Modulo Arquitectura De Computadores

MODULO ARQUITECTURA DE COMPUTADORES JESÚS EMIRO VEGA

Jesus.vega@unad.edu.co UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGIA E INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERIA DE SISTEMAS 2008

@CopyRigth Universidad Nacional Abierta y a Distancia ISBN 2008

INTRODUCCION En el año de 1950s, John Von Neuman propuso el concepto de una computadora que almacenara programas una arquitectura que se ha convertido en la base para la fundación de la mayoría de los procesadores comerciales usados hoy en día. En la maquina de Von Neuman, los programas y los datos ocupan la misma memoria. La máquina tiene un contador de programas (PC) qué apunta la instrucción actual en la memoria. El PC se pone al día en cada instrucción; cuando no hay ninguna rama, se captan las instrucciones del programa desde las ubicaciones de memoria secuenciales. Salvo un grupo de máquinas de investigación y una colección muy pequeña de dispositivos comerciales, todos los procesadores de hoy trabajan en este simple principio. Teniendo en cuenta lo anterior la mayoría de los computadores se pueden dividir en tres subsistemas: el procesador, la memoria y el subsistema de entrada y salida (E/S). El procesador es el responsable de ejecutar los programas, la memoria proporciona espacio de almacenamiento para los programas y los datos a los que ellos hacen referencia y el subsistema de (E/S) permite al procesador y a la memoria controlar los dispositivos que interaccionan con el mundo exterior o almacenan datos, como el CD-ROM, el disco duro y la tarjeta de video/monitor. Una computadora digital es una máquina que puede resolver problemas ejecutando las instrucciones que recibe de las personas; la secuencia de instrucciones que describe cómo realizar cierta tarea se llama programa. Los circuitos electrónicos de una computadora pueden reconocer y ejecutar directamente un conjunto limitado de instrucciones sencillas y todos los programas tienen que convertirse en una serie de esas instrucciones para que la computadora pueda ejecutarlos; juntas, las instrucciones primitivas de una computadora constituyen un lenguaje que permite a las personas comunicarse con la computadora; dicho lenguaje se llama lenguaje de máquina. Las personas que diseñan una computadora nueva deben decidir qué instrucciones incluirán en su lenguaje de máquina, se procura hacer las instrucciones primitivas lo más simples posible, acorde con el uso que se piensa dar a la computadora y sus requisitos de desempeño, con el fin de reducir la complejidad y el costo de los circuitos requeridos. La arquitectura de computadores se define como la apariencia funcional que presenta a sus usuarios inmediatos, es decir los atributos y características de un sistema visible al programador; 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 (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. También suele definirse a la arquitectura de computadores como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

Casi todos los computadores actuales son computadores de programa almacenado que representan los programas como códigos que se almacenan como datos en el mismo espacio de direcciones que estos. El concepto de programa almacenado (representando las instrucciones como códigos almacenados de memoria) fue uno de los mayores avances en los inicios de la arquitectura de computadores. Antes de dicho avance, muchos computadores eran por medio de computadores o reconexionando tarjetas de

circuito para definir el nuevo programa algo que requería una gran cantidad de tiempo y era muy propenso a errores. Uno de los propósitos que se pretende al desarrollar este material didáctico es la de facilitar al estudiante su aprendizaje, comenzando desde una visión general de la arquitectura de computadores hasta el uso instrucciones de maquina. Las unidades didácticas que se presentarán en este modulo son dos (3), Visión general, Unidad central de procesamiento y repertorio de instrucciones. En la primera unidad se pretende incursionar al estudiante en el aprendizaje de los conceptos básicos de la arquitectura de computadores dando una visión general de la misma, además de la aplicación práctica. En la segunda unidad se pretende que el estudiante desarrolle la habilidad en el uso de los sistemas de numeración herramientas fundamentales para el trabajo cotidiano del ingeniero de sistemas. La tercera unidad tiene como fundamento principal adentrar el estudiante en el manejo de instrucciones básicas para la programación de computadores.

UNIDAD 1

“Visión General”

Organización y Arquitectura de computadores Evolución de los computadores. El papel del rendimiento. El computador.

INTRODUCCION

En estos capítulos se presenta la estructura, organización y arquitectura de los computadores, ofreciendo un análisis de los fundamentos y conceptos sobre estos componentes. Se puede definir la arquitectura de computadores como el estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de computadores. Esto incluye, sobre todo aspectos de hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo nivel. El Computador es un dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas, realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información. Dada la naturaleza del tema de arquitectura de computadores (lógica digital y sistemas digitales) que orientan estos capítulos tanto en la realización como en la orientación se expone un resumen sobre los conceptos y principios básicos generales de la lógica digital y sistemas digitales a modo de repaso de anteriores asignaturas que contemplaron los temas aquí expuestos; por eso, se hace necesario practicar una coevaluación en la presentación del tema. También explica como medir, informar y resumir el rendimiento, y describe los principales factores que determinan el rendimiento de un computador. Una razón importante para examinar el rendimiento es que el hardware, con frecuencia, es clave para la efectividad de un sistema completo hardware y software. Determinar el rendimiento de un sistema puede ser bastante difícil. La estructura y lo intrincados de los modernos sistemas software, junto con el amplio rango de técnicas que mejoran el rendimiento empleadas por los diseñadores hardware, han hecho mucho mas difícil la determinación del rendimiento. Sencillamente, es imposible sentarse con un manual del repertorio de instrucciones y un sistema software significativo y determinar la rapidez a la que se ejecutara el software en la maquina. En efecto, para diferentes tipos de aplicaciones pueden ser apropiadas diferentes métricas de rendimiento, y diferentes aspectos de un sistema computador pueden ser mas significativos para la determinación del rendimiento global. Por supuesto, a la hora de realizar una selección entre diferentes computadores, el rendimiento es casi siempre un atributo importante. Medir y comparar con precisión diferentes maquinas es critico para los compradores y, por tanto, para los diseñadores. Los vendedores de computadores también saben esto. Con frecuencia, a los vendedores les gustaría ver su maquina con las mejores prestaciones posibles, independientemente de que estas prestaciones reflejen las necesidades de la aplicación del comprador. En algunos casos se han hecho reclamaciones sobre computadores que no reúnen condiciones adecuadas para cualquier aplicación real. Por consiguiente, comprender la mejor manera de medir el rendimiento y las limitaciones de las medidas del rendimiento es importante la selección de una maquina.

Sin embargo, nuestro interés por el rendimiento va mas allá de las posibilidades de determinar el rendimiento solamente desde el exterior de una maquina. Para comprender por que una parte del software hace lo que hace, por que un repertorio de instrucciones puede implementarse para que funcione mejor que otro, o como algunas características

del hardware afectan al rendimiento, necesitamos comprender que determina el rendimiento de una maquina. Por ejemplo, para mejorar el rendimiento de un sistema software, puede ser necesario comprender que factores del hardware contribuyen al rendimiento global del sistema y la importancia relativa de estos factores. Estos factores pueden incluir lo bien que el programa utiliza las instrucciones de la maquina, lo bien que implementa las instrucciones el hardware de base y la forma en que funcionan los sistemas de memoria y de E/S. Comprender como determina el impacto de estos factores en el rendimiento es crucial para comprender las motivaciones que subyacen en el diseño de aspectos particulares de la maquina. Dependiendo de su factor de forma, probablemente incluirá algunos componentes y características instalados previamente. Estos componentes y características, por lo general son piezas opcionales que hacen que una caja genérica se ajuste a un factor de forma en particular y a los requisitos particulares. Varios de los factores de la forma son cercanos en tamaño y ubicación de componentes, los fabricantes hacen las cajas que se puedan utilizar en un gran número de factores de acuerdo a la forma de los componentes.

Capítulo 1: Organización y Arquitectura de computadores

Lección 1. Organización y Arquitectura de computadores Es importante distinguir entre arquitectura y organización del computador. La arquitectura de computadores se refiere a los atributos de un sistema que son visibles para un programador. También se refiere a los atributos que tienen

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