apuntes

APUNTES
DE
ESTRUCTURA DE COMPUTADORES

JUAN LANCHARES DÁVILA

DEPARTAMENTO
DE
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES Y
AUTOMÁTICA
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

Tema 1. La Estructura de Computadores

1 ESTRUCTURA DE COMPUTADORES

1.1 FAMILIA DE COMPUTADORES

• Se dice que un conjunto de sistemas computadores forma una familia cuando
todas ellos tienen la misma arquitectura ydiferentes estructuras
• El concepto diferenciado entre Arquitectura y Estructura de un computador surge
en los años 60 con el lanzamiento al mercado de la familia IBM 360.
• Cada estructura tiene una relación rendimiento/coste diferente. Generalmente las
gamas altas de la familia tienen mayor rendimiento y coste.
• Con la familia de computadores surge el concepto de compatibilidad.
∗ Un programaescrito para un modelo se puede ejecutar en otro modelo de la
serie con la única diferencia del tiempo de ejecución.
∗ La compatibilidad entre diferentes miembros de la familia es ascendente. Es
decir funciona con programas escritos en una gama inferior que se ejecutan
en una superior. Lo contrario no siempre es cierto.
• Las características de una familia son:
∗ Repertorio de I’s similar oidéntico
∗ Velocidad en incremento
∗ Nº de puertos I/O en incremento
∗ Tamaño de la memoria creciente
∗ Coste creciente

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Tema 1. La Estructura de Computadores

1.2 ARQUITECTURA DE UN COMPUTADOR

De las subáreas en que se descompone el estudio de un computador hay dos
íntimamente relacionadas con la asignatura: la Arquitectura de Computadores y La
Estructura de Computadores.Estas subáreas tienen fronteras comunes lo que puede
dificultar su diferenciación.
El conocimiento de la arquitectura es imprescindible para estudiar la estructura
que la implementa. De las muchas definiciones de Arquitectura que existen se damos
dos que son, en cierta medida, el compendio de todas las demás. Bell y Newell, en su
libro Computer Structures. Principles and examples [Siew82] definenarquitectura
como los atributos del computador que puede ver el programador de lenguaje
máquina.
Por su parte, Hennessy y Patterson realizan una interesante definición.
Arquitectura es la interface entre el software de bajo nivel y el Hardware, indicando
que esta interfaz es la que posibilita implementaciones de diverso coste/rendimiento
en las que corre software idéntico. La arquitecturadebe contener todo lo que los
programadores necesitan conocer para que el programa SW (Lenguaje Máquina)
funcione correctamente. Según indican Hennessy y Patterson todos los lenguajes
máquina son parecidos. Esto se debe a que la mayoría de los computadores se
construyen con tecnologías basadas en los mismos principios básicos, y a que deben
ser pocas las operaciones que debe suministrar elcomputador.
El objetivo perseguido al diseñar una arquitectura es encontrar un lenguaje
máquina que haga fácil la construcción del hw y del compilador, al tiempo que se
maximiza el rendimiento y se minimiza el coste [Henn93][Patt95]. Ejemplos de
atributos de arquitectura son:
• Repertorio de instrucciones
• Formato de las instrucciones
• Códigos de operación
• Modos de direccionamiento
•Registros y posiciones de memoria que se pueden manipular directamente
• Número de bits utilizados para representar diferentes tipos de datos
• Mecanismos de entrada/salida

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Tema 1. La Estructura de Computadores

1.3 LA ESTRUCTURA DE UN COMPUTADOR

La estructura de un computador estudia las unidades operacionales de un computador
así como y las formas de relacionarlas para queimplementen las especificaciones de
la arquitectura. Atributos de la estructura son los detalles del hardware transparentes
al programador como
• Las señales de control
• Interfaces entre el computador y los periféricos
• La tecnología de memoria utilizada
• El tipo de operadores aritméticos seleccionado
Con el ejemplo que se da a continuación se ven las diferencias entre los dos
conceptos....