5. Arquitectura de Computadoras

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  • ISC. Javier Mndez Morales

    Generacin: 2004-2008 Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico Cel.: 961 142 75 88

    2.- ARQUTECTURA DE COMPUTADORAS

    2.1 Arquitecturas y formas de procesamiento

    2.1.1 Historia y evolucin

    2.1.1.1 Tercera generacin: multiprogramacin, multiprocesamiento, tiempo compartido, CPU y terminales, lenguajes algortmico de programacin evolucionamos(Algol, Pascal, PL/I)

    Tercera Generacin (1964-1971)

    Circuitos Integrados, Compatibilidad con Equipo Mayor, Multiprogramacin, Minicomputadora

    Las computadoras de la tercera generacin emergieron con el desarrollo de los circuitos integrados (pastillas de silicio) en las cuales se colocan miles de componentes electrnicos, en una integracin en miniatura. Las computadoras nuevamente se hicieron ms pequeas, ms rpidas, desprendan menos calor y eran energticamente ms eficientes. Antes del advenimiento de los circuitos integrados, las computadoras estaban diseadas para aplicaciones matemticas o de negocios, pero no para las dos cosas. Los circuitos integrados permitieron a los fabricantes de computadoras incrementar la flexibilidad de los programas, y estandarizar sus modelos. La IBM 360 una de las primeras computadoras comerciales que us circuitos integrados, poda realizar tanto anlisis numricos como administracin

    CARACTERISTICAS Primera Segunda Tercera Cuarta Quinta

    DURACIN 1950-1960 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-2000 TECNOLOGA Vlvulas

    electrnicas Transistores C.I. (SSI-MMI) C.I. (LSI) C.I. (VLSI)

    FABRICANTE IBM-UNIVAC BURROUGHS NCR,

    CDC DIGITAL APPLE DEC-INTEL

    MAQUINA IBM 701 CDC 6600 PDP-8 PDP-11 Fujitsu M382 Cray X-MP

    Alpha 21164 P6

    SIST. OPERATIVO

    Muy rudimentario

    Monitor de encadenami

    ento Muy

    primarios

    Estructurados bajo

    multiprogramacin y

    multiproceso

    SO de tiempo

    compartido Multiprocesami

    ento

    TIPO DE MEMORIA

    Tubos de Williams.

    Tambores y cintas

    magnticas.

    Ncleos de ferrita

    Memorias en C.I. y

    memorias cach

    Memorias virtuales

    Cach a varios niveles

    LENGUAJE Maquina FORTRAM,

    COBOL, ALGOL, PL1

    BASIC PASCAL

    Alto nivel. FORTRAM extendido

    Lenguaje natural C

    APORTACIONES HARDWARE

    Registros indexados Canales

    Conexin delos CI en placas de circuito impreso

    Microprocesador, memoria

    integrada

    CI de alta escala de

    integracin

    APORTACIONES SOFTWARE

    Mejoras en Ensambladore

    s y Macroensambl

    ador

    Fuerte impulso del FORTRAN

    Gran avance en los

    sistemas operativos

    Extensin de lenguajes de

    alto nivel

    Intento de sustituir por hardware

    PRODUCTO Computador Computador comercial

    Minicomputador

    Microcomputador

    Multiprocesador

  • ISC. Javier Mndez Morales

    Generacin: 2004-2008 Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico Cel.: 961 142 75 88

    procesamiento de archivos. Los clientes podan escalar sus sistemas 360 a modelos IBM de mayor tamao y podan todava correr sus programas actuales. Las computadoras trabajaban a tal velocidad que proporcionaban la capacidad de correr ms de un programa de manera simultnea (multiprogramacin). Por ejemplo la computadora poda estar calculando la nomina y aceptando pedidos al mismo tiempo. Minicomputadoras, Con la introduccin del modelo 360 IBM acapar el 70% del mercado, para evitar competir directamente con IBM la empresa Digital Equipment Corporation DEC redirigi sus esfuerzos hacia computadoras pequeas. Mucho menos costosas de comprar y de operar que las computadoras grandes, las minicomputadoras se desarrollaron durante la segunda generacin pero alcanzaron su mayor auge entre 1960 y 70.

    1958 del primer Circuito Integrado (Chip) por el ingeniero Jack S. Kilby. Dr. Robert Noyce de Fairchild Semicon ductors dio origen a la tercera generacin

    de las computadoras. 7 de abril de 1964 La IBM 360 una de las primeras computadoras comerciales que

    us circuitos integrados, poda realizar tanto anlisis numricos como administracin procesamiento de archivos.

    1964 Control Data Corporation presenta la supercomputadora CDC 6600, que se consider como la ms poderosa de las computadoras de la poca, ya que tena la capacidad de ejecutar unos 3 000 000 de instrucciones por segundo (mips).

    Tecnologa: Circuitos integrados SSI (hasta 100) y MSI (100-3000)

    Modelos: IBM sistema 360 y PDP-8 (DIGITAL)

    Modo de funcionamiento: Lenguajes de alto nivel BASIC y PASCAL S.O con multiprogramacin:

    Divisin de la memoria. Procedimientos de spooling (operacin simultnea de

    perifricos conectados en lnea). Tiempo compartido.

    2.1.1.2 Cuarta generacin: compactacin de los componentes

    Cuarta Generacin (1971 1981)

    Microprocesador , Chips de memoria, Microminiaturizacin

    Dos mejoras en la tecnologa de las computadoras marcan el inicio de la cuarta generacin: el reemplazo de las memorias con ncleos magnticos, por las de chips de silicio y la colocacin de Muchos ms componentes en un Chip: producto de la microminiaturizacin de los circuitos electrnicos. El tamao reducido del microprocesador y de chips hizo posible la creacin de las computadoras personales (PC). Hoy en da las tecnologas LSI (Integracin a gran escala) y VLSI (integracin a muy gran escala) permiten que cientos de miles de componentes electrnicos se almacenen en un chip. Usando VLSI, un fabricante puede hacer que una computadora pequea rivalice con una computadora de la primera generacin que ocupara un cuarto completo.

    En 1971, intel Corporation presenta el primer microprocesador o Chip de 4 bits, que en un espacio de aproximadamente 4 x 5 mm contena 2 250 transistores. En 1977 aparecen las primeras microcomputadoras. Las principales tecnologas que dominan este mercado son:

    IBM y sus compatibles llamadas clones, fabricadas por infinidad de compaas con base en los procesadores 8088, 8086, 80286, 80386, 80486, 80586 o Pentium, Pentium II, Pentium III y Celeron de Intel y en segundo trmino Apple Computer, con sus Macintosh y las Power Macintosh.

    Tecnologa:

    Se integra la UCP en un slo chip: el microprocesador.

  • ISC. Javier Mndez Morales

    Generacin: 2004-2008 Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico Cel.: 961 142 75 88

    Circuitos integrados LSI (3000-30000) y VLSI (ms de 30000)

    Modelos:

    IBM PC (1981), IBM PC XT (1982), IBM PC AT (1984), IBM PS/2 (1987), VAX (DIGITAL,1980), CRAY X-MP (1983)

    Modo de funcionamiento:

    Software fcil de usar.

    Sistemas operativos MS-DOS, UNIX..

    Sistemas operativos de red y sistemas operativos distribuidos.

    2.1.1.3 Quinta generacin

    QUINTA GENERACIN Y LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL (1982-1989)

    Hay que mencionar dos grandes avances tecnolgicos, que sirvan como parmetro para el inicio de dicha generacin: la creacin en 1982 de la primera supercomputadora con capacidad de proceso paralelo, diseada por Seymouy Cray, quien ya experimentaba desde 1968 con supercomputadoras, y que funda en 1976 la Cray Research Inc.; y el anuncio por parte del gobierno japons del proyecto "quinta generacin", que segn se estableci en el acuerdo con seis de las ms grandes empresas japonesas de computacin, debera terminar en 1992.

    El proceso paralelo es aqul que se lleva a cabo en computadoras que tienen la capacidad de trabajar simultneamente con varios microprocesadores. Aunque en teora el trabajo con varios microprocesadores debera ser mucho ms rpido, es necesario llevar a cabo una programacin especial que permita asignar diferentes tareas de un mismo proceso a los diversos microprocesadores que intervienen.

    Tambin se debe adecuar la memoria para que pueda atender los requerimientos de los procesadores al mismo tiempo. Para solucionar este problema se tuvieron que disear mdulos de memoria compartida capaces de asignar reas de cach para cada procesador.

    La caracterstica principal sera la aplicacin de la inteligencia artificial (Al, Artificial Intelligence). Las computadoras de esta generacin contienen una gran cantidad de microprocesadores trabajando en paralelo y pueden reconocer voz e imgenes. Tambin tienen la capacidad de comunicarse con un lenguaje natural e irn adquiriendo la habilidad para tomar decisiones con base en procesos de aprendizaje fundamentados en sistemas expertos e inteligencia artificial.

    El almacenamiento de informacin se realiza en dispositivos magneto pticos con capacidades de decenas de Gigabytes; se establece el DVD (Digital Video Disk o Digital Versatile Disk) como estndar para el almacenamiento de video y sonido; Los componentes de los microprocesadores actuales utilizan tecnologas de alta y ultra integracin, denominadas VLSI (Very Large Sca/e Integration) y ULSI (Ultra Lar- ge Scale Integration).

    Tecnologa: Circuitos con ms de un milln de componentes. Nuevas arquitecturas: paralelismo. Tecnologa ptica.

    Modelos: CONNECTION MACHINE, mquina masivamente paralela.

    Modo de funcionamiento:

  • ISC. Javier Mndez Morales

    Generacin: 2004-2008 Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico Cel.: 961 142 75 88

    Inteligencia artificial y sistemas expertos.

    2.1.1.4 Microprogramacin

    La microprogramacin consiste en un conjunto de microinstrucciones, para poder ejecutar lneas de cdigo y operaciones.

    La microprogramacin es un lenguaje de programacin a un nivel muy bajo sin llegar al nivel mas bajo (que es donde las operaciones se realizan con nmeros binarios) Para poder realizar la microprogramacin, se deben conocer muy bien los registros del procesador en el que se va a trabajar, ya que en este lenguaje se interacta