Arquitectura De Computadoras

UNIDAD 1 MODELOS DE ARQUITECTURA DE CÓMPUTO
1.1 MODELOS DE ARQUITECTURAS DE CÓMPUTO CLASICAS:
Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas uno de las modelos de arquitectura de cómputo clásicas es:

ArquitecturaMauchly-Eckert (Von Newman)

Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso que se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este.

Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de estaversatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código máquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros programas). Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente ya que se usa la misma memoria paradatos y para el código del programa.

La principal desventaja de esta arquitectura, es que el bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información 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) y porlo tanto, el desempeño de la computadora.
Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman.

Diagrama a bloques de la arquitectura de Von Newman.

Arquitectura Harvard

Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa sealmacena como un código numérico 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 se almacenan en 8 bits en una memoria aparte.

Diagrama a bloques de la arquitectura de Harvard

El hecho de tener un bus separado para el programa y otro paralos datos permite que se lea el código de operación de una instrucción, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la instrucción previa. Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor desempeño.

En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a la arquitectura Von Newman, con un bancode 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.

MODELOS DE ARQUITECTURAS DE CÓMPUTO SEGMENTADAS:
Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo deinstrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

Búsqueda y ejecución en secuencia de tres instrucciones en un procesador sin segmentación del cauce.

En un procesador con segmentación del cauce, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidadde 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...