entrada y los resultados de salida de ese rudimentario programacableado se almacenaban en algún tipo de memoria (tarjetas perforadas, etc)...pero el "programa" no estaba realmente almacenado... el programa (o al menosuna buena parte) dependía del recableado de los circuitos.En ese sentido, ya estaba claro que el siguiente paso: no tener que re cablear. Eraobvio que lo siguiente por hacer tenía que pasar por almacenar de alguna manerauna secuencia de operaciones que llevaran a la resolución de los cálculos... unaforma de utilizar los circuitos aritméticos y lógicos en secuencia, uno tras otro...según correspondiera para obtener los cálculos deseados. El truco debía ser, sinduda, activar un circuito dándole unos datos de entrada, y almacenar los datos desalida temporalmente para que fueran los datos de entrada de otro circuito, enpasos bien definidos... en efecto... eso es un programa.La idea pues, de la arquitectura de Von Neumann es esta: utilizar una solamemoria, en la cual se almacene ese programa en forma de instrucciones(codificadas numéricamente, desde luego), acompañadas de la localización de losoperadnos o datos necesarios para llevar a cabo esa instrucción. La localizaciónde los operadnos, es decir, el lugar donde deben guardarse los valores y losresultados también estará en la misma memoria.La idea ha evolucionado hasta nuestros días con el mismo esquema básico,aunque lógicamente, con un nivel de complejidad mucho mayor.Puchaicela Jefferson Ricardo
  4. 4. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICASARQUITECTURA DE HARVARDLa arquitectura Harvard cuenta con la memoria de programa y la memoria dedatos separado y solo accesible a través de buses distintos. El PIC16FXXX cuentacon un bus de datos de 14-bits para acceder a la memoria de programas y un busindependiente de 8-bits para acceder a la memoria de datos. Esto mejora el anchode banda en relación a la arquitectura tradicional de Von-Neumann, en la cual enla cual memoria de programa y la memoria de datos son accedidas a través delmismo bus.Esta arquitectura ofrece la posibilidad de poder acceder a una sola instrucción enun ciclo de reloj. Mientras la memoria de programa es accedida la memoria dedatos esta en un bus independiente y puede ser leída y escrita. Esta separaciónde buses permite que una instrucción sea ejecutada mientras la siguiente esextraída.CARACTERISTICAS Su procesador es segmentado, "pipe-line". Su procesador es tipo RISC Tiene una arquitectura HARVARD El formato de las instrucciones es ortogonal Todas las instrucciones tienen la misma longitud (14 bits) La arquitectura está basada en banco de registrosPuchaicela Jefferson Ricardo
  5. 5. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICASEstá claro que se hacía necesario almacenar un programa en forma de unasecuencia de instrucciones, pero a diferencia de la arquitectura de Von Neumann,en la arquitectura Harvard se propone que el programa esté totalmente separadode los datos con los que trabaja: es decir, el programa en una memoria, y losdatos en otra memoria independiente.Es una idea... pero plantea algunos problemas en su construcción y surendimiento. Por un lado, hay que duplicar los sistemas de comunicación entre laCPU y la memoria, lo cual hace más complejo su diseño... pero por otro, y másimportante, es que las memorias de hoy en día no son demasiado rápidas sicomparamos su funcionamiento con la CPU. Es decir, llevar o traer cosas desde yhacia la memoria es bastante más lento que realizar una operación de la CPU.En la arquitectura de von Neumann se producen en la CPU una ciertaralentización debido a que instrucciones desde la memoria junto con los datosdeben pasar por un único canal (el bus de memoria). A este efecto se le conocecomo "el cuello de botella de Von Neumann".La arquitectura Harvard puede evitarlo en cierto modo, pero su mayor complejidadsólo compensa cuando el flujo de instrucciones y de datos es más o menos elmismo. Por eso no es ampliamente utilizada en ordenadores de propósito general.Sin embargo, sí se utiliza en algunos casos para construir procesadores de señal(DSP)... unos circuitos que realizan el tratamiento digital de una señal (porejemplo, audio o vídeo), realizando cálculos una y otra vez sobre las muestras quecomponen la señal.Puchaicela Jefferson Ricardo

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