Arquitectura de Computadoras

Organización del Computador 1
Máquina de von Neumann
Jerarquía de Niveles

Inicios de la computación
Turing y Church sientan las bases teóricas
de la computación
Máquina de Turing
Máquina teórica compuesta por una cinta y
una cabeza que puede leer y grabar
símbolos en ella.
Un conjunto finito de estados
Un programa “cableado” del tipo (condición,
acción)

Church: Lambda calculoResultado equivalente para probar
computabilidad
Base de los lenguajes funcionales

Una máquina de Turing

Inicios de la computación
Turing y Church sientan las bases teóricas de la
computación
Maquina de Turing
Máquina teórica compuesta por una cinta y una
cabeza que puede leer y grabar símbolos en ella.
Un conjunto finito de estados
Un programa “cableado” del tipo (condición,acción)

Máquina universal de Turing
Máquina (teórica) capaz de simular el
comportamiento de cualquier maquina (de
Turing) a partir de un programa ingresado en
la cinta

El modelo de von Neumann
Antes: programar era
conectar cables…
Hacer programas era
mas una cuestión de
ingeniería electrónica
Cada vez que había
que calcular algo
distinto había que
reconectar todo.
Imaginen eso !John Von Neumann
1903 – 1957
Matemático
Publicó y publicitó la idea de
programa almacenado en
memoria
1945: “Primer Borrador de un
Reporte sobre la EDVAC”

von Neumann
Los datos y programas se almacenan en una
misma memoria de lectura-escritura
Los contenidos de esta memoria se
direccionan indicando su posición sin
importar su tipo
Ejecución en secuencia (salvo que se indique
locontrario)
Representación Binaria

Estructura (computadora)
periféricos

Computador
Unidad
Central de
Proceso
CPU

Computador

Memoria
Principal

Sistema de
interconexión

Entrada
Salida
Líneas de
comunicación

Características principales
3 componentes principales:
CPU:
• Unidad de Control, Unidad aritmético lógica (ALU), Registros

Memoria principal:
• Almacenaprogramas y datos

Sistema de Entrada/Salida

Procesamiento secuencial de instrucciones
Datos binarios
Un sistema de interconexión
Conecta la memoria y unidad de control
Fuerza la alternación entre ciclos de lectura y ejecución

Estructura (CPU)
CPU
Computer
Registros

I/O
System
Bus
Memory

Unidad
Aritmética y
Lógica

CPU

Interconexión
Interna de la CPU

Unidad
deControl

CPU
Unidad de Control (UC)
Controla todos los componentes
Interpreta instrucciones
Decodifica y Ejecuta instrucciones.
Transforma instrucciones en órdenes a
otros componentes
Puede ser programada por hardware
(cableada) y “microprogramada” (varias
microinstrucciones por instrucción)

Unidad Aritmético Lógica (ALU)
Realiza operaciones matemáticas y
lógicas
Sumas, restas,multiplicaciones
And, Or, Xor
Corrimientos

CPU
Registros
Almacenan datos binarios, acceso
rápido
De tamaño fijo
De propósito general (programas) o
específicos (acumulador, program
counter, puntero a memoria, etc.)
DataPath
Red interna que comunica la UC con
las otras unidades y registros
Mueve datos entre los diferentes
componentes
Controlada por un reloj.

Estructura de unamáquina von Neumann

Ciclo de instrucción
1. Recuperar la siguiente
instrucción desde
memoria (apuntada por
el program counter) y
luego incrementar el
program counter.

2. Decodificar el patrón de
bits en el registro de
instrucción IR

3. Ejecutar la instrucción
indicada en el registro de
instrucción IR

Ciclo de Ejecución
1.
2.
3.
4.
5.
6.

UC obtiene la próximainstrucción de
memoria (usando el registro PC)
Se incrementa el PC
La instrucción es decodificada a un
lenguaje que entiende la ALU
Obtiene de memoria los operandos
requeridos por la operación
La ALU ejecuta y deja los resultados
en registros o en memoria
Repetir paso 1

Ciclo de ejecución
La unidad de control levanta la próxima de memoria
usando el “contador de programa” (o RPI) que dice...