Modelos de computadoras

Apuntes de arquitectura de computadoras

Unidad 1 Modelo de arquitecturas de cómputo.

1.1 Modelos de arquitecturas de cómputo.
1.1.1 Clásicas.
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 Arquitectura Mauchly-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 esta versatilidad esel 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 maquina 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 para datos y para elcódigo del programa.

Procesador Unidad de Control ALU Registros

Bus principal

Memoria Principal Almacena el programa y los datos

Entrada y salida

Figura 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Von Newman. 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 quese 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 por lo tanto, el desempeño de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman En esta arquitectura apareció por primera vez el concepto de programa almacenado. Anteriormente lasecuencia de las operaciones era dictada por el alambrado de la unidad de control, e cambiarla implicaba un proceso de recableado laborioso, lento(hasta tres semanas) y propenso a errores. En esta arquitectura se asigna un código numérico a cada instrucción. Dichos códigos se almacenan en la misma unidad de memoria que los datos que van a procesarse, para ser ejecutados en el orden en que se encuentranalmacenados en memoria. Esto permite cambiar rápidamente la aplicación de la computadora y dio origen a las computadoras de propósito general Mas a detalle, el procesador se subdivide en una unidad de control (C.U.), una unidad lógica aritmética (A.L.U.) y una serie de registros. Los registros sirven para almacenar internamente datos y estado del procesador. La unidad aritmética lógicaproporciona la capacidad de realizar operaciones aritméticas y lógicas. La unidad de control genera las señales de control para leer el código de las instrucciones, decodificarlas y hacer que la ALU las ejecute. 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 laarquitectura Von Newman, el programa se almacena 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 de almacenan en 8 bits en una memoria aparte.

Bus de programa Memoria de programa

Procesador Unidad de Control ALU RegistrosBus de datos

Memoria de datos

Entrada y salida

Figura 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Harvard El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los 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...