Arquitectura de

Computadoras

Arquitecturas– Von Neumann– Harvard– Otras (Multiprocesador,

Sistemas distribuidos)

Corresponde a la estructura, organización, e interconexión de las diversas partes de un computador

Arquitectura de Computadores

Arquitectura del set de instrucciones Cantidad de instrucciones Tamaño de las instrucciones Maneras de acceder a memoria

Organización funcional Registros Interconexión entre los componentes Mecanísmos de Entrada/Salida (I/O) Jerarquías de memoria

• Que hace un computador.– Almacenar Datos (leer - escribir).– Almacenar Programas.– Ejecutar operaciones sobre datos.– Ejecutar algoritmos.– Recibir nuevos datos.– Entregar resultados.

Arquitectura de Computadores

John von Neumann (se pronuncia «fon noiman»)

(28 de diciembre de 1903 - 8 de febrero de 1957)

Fue un matemático húngaro-estadounidense, de ascendencia judía.

Fue pionero de la computadora digital moderna y de la aplicación de la teoría operadora a la mecánica cuántica.

Participó del Proyecto Manhattan

Arquitectura de Computadores

Trabajó con Eckert y Mauchly en la Universidad de Pennsylvania, donde publicó un artículo acerca del almacenamiento de programas.

El concepto de programa almacenado permitió la lectura de un programa directamente desde la memoria del computador, así como la ejecución de las instrucciones del mismo sin necesidad de un medio externo (cinta).

(Tomado de Wikipedia: John von Neumann)

Arquitectura de Computadores

• John von Neumann propuso una manera de estructurar un computador.

– Almacenar Datos (leer - escribir).– Almacenar Programas.– Ejecutar operaciones sobre datos.– Ejecutar algoritmos.– Recibir nuevos datos.– Entregar resultados.

CPU

Memoria

Input/Output

Arquitectura de Computadores

Arquitectura de Computadores

CPU, Memoria e I/O se comunican a través de Buses

I/OMemoria

Address Bus

Control

CPU

Control

Data Bus

Arquitectura de Computadores

ARQUITECTURA VON NEUMANN

Computadores digitales fue establecida en 1945 por Von Neumann.

Este tipo de arquitectura consta de los siguientes bloques:

• Memoria principal• Unidad aritmético-lógica• Unidad de control• Unidad de entrada/salida• Buses

MEMORIA PRINCIPAL• Se emplea para almacenar datos o

instrucciones. • Cada celda está compuesta de un número

de bits que nos da el ancho de palabra de la memoria.

UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA

• Permite realizar las operaciones elementales (AND, OR, NAND, NOR, suma, resta, etc.). Estas operaciones las realiza con datos procedentes normalmente de la memoria y los resultados parciales los almacena o no temporalmente en algunos registros que suele tener la propia unidad aritmética.

UNIDAD DE CONTROL

• Es la unidad que gobierna y gestiona el comportamiento de un computador.

UNIDAD DE ENTRADA/SALIDA

• realiza la transferencia de información con el exterior, con las unidades que se conocen con el nombre de periféricos.

BUSES

• Bus de datos: circulan los datos de las operaciones que se van a efectuar.

• Bus de direcciones: circulan las direcciones de memoria donde se encuentra almacenado algún tipo de información a la que se desea acceder.

• Bus de control : circulan las señales de control generadas por la unidad de control para la ejecución de las instrucciones.

Arquitectura Harvard

• Utiliza 2 memorias independientes– Datos– Instrucciones

• El término proviene de la computadora Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores.

• Ventajas de la arquitectura Harvard

– Instrucciones y datos de distinto largo

– Memorias de distinto tamaño• bits de direccionamiento distintos

– Memorias con distinta tecnología

– Disminuyo el cuello de botella en el acceso a memoria

– En controladores embebidos:• RAM para los datos• ROM para las instrucciones

Arquitectura Harvard

Arquitectura de Von Neumann

• Ventajas de la arquitectura de von Neumann

– Uso mas eficiente de la memoria• Jerarquía de memoria no requiere estar dividida en 2

– Más simple arquitectónicamente• Un solo tipo de instrucciones para acceder a memoria• Un solo bus de datos y de direcciones Una misma forma de acceso a datos e instrucciones

– Mayor flexibilidad• Útil para el sistema operativo• Paginación a disco• Código automodificante

CPU con menos operaciones y mas flexible

Von Neumann vs. Harvard

Procesador

Memoria local *

Procesador

Memoria local

Procesador

Memoria local

Procesador

Memoria local

Memoria Principal I/O

* Memoria Local: mantiene una copia local de una porción de la memoria principal

Otras: Multiprocesador

• Ventajas– Procesamiento paralelo– Cercanía entre CPUs permite

altas tasas de transferencia de datos

• Desventajas– No todo es paralelizable– Problemas de coherencia de

memoria local con memoria principal

Otras :Multiprocesador

Otras: Sistemas Distribuidos

Red de interconexión

Procesador

MemoriaI/O

Procesador

MemoriaI/O

Procesador

MemoriaI/O

Red de interconexión

Cada nodo funciona como un computador independiente Se comunican por red Distintas topologías: estrella, anillo, etc.

Otras: Sistemas Distribuidos

Ventajas Procesamiento paralelo Facilidad de incorporar y quitar nodos

del sistema Desventajas

No todo es paralelizable Overhead en la transferencia de datos

es considerablemente mayor Problemas de coherencia de

memorias

Otras: Sistemas Distribuidos

PERIFÉRICOS

En informática, se denominan periféricos a los aparatos o dispositivos auxiliares e independientes conectados a la unidad central de almacenamiento de una computadora.

Se consideran periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.

Se entenderá por periférico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida(E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU.

Estas tres unidades básicas en un computador, CPU, memoria central y el subsistema de E/S, están comunicadas entre sí por tres buses o canales de comunicación:

• El bus de direcciones, para seleccionar la dirección del dato o del periférico al que se quiere acceder.

• El bus de control, básicamente para seleccionar la operación a realizar sobre el dato (principalmente lectura, escritura o modificación).

• El bus de datos, por donde circulan los datos.

A pesar de que el término periférico implica a menudo el concepto de “adicional pero no esencial”, muchos de ellos son elementos fundamentales para un sistema informático. El teclado y el monitor, imprescindibles en cualquier computadora personal de hoy en día (no lo fueron en los primeros computadores), son posiblemente los periféricos más comunes, y es posible que mucha gente no los considere como tal debido a que generalmente se toman como parte necesaria de una computadora.

tipos de periféricos

Tipos de Periféricos

tipos de periféricos

• Periféricos de Entrada: captan y envían los datos al dispositivo que los procesara.

Son los que permiten introducir datos externos a la computadora para su posterior tratamientopor parte de la CPU. Estos datos pueden provenir de distintas fuentes, siendo la principal un ser humano. Los periféricos de entrada más habituales son:

• Mouse• Teclado• Micrófono• Escáner• Mouse• Escáner de código de barras• Cámara web• Lápiz óptico

•Periféricos de salida:Son los que reciben información que es

procesada por la CPU y la reproducen para que sea perceptible para el usuario. Algunos ejemplos son:

•Monitor•Impresora•Fax•Tarjeta de sonido•Altavoz

Periféricos de almacenamiento

Interior de un disco duro.Se encargan de guardar los datos de los que hace uso la CPU para que ésta pueda hacer uso de ellos una vez que han sido eliminados de la memoria principal, ya que ésta se borra cada vez que se apaga la computadora. Pueden ser internos, como un disco duro, o extraíbles, como un CD. Los más comunes son:

Periféricos de almacenamiento

•Periféricos de Almacenamiento

• Disco duro• Disquete• Unidad de CD• Unidad de DVD• Unidad de Blu-ray Disc• Memoria flash• Cinta magnética• Tarjeta perforada• Memoria portátil

•Periféricos de comunicaciónSu función es permitir o facilitar la interacción entre dos omás computadoras, o entre una computadora y otro periférico externo a la computadora. Entre ellos se encuentran los siguientes:• Fax-Módem• Tarjeta de red• Concentrador• Switch• Enrutador• Tarjeta inalámbrica• Tarjeta Bluetooth• Controlador ambos exista un tercer elemento que actúe como traductor de señales.• Este traductor es un circuito electrónico denominado interfaz.