Instituto Tecnolgico De Tepic Unidad 1: Modelo de arquitectura de cmputoNombre Profesora: Alvarado Mares SoniaNombres AlumnosFernando Manuel vila Catao #12400644Jonathan Ibarra Maravillas #Irving Marn Bautista #Alexis Montao Estrada #Celeste Garca Daz #Equipo #1Materia: Arquitectura de ComputadorasFecha entrega 7/Septiembre/2015

Tabla de contenidoIntroduccin21.1. Modelos de arquitecturas de cmputo: clsicas, segmentadas, de multiprocesamiento.3Qu es la arquitectura de computadoras?3Clsica3Segmentadas6Multiprocesamiento71.2. Anlisis de los componentes: CPU, arquitectura, memoria, dispositivos de I/O.7CPU7Arquitectura8Memoria8Memoria principal semiconductora8Organizacin8RAM dinmica (DRAM)8RAM esttica (SRAM)9ROM10Tipos de ROM10Dispositivos de I/O10Dispositivos Entrada11Dispositivos Salida11Conclusin12Bibliografa13

Introduccin

En este trabajo encontrara una detallada investigacin sobre los modelos de arquitectura de cmputo.De que est conformado cada modelo, quienes fueron los creadores, cules son sus diseos, la manera en que ejecutan sus procesos. Y los elementos que los componen.Igualmente haremos un anlisis de los componentes.El CPU (unidad central de procesamiento), que es la arquitectura de la computadora. Los diferentes tipos de memoria: RAM, ROM, memoria principal, y la clasificacin de cada una de estas.Los dispositivos de entrada y salida, cul es su funcionalidad, clasificacin y cuales son cada uno de estos.

1.1. Modelos de arquitecturas de cmputo: clsicas, segmentadas, de multiprocesamiento.

Qu es la arquitectura de computadoras?Segn la definicin del libro Organizacin y Arquitectura de computadoras, la arquitectura de computadoras se refiere a los atributos de un sistema que son visibles a un programador, y estos tienen un impacto directo con la eleccin lgica de un programa. [1]

La organizacin de computadoras se refiere a las unidades funcionales y a sus interconexiones las cuales dan lugar a especificaciones arquitectnicas. [1]Los atributos de organizacin se incluyen aquellos detales de hardware transparente al programador, tales como seales de control, interfaces entre el computador y los perifricos y la tecnologa de memoria usada. [1]A da de hoy podemos ver una gran distincin entre arquitectura y organizacin, tanto as que muchos fabricantes de computadoras ofrecen la familia de modelos, todas con la misma arquitectura pero con diferencias en la organizacin. Vindose reflejado en los diferentes modelos los cuales tienen precios y presentaciones distintas, as se llega a la conclusin que la arquitectura puede sobrevivir muchos aos, por su organizacin cambia con la evolucin de la tecnologa. [1]

ClsicaEs de las primeras arquitecturas que tuvieron las computadoras de tubos de vaco, esta forma el diseo el matemtico John Von Neumann. [2]Esta arquitectura tiene una memoria principal que almacena tanto datos como instrucciones, el cual representa el programa de forma adecuada y lo almacena en la memoria junto con sus datos, as la computadora puede leer sus instrucciones al leerlas desde la memoria, y un programa poda establecerse o alterarse al ajustar los valores de una porcin de la memoria-Organizacin y arquitectura de computadoras, William Stallings.Consta de tres elementos:Dispositivos de entrada, proceso y salida.Modelo seguido por casi todas las computadoras de la actualidad.

Esta arquitectura define los siguientes pasos:1.-obtiene la siguiente instruccin desde la memoria en la direccin indicada por el contador del programa y la guarda en el registro de instruccin.2.-aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar a la siguiente3.-Decodifica la instruccin mediante la unidad de control4.-ejecuta la instruccin. Esta puede cambiar los valores del programa, permitiendo operaciones que se repiten5.-vuelve al paso 1.Lo que se considera como una desventaja es que el bus y los datos se convierten en un cuello de botella, debiendo pasar todos los datos de entrada y salida de la memoria. Forzando a que todos los accesos a la memoria sean secuenciales. Evitando el paralelismo o acciones que se pueden hacer al mismo tiempo. A este suceso se le conoce como el cuello de botella de von Neumann.Arquitectura de von NeumannEn esta arquitectura el programa se representaba en forma adecuada para almacenarlo en la memoria junto con los datos. Entonces, una computadora poda obtener sus instrucciones al leerlas desde la memoria y un programa poda establecerse o alterarse al ajustar los valores de una porcin de memoria.

Esta idea, conocida como el concepto de programa almacenado, por lo regular se les atribuye a los diseadores de la ENIAC, en forma ms notable al matemtico John von Neumann, quien era el asesor en el proyecto de la ENIAC.Se caracteriza de: Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura - escritura. Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posicin, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma. La ejecucin se produce siguiendo una secuencia de instruccin tras instruccin (a no ser que dicha instruccin se modifique explcitamente [3]ARQUITECTURA DE HARVARDEsta arquitectura surgi en la universidad del mismo nombre, poco despus de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como un cdigo numrico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos. El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el cdigo de operacin de una instruccin, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la instruccin previa.

As se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor desempeo. [9]

SegmentadasEste tipo de arquitecturas de computadora, como su nombre lo dice, se encarga de dividir el procesador en varias unidades funcionales que trabajan de manera independiente. Cada una de estas etapas sirve para poder procesar una instruccin diferente en cada una de ellas. Se puede mencionar que estas arquitecturas trabajan con un procesamiento paralelo o tambin llamado como paralelismo, el cual sirve para proporcionar tareas simultaneas de procesamiento de datos con la finalidad de aumentar la velocidad computacional de un sistema de computadora. [4]Un sistema de procesamiento paralelo puede ejecutar procesamiento concurrente de datos para conseguir un menor tiempo de ejecucin, segn comenta M. Morrison Mano. El propsito del procesamiento paralelo es acelerar las posibilidades de procesamiento de computadora y aumentar su eficiencia. [4]Es por esto que surgi la necesidad de encontrar una arquitectura con estas caractersticas, ya que nos proporciona poder mejorar el desempeo de las computadoras, al aumentar la velocidad de procesamiento. [5]A esta arquitectura de computadoras tambin se le conoce como pipe-line, el cual es una tcnica en la que se descompone un proceso secuencial en suboperaciones, en donde cada suboperacion de ejecuta en una etapa diferente y la entrada del procesamiento de cada etapa depende de la salida de una etapa anterior. [5]MultiprocesamientoSon arquitecturas construidas con dos o ms procesadores, esto nos permite ejecutar de manera simultnea varios procesos, su ventaja reside en la operacin llamada cambio de contexto que consiste en quitar un proceso de la CPU, ejecutar otro y volver a colocar el primero sin que se entere de nada. Los dos objetivos primordiales de los multiprocesadores son acelerar la ejecucin de aplicaciones orientadas a la supercomputacin y ejecutar ms aplicaciones por unidad de tiempo. [6]Los sistemas multiprocesadores tienen dos modelos de organizacin: 1. Los de memoria compartida, que permiten, a travs de la red de interconexin, que cualquier procesador acceda a cualquier posicin de memoria, sin embargo en este tipo de multiprocesadores, la red de interconexin es un cuello de botella lo cual impide que sea escalable. [6]2. Los de memoria distribuida, donde la red de interconexin permite que cualquier procesador se comunique con cualquier otro del sistema. Los sistemas multiprocesadores, pero en especial los de memoria distribuida, tienen una gran potencia de clculo y al paso del tiempo esta caracterstica sigue aumentando. [6]

1.2. Anlisis de los componentes: CPU, arquitectura, memoria, dispositivos de I/O.

CPUControla el funcionamiento del computador y lleva a cabo sus funciones de procesamiento de datos.Un procesador combinado con una la unidad de control forma un componente llamado unidad central de proceso o CPU. Un CPU encapsulado en una pastilla de circuito integrado se denomina microprocesador. La unidad de memoria de la misma forma que la parte que controla la interconexin entre el microprocesador y los elementos de entrada/salida, puede ser encapsulada dentro de la pastilla del microprocesador o podr encontrarse en pastillas pequea de circuitos integrado. [7]

ArquitecturaLa arquitectura de computadoras se refiere a los atributos de un sistema que son visibles a un programador, o para decirlo de otra manera, aquellos atributos que tiene un impacto directo en la ejecucin lgica de un programa. Entre los ejemplos de atributos arquitectnicos se encuentran el conjunto de instrucciones, el nmero de bits usados para representar varios tipos de datos y tcnicas para direccionamiento de memoria. [8]

MemoriaMemoria principal semiconductoraEn las computadoras antiguas la memoria RAM consista en anillos ferromagnticos denominados ncleos. Es por eso que la memoria principal se le llama a men ncleo (Core) [1], hoy en da se utilizan los chips semiconductores para la memoria principal.El libro de Stallings nos dice lo siguiente: las dos formas bsicas de memorias semiconductoras de acceso aleatorio son la RAM dinmica (DRAM) y la RAM esttica (SRAM). La SRAM es ms rpida, ms costosa y menos densa quela DRAM y se usa para memorias chache. La DRAM se usa para la memoria principal. [1]Organizacin El elemento bsico de una memoria semiconductora es la celda de memoria. Presentan estados estables (o semi-estables), que pueden emplearse para representar el 1 y el 0 binarios. Puede escribirse en ellas (al menos una vez) para fijar su estado. Pueden leerse para detectar su estado. [1]

[1]RAM dinmica (DRAM) La DRAM esta echa con celdas que alacena los datos como cargas elctricas en condensadores. La presencia o la ausencia de carga en un condensador se interpretan como el uno o el cero binarios. Ya que los condenadores se descargan naturalmente las RAM dinmicas requieren que se refresque peridicamente para mantener los datos memorizados. [1]Entonces el termino dinmico hace referencia a esta tendencia a que la carga almacena se pierda incluso mantenindola siempre alimentada.

Grfico de memorias semiconductoras [1]

Estructura de celdas de memoria. [1]Organizacin de memorias DRAM DRAM Sncrona DRAM RAMBUS DDR SDRAM DRAM CACHES [1]RAM esttica (SRAM)Es un dispositivo digital basado en los mismos elementos que usa un procesador. En la RAM esttica los valores binarios se almacenan utilizando configuraciones de puertas que forman biestables (flip-flops). [1]Una RAM esttica mantiene sus datos mientras se mantenga alimentada. [1]ROMContiene patrones permanentes de datos que no pueden alterarse. Una ROM es no-voltil, no se requiere fuente de alimentacin para mantener memorizados los valores de los bits [1].Aunque es posible leer los datos de una ROM, no se pueden escribir nuevos datos en ella.Aplicaciones de la ROM: Programas del sistema Tablas de funciones Subrutinas de biblioteca para funciones de uso frecuente. [1]

Tipos de ROM PROM (ROM programable) EPROM (Memoria de solo-lectura programable y borrable ptimamente) EEPROM(Memoria de solo-lectura programable y borrable elctricamente) [1]

Dispositivos de I/O

Los dispositivos de I/O segn el libro de Stallings, William nos cita lo siguiente: La arquitectura de E/S del computador es su interfaz con el exterior. Esta arquitectura se disea de manera que permita una forma sistemtica de controlar las interacciones con el mundo exterior y proporcione al sistema operativo la informacin que necesita para gestionar eficazmente las actividades de E/S [1].

Este mdulo es importante y es uno de los elementos claves de una computadora, no solo es un conector mecnico que solo permite conectar un dispositivo al bus de sistemas, este contiene una pequea lgica necesaria que permite la comunicacin de un perifrico con el bus.Hay varias razones por las que un perifrico no se conecta directamente al bus: Existe una gran variedad de perifricos y los cuales funcionan de forma diferente. Sera un gran trabajo agregar toda la lgica al procesador para que controle a todos los dispositivos. La velocidad de trasferencia es menor que la memoria o el procesador. O tambin puede ser mayor, por lo tanto eso hace que los comportamientos sean pocos eficientes. Los perifricos utilizan datos con formatos y tamaos de palabras diferentes de los del computador a los que se conectan. Estas son las razones por la cual es necesario usar un mdulo E/S. [1]

Las principales funciones de un mdulo son [1]: Control y temporizacin Comunicacin con el procesador Comunicacin con los dispositivos Almacenamiento temporal de datos Deteccin de error.

A continuacin se enlistan unos cuantos dispositivos de entrada y salida.Dispositivos Entrada Teclado [1] Micrfono Mouse Scanner Web Cam Lpiz ptico Lector de cdigo de barrasDispositivos Salida Monitor [1] Impresora Bocinas Altavoz Plotters Fax Auriculares

ConclusinConcluimos que la arquitectura de computadoras son los atributos de un sistema , que tienen un impacto directo con a eleccin lgica de un programa.Tenemos la arquitectura clsica, que es la que tiene una memoria principal que almacena tanto datos como instrucciones y consta de tres elementos.dispositivos de entrada, procesador y dispositivos de salida.Que se divide en dos categoras, la de von newmann y Harvard donde son muy similares la direfencia radica mas que nada en los buses con que cuentan para trasladar informacin.

La arquitectura segmentada divide el procesador en varias partes funcionales que trabajand emanera individual, para procesar una dif. Instruccin cada una.

La arquitectura de multiprocesamientos Son arquitecturas construidas con dos o ms procesadores, esto nos permite ejecutar de manera simultnea varios procesos

En los componentes vimos que el CPU controla el funcionamiento del computador y es el encargado de procesar los datos.Las memorias se encargan de almacenar los datos o instrcciones utilizados por los programas. Entre ellas la RAM y ROMY los dispositivos de entrada y salida que estan diseados para permitir la interaccion con el mundo exterior y obtener la informacin que necesita para sus actividades.

Bibliografa[1] W. Stallings, Organizacin y Arquitectura de computadoras, Espaa: Ed. Pearson, 2001.

[2] D. R. Velazco, Academia, 01 01 2015. [En lnea]. Available: http://www.academia.edu/7458147/Apuntes_de_arquitectura_de_computadoras. [ltimo acceso: 2007 08 2015].[3] w. stallings, Organizacion y Arquitectura de computadoras., Pearson Educacin: Noriega Megabyte, 2006.

[4] M. M. Mano, Arquitectura de Computadoras Tercera Edicion, Prentice Hall, 1994[5]J.L. Hennessy, Arquitectura de Computadoras, Mc Graw-Hill.[6] I. F. Rios, Arquitectura de computadoras II, RED TERCER MILENIO S.C., 2012. [7] A. Tanenbaum, Organizacin de computadoras, Ed. Pearson Educations, 2000. [8] M. Morrison, Arquitectura de Computadoras, Pretince Hall, 2000.

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